网格阵列二极管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种网格阵列二极管，包括：纵向ＮＰＮ管基极与集电极通过金属连线短接的单元二极管；单元二极管为正方形元胞，呈网格状交错排列，并联为一个整体大功率二极管；单元二极管的负极由ＮＰＮ管发射极组成；单元二极管的正极由ＮＰＮ管基极和集电极组成；单元二极管的负极在中间低压Ｎ阱区域，正极包在四周，属于高压Ｐ阱区域；相邻二极管单元公用上下左右正极，组成网格状有源区，每个网格中心是单元二极管的负极；网格阵列ＰＮ结二极管以单元二极管的负极中心呈对称分布；所有单元管集电极公用，包围在网格阵列ＰＮ结二极管的外边Ｎ外延区域。本实用新型专利技术当电压正向导通工作时实现大电流通过，低功耗，低衬底漏电，高反向耐压等功能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电子元件，特别是涉及一种二极管。
技术介绍
19世纪末人们就专利技术了现在称为二极管的器件，第一次被广泛应用是在1907年 的晶体矿石检波器。在20世纪60年代中硅PN结二极管开始流行，现代集成电路中二极管 通常用作钳位、整流、检波等。 标准双极集成电路中一般最常使用的二极管有二种，一是双极型晶体管(BJT)的 基极与集电极短接的二极管，另一种就是单独的基结与集电结(BC结)的二极管。金属氧化 物场效应管兼容工艺下实现的二极管比纯双极型工艺(Bipolar)的二极管复杂多样，具有 更大的寄生效应，所以当作为功率二极管应用，要避免闩锁效应(Latch-yp)，故只有通过 合理的布局克服兼容工艺下的寄生效应。 一般功率管设计常用的由NPN型组成，功率二极 管结构采用指状或叉指状结构，其最大优点是拥有其它形状无法达到的高速。而PNP型受 工艺限制很少能像NPN管承受大功率，所以运用较少，但它也能组成的功率管阵列，采用大 量单元排列方形网格或六边形网格结构，其最大优点是由于单元承受功率小，所以更稳定， 见附图说明图1，区域1部分是PNP管发射极，区域2部分是PNP管集电极，区域3部分是N型外延， 区域4部分是PNP管基极。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，提供一种在双极型晶体管和金属氧化物场效应 管兼容工艺下实现功率二极管，其应用于电源集成电路。当正向导通工作时可实现大电流 通过，低功耗，低衬底漏电，高反向耐压等功能。 为解决上述技术问题，本技术提供了一种网格阵列二极管，包括纵向NPN管 基极与集电极通过金属连线短接的单元二极管；单元二极管为正方形元胞，呈网格状交错 排列，并联为一个整体大功率二极管；单元二极管的负极由NPN管发射极组成；单元二极管 的正极由NPN管基极和集电极组成；单元二极管的负极在中间低压N阱区域，正极包在四 周，属于高压P阱区域；相邻二极管单元公用上下左右正极，组成网格状有源区，每个网格 中心是单元二极管的负极；网格阵列PN结二极管以单元二极管的负极中心呈对称分布；所 有单元管集电极公用，包围在网格阵列PN结二极管的外边N外延区域。 本技术的有益效果在于在双极型晶体管和金属氧化物场效应管兼容工艺下 实现功率二极管，应用于电源集成电路。当正向导通工作时可实现大电流通过，低功耗，低 衬底漏电，高反向耐压等功能。以下结合附图和实施例对本技术做进一步的详细说明。图1为现有PNP型网格二极管结构示意图； 图2是实施例一所述的负极方形单元网格阵列二极管示意图； 图3是实施例一所述的负极方形单元网格阵列二极管正方形元胞示意图 图4是实施例二所述的负极六边形单元网格阵列二极管示意图； 图5是实施例三所述的负极圆形单元网格阵列二极管示意图。具体实施方式本技术所述的网格阵列PN结二极管结构，主要包括 纵向NPN管基极与集电极通过金属连线短接的单元二极管； 单元二极管为正方形元胞，呈网格状交错排列，并联为一个整体大功率二极管； 单元二极管的负极由NPN管发射极组成； 单元二极管的正极由NPN管基极和集电极组成； 单元二极管的负极在中间低压N阱区域，正极包在四周，属于高压P阱区域； 相邻二极管单元公用上下左右正极，组成网格状有源区，每个网格中心是单元二 极管的负极； 单元二极管的负极形状可以是方形，六边形或圆形； 网格阵列PN结二极管以单元二极管的负极中心呈对称分布； 所有单元管集电极公用，包围在网格阵列PN结二极管的外边N外延区域； 实施例一 负极方形单元网格阵列二极管示意结构见图2，区域1部分是加强N型区，其形状 呈方形，其外包区域2部分低压N型阱区，区域1部分和2部分形成单元二极管的负极；区 域3部分是加强P型区，形成单元二极管的正极，区域4部分是高压P型阱区，包围区域3 部分和区域2部分； 二极管正方形元胞内径边长10 50 ii m，正极边带宽2 10 ii m，负极正方形边长 5 25 ii m，元胞二极管有效电流通道面积Aact与元胞总面积Acell之比为0. 4至0. 6 ; 实施例二 负极六边形单元网格阵列二极管示意结构见图4，区域1部分是加强N型区，其形 状呈六边形，其外包区域2部分低压N型阱区，区域1部分和2部分形成单元二极管的负极； 区域3部分是加强P型区，形成单元二极管的正极，区域4部分是高压P型阱区，包围区域 3部分和区域2部分； 二极管正方形元胞内径边长10 50 ii m，正极边带宽2 10 ii m，负极六边形边长 3 20 ii m，元胞二极管有效电流通道面积Aact与元胞总面积Acell之比为0. 4至0. 6 ; 实施例三 负极圆形单元网格阵列二极管示意结构见图5，区域1部分是加强N型区，其形状 呈圆形，其外包区域2部分低压N型阱区，区域1部分和2部分形成单元二极管的负极；区 域3部分是加强P型区，形成单元二极管的正极，区域4部分是高压P型阱区，包围区域3 部分和区域2部分； 二极管正方形元胞内径边长10 50iim，正极边带宽2 10iim，负极圆形半径 3 20 ii m，元胞二极管有效电流通道面积Aact与元胞总面积Acell之比为0. 4至0. 6。 BCD工艺集成电路功率二极管案例技术指标要求反向击穿电压大于30伏，正向电流60毫安时功耗小于60毫瓦，衬底漏电流小于80微安。 本技术网格阵列二极管，从可靠性第一出发，借鉴了双极型晶体管(BJT)的 基极与集电极短接的二极管形式，利用BCD工艺下纵向双极NPN晶体管(VNPN)结构，高压 P型半导体阱(高压P阱)作为VNPN的基极区域，低压N型半导体阱(低压N阱)包含在 高压P阱阱区域中作为VNPN的发射极区域，N外延作为VNPN的集电极区域，把高压P阱阱 VNPN的基极有源区域与最外围N外延VNPN的公用集电极有源区域通过金属连线短接。每 个单元VNPN管的基区在高压P阱区域，发射区在低压N阱区域，有源发射区可呈现为正方 形、六边形或圆形，有源基区包围在有源发射区四周，相邻的单元公用上下左右的基极，众 多VNPN管的基极和发射极单元组成二极管元胞呈现均匀网格排列，其中组成正方形网格 带状的基极是二极管的正极，每个网格中心是单元二极管的负极。 通过功率二极管技术指标分析，利用低压N阱区域与高压P阱区域之间的结实现 一种大于30伏的高耐压，采用基极与集电极短接单元VNPN管的有效发射极面积为64平方 微米时，作为二极管元胞的负极，四周围绕的宽度为2到10微米的基区带作为二极管元胞 的正极，采用正方形二极管元胞15*15微米(内径)的网格阵列并联组成的功率二极管可 兼顾反向耐压和正向衬底漏电流和功耗的要求。 当采用正方形单元作二极管负极时，网格阵列二极管见图2，区域1部分是加强N 型区，其形状呈方形，其外包区域2部分低压N型阱区，区域1部分和2部分形成单元二极 管的阴极；区域3部分是加强P型区，呈边带状形成单元二极管的正极，区域4部分是高压 P型阱区，包围区域3部分和区域2部分。 根据当元胞二极管有效电流通道面积与元胞二极管的总面积达到比例0.4至 0. 6，则导通阻抗最小，单位面积电流密度最大，效率最高。见图3，区域1部分是单元二极管 的负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网格阵列二极管，其特征在于，包括：　　纵向ＮＰＮ管基极与集电极通过金属连线短接的单元二极管；　　单元二极管为正方形元胞，呈网格状交错排列，并联为一个整体大功率二极管；　　单元二极管的负极由ＮＰＮ管发射极组成；　　单元二极管的正极由ＮＰＮ管基极和集电极组成；　　单元二极管的负极在中间低压Ｎ阱区域，正极包在四周，属于高压Ｐ阱区域；　　相邻二极管单元公用上下左右正极，组成网格状有源区，每个网格中心是单元二极管的负极；　　网格阵列ＰＮ结二极管以单元二极管的负极中心呈对称分布；所有单元管集电极公用，包围在网格阵列ＰＮ结二极管的外边Ｎ外延区域。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓琳，崔文兵，童红亮，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]