一种FRD结构及其制作方法和应用技术

本申请提供了一种FRD结构及其制作方法和应用。其中，FRD结构包括衬底、多个P

【技术实现步骤摘要】
一种FRD结构及其制作方法和应用


[0001]本申请涉及电力电子器件
，尤其涉及一种FRD结构及其制作方法和应用。

技术介绍

[0002]FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管)是一种具有开关特性好和反向恢复时间短等优势的半导体二极管，其主要应用于开关电源、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉宽调制器和变频器等电子电路，并且作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。FRD的内部结构与普通的PN结二极管不同，其属于PIN结二极管，即在P型硅材料与N型硅材料之间增加了基区I，构成了PIN硅片；其中，由于基区I较薄，所以FRD的反向恢复电荷较小，反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压(耐压值)较高。
[0003]相关技术中，FRD通常包括由上至下依次堆叠的阳极区金属、相互间隔的多个场氧化层、分别与各场氧化层之间的间隔处对应的多个高浓度P+阱区和与阳极区金属的大小相适应的低浓度P
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阱区。以FRD的一个元胞为例，FRD在反向雪崩时，雪崩电流(即雪崩时的空穴电流)进入低浓度P
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阱区后，无法通过低浓度P
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阱区与高浓度P+阱区共同构成的P+/P
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结到达阳极区金属进行外泄，或通过P+/P
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结到达阳极区金属进行外泄的雪崩电流较少，这是因为P+/P
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结内电场的方向由高浓度P+阱区指向低浓度P
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阱区，而雪崩电流主要是空穴电流，从而阻碍了雪崩电流自低浓度P
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阱区向高浓度P+阱区的流动，使得大部分雪崩电流被高浓度P+阱区反射，即大部分雪崩电流无法到达阳极区金属进行外泄；此外，由于多个高浓度P+阱区分别与各场氧化层之间的间隔处对应，所以雪崩电流进入低浓度P
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阱区后，其流动路径如果不经由P+/P
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结，那么便会经由场氧化层到达阳极区金属进行外泄，此时，场氧化层会对雪崩电流进行阻挡，即雪崩电流无法通过场氧化层到达阳极区金属进行外泄。由此可见，现有FRD中，进入低浓度P
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阱区的雪崩电流，由于P+/P
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结和场氧化层的阻挡作用，使其无法通过流动到达阳极区金属进行外泄，从而导致雪崩电流全部集中在芯片内部，容易形成热量积聚和局部热点，严重时还会烧毁芯片，这就说明现有FRD的雪崩耐量较低。
[0004]因此，有必要对上述FRD的结构进行改进。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种FRD结构及其制作方法和应用，旨在解决相关技术中FRD的雪崩耐量较低的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种FRD结构，包括衬底、多个P
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阱区、多个P+阱区、多个场氧化层、阳极金属和阴极金属；所述多个P
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阱区均覆于所述衬底且相互间隔，所述多个P+阱区分别覆于所述多个P
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阱区，所述P+阱区嵌入相应所述P
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阱区，所述P+阱区相对的两侧均超出相应所述P
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阱区的外缘，所述多个场氧化层分别与各所述P
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阱区之间的间隔处对应，所述场氧化层相对的两侧分别覆于位于相应所述间隔处的相邻的两个所述P+阱区分别超出相应所述P
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阱区的外缘的部分，所述场氧化层相对的两侧分别与形成相应所述间隔处的相邻的两个所述P
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阱区具有间隙，所述阳极金属覆于所述
多个场氧化层和所述多个P+阱区，所述阴极金属覆于所述衬底远离所述P+阱区的一侧；其中，所述P
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阱区的掺杂浓度小于所述P+阱区的掺杂浓度，所述P
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阱区的结深深于所述P+阱区的结深，且雪崩电流通过与所述间隙对应的P+阱区到达所述阳极金属进行外泄。
[0007]本申请实施例第二方面提供了一种FRD结构的制作方法，用于制作如本申请实施例第一方面所述的FRD结构；所述FRD结构的制作方法包括：
[0008]通过场氧化工艺、光刻工艺、蚀刻工艺和湿法腐蚀工艺，在所述衬底上形成所述多个场氧化层；
[0009]通过离子注入工艺，以形成所述多个场氧化层时所利用的光刻胶作为掩模，在所述衬底上形成所述多个P
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阱区；
[0010]通过离子注入工艺，以所述多个场氧化层作为掩模，分别在所述多个P
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阱区上形成所述P+阱区；
[0011]通过金属溅射工艺，在所述多个场氧化层和所述多个P+阱区远离所述衬底的一侧形成所述阳极金属，以及通过金属蒸发工艺，在所述衬底远离所述P+阱区的一侧形成所述阴极金属。
[0012]本申请实施例第三方面提供了一种如本申请实施例第一方面所述的FRD结构在开关电源、PWM脉宽调制器和变频器中的应用。
[0013]从上述描述可知，与相关技术相比，本申请的有益效果在于：
[0014]多个P
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阱区均覆于衬底且相互间隔，多个P+阱区分别覆于多个P
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阱区，P+阱区嵌入相应P
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阱区，P+阱区相对的两侧均超出相应P
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阱区的外缘，多个场氧化层分别与各P
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阱区之间的间隔处对应，场氧化层相对的两侧分别覆于位于相应间隔处的相邻的两个P+阱区分别超出相应P
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阱区的外缘的部分，场氧化层相对的两侧分别与形成相应间隔处的相邻的两个P
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阱区具有间隙，阳极金属覆于多个场氧化层和多个P+阱区；其中，P
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阱区的掺杂浓度小于P+阱区的掺杂浓度，所述P
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阱区的结深深于所述P+阱区的结深。在实际应用中，FRD结构的雪崩电流至少存在两种外泄路径，其一是通过P
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阱区与P+阱区共同构成的P+/P
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结到达阳极金属进行外泄，其二是通过与间隙对应的P+阱区到达阳极金属进行外泄；其中，当雪崩电流通过P+/P
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结到达阳极金属进行外泄时，需要依次通过P
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阱区和P+阱区，而由于P
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阱区的结深较深和P+/P
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结本身的阻挡作用，使得只有极少部分的雪崩电流能够到达阳极金属进行外泄，而极大部分的雪崩电流却难以通过P+/P
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结到达阳极金属；当雪崩电流通过与间隙对应的P+阱区到达阳极金属进行外泄时，仅需要通过与间隙对应的P+阱区，而由于P+阱区的结深较浅且掺杂浓度较高，所以雪崩电流受到的阻碍很小，使得雪崩电流更容易通过与间隙对应的P+阱区到达阳极金属进行外泄。由此可见，雪崩电流的主要外泄路径为通过与间隙对应的P+阱区到达阳极金属，使得雪崩电流不会集中在芯片的内部，从而增大了芯片的散热面积，不易形成热量积聚和局部热点，进而能够有效地提升FRD结构的雪崩耐量和可靠性。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FRD结构，其特征在于，包括衬底、多个P
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阱区、多个P+阱区、多个场氧化层、阳极金属和阴极金属；所述多个P
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阱区均覆于所述衬底且相互间隔，所述多个P+阱区分别覆于所述多个P
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阱区，所述P+阱区嵌入相应所述P
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阱区，所述P+阱区相对的两侧均超出相应所述P
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阱区的外缘，所述多个场氧化层分别与各所述P
‑
阱区之间的间隔处对应，所述场氧化层相对的两侧分别覆于位于相应所述间隔处的相邻的两个所述P+阱区分别超出相应所述P
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阱区的外缘的部分，所述场氧化层相对的两侧分别与形成相应所述间隔处的相邻的两个所述P
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阱区具有间隙，所述阳极金属覆于所述多个场氧化层和所述多个P+阱区，所述阴极金属覆于所述衬底远离所述P+阱区的一侧；其中，所述P
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阱区的掺杂浓度小于所述P+阱区的掺杂浓度，所述P
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阱区的结深深于所述P+阱区的结深，且雪崩电流通过与所述间隙对应的P+阱区到达所述阳极金属进行外泄。2.如权利要求1所述的FRD结构，其特征在于，所述多个P
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阱区沿所述衬底的长度方向呈直线阵列分布，所述多个P
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阱区均沿所述衬底的宽度方向延伸，所述P
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阱区相对的两端均与所述衬底的外缘对应；或，所述多个P
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阱区沿所述衬底的宽度方向呈直线阵列分布，所述多个P
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阱区均沿所述衬底的长度方向延伸，所述P
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阱区相对的两端均与所述衬底的外缘对应。3.如权利要求1所述的FRD结构，其特征在于，所述衬底包括N+衬底和N
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外延层；所述N
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外延层覆于所述N+衬底，且位于所述N+衬底与所述多个P
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阱区、所述多个场氧化层和所述多个P+阱区之间；其中，所述多个P
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阱区均覆于所述N
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外延层，且均嵌入所述N
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外延层，所述P+阱区相对的两侧超出相应所述P
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阱区的外缘部分均嵌入所述N
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外延层。4.如权利要求3所述的FRD结构，其特征在于，所述N
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外延层包括第一外延层和第二外延层，所述第一外延层和所述第二外延层沿所述N+衬底指向所述阳极金属的方向依次层叠设置，所述多个P
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阱区均覆于所述第二外延层，且均嵌入所述第二外延层，所述P+阱区相对的两侧超出相应所述P
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阱区的外缘部分均嵌入所述第二外延层；其中，所述第一外延层的电阻率小于所述第二外延层的电阻率，所述第一外延层的厚度小于所述第二外延层的厚度。5.一种FRD结构的制作方法，其特征在于，所述FRD结构包括衬底、多个P
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阱区、多个P+阱区、多个场氧化层、阳极金属和阴极金属；所述多个P
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阱区均覆于所述衬底且相互间隔，所述多个P+阱区分别覆于所述多个P
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阱区，所述P+阱区嵌入相应所述P
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阱区，所述P+阱区相对的两侧均超出相应所述P
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阱区的外缘，所述多个场氧化层分别与各所述P
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阱区之间的间隔处对应，所述场氧化层相对的两侧分别覆于位于相应所述间隔处的相邻的两个所述P+阱区分别超出相应所述P
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阱区的外缘的部分，所述场氧化层相对的两侧分别与形成相应所述间隔处的相邻的两个所述P
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阱区具有间隙，所述阳极金属覆于所述多个场氧化层和所述多个P+阱区，所述阴极金属覆于所述衬底远离所述P+阱区的一侧；其中，所述P
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【专利技术属性】
技术研发人员：李学会，喻双柏，和巍巍，汪之涵，傅俊寅，魏炜，
申请(专利权)人：深圳基本半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：