一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管。
【背景技术】
[0002]在电子系统中，二极管是最常用的基础电子元器件之一。当给二极管加一正向电压时，器件开启导通，器件中有电流流过，并产生小的正向压降；当给二极管加一反向电压时，二极管截止，器件中只有小到可以忽略的漏电流通过。该现象即为二极管的单向导电特性。因此二极管可作为整流器使用。
[0003]在如今机动车中，汽车发电机所用的整流桥由多个二极管并联形成，实际使用中肯定需要增大发电机的工作效率以节省能源，因此就需要导通压降更低的二极管来降低整流桥的损耗。另外考虑发电机工作的高温环境和工作时偶发的抛负载情况等，二极管还需要具有低的尚温反向漏电流，并具有尚的抗浪涌电流能力等特点。一.极管的动态雪崩能量是体现发电机耐抛负载能力的主要参数。而动态雪崩能量的一个直观体现便是浪涌电流。因此二极管作为汽车发电机前端的整流桥的主要器件，其抗浪涌电流能力的优劣直接影响到汽车发电机的可靠性。
[0004]PiN二极管和肖特基二极管是主要的两类传统整流二极管。PiN 二极管稳定性好，能工作于大电压下而反向漏电小，且高温下漏电流比肖特基二极管小得多；但器件开启电压较大，使得器件工作时导通损耗较大，且由于少子存储效应使得器件关断时间较长，关断损耗较大。
[0005]肖特基二极管是利用金属与半导体形成的金属-半导体结原理制作的，正向开启电压较小，同时肖特基二极管是多数载流子器件，没有少子存储效应，所以关断损耗很小；但其串联的漂移区电阻有着与器件耐压成2.5次方的矛盾关系，阻碍了肖特基二极管的高压大电流的应用，另外肖特基二极管极差的高温特性、大的泄漏电流和软击穿特性，使得硅基肖特基二极管通常只能工作在250V以下的电压范围内。
[0006]为了提高二极管性能，研究者们已经提出一种具有P型埋层的低开启电压的二极管结构，参见 2012 年 ISPSD 会议文章 “ Innovative Buried Layer Rectifier with 0.1VUltra-low Forward Conduct1n Voltage”和中国发明专利 CN 102709317A “一种低开启电压二极管”，两篇文献中作者利用P型埋层和N型漂移区形成的PN结二极管的耗尽区缩小与增大来控制二极管开启和关断，使得器件在很小的正向电压下就有电流通道。
[0007]中国发明专利CN 102709317A中JFET区上方为肖特基接触，这一定程度上可以提高器件的抗浪涌电流能力，但同时在反向耐压时会产生较大的漏电流。而ISPSD2012会议文章中JFET区上方为氧化层与多晶硅的MOS结构，这可以大大减小反向耐压时的漏电流，同时正向导通时多晶硅下方产生的电子积累区有利于减小器件的正向导通压降，但该结构的抗浪涌电流能力会稍弱。基于此，我们提出一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题:提供一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管，以解决现有技术的汽车发电机整流桥使用的二极管由于抗浪涌电流能力差，在汽车运行过程中由于电磁干扰产生，特别是蓄电池断线抛负载时产生的瞬态电压高并产生瞬时大浪涌电流烧坏二极管器件，使汽车发电机不能正常工作等技术问题。
[0009]本发明技术方案:
一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管，它包括N+衬底，N +衬底背面为金属化阴极，N +衬底正面为N_外延层，N-外延层上表面有氧化层，氧化层上方为多晶硅，N-外延层顶部具有两个P型掺杂区，两个P型掺杂区侧边分别具有N型掺杂区，金属化阳极位于器件顶层，两个P型掺杂区下方还分别具有一个P体区，两个P体区通过P型掺杂区与金属化阳极相连接，金属化阳极覆盖在多晶硅、P型掺杂区、N型掺杂区以及N—外延层的上表面，两个P体区和它们之间的N—外延层构成一个结型场效应晶体管区，两个P型掺杂区之间为P型掺杂的浪涌电流泄放通道。
[0010]P体区的横向尺寸大于P型掺杂区的横向尺寸，两个P体区和它们之间的N_外延层构成一个结型场效应晶体管区。
[0011]金属化阴极和金属化阳极为铝、铜、钨或金属导电材料。
[0012]所述二极管的半导体材料为体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅。
[0013]本发明的有益效果:
本发明提供的一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管，在器件的有源区外通过掺杂形成独立的plug区，以作为浪涌电流的泄放通道。器件处于正常截止状态时，器件内最高电场位于PN结处，器件击穿后，电流由P区流至金属阳极，不会对器件产生破坏性影响。但器件工作时当遇到由于汽车发电机抛负载或者其他电子干扰时，器件产生一个瞬时高电压或者瞬时大电流，这都会导致器件内部产生一个较大的浪涌电流，此时由于空间电荷区的自由电荷效应，较大的浪涌电流会使器件内部的电场分布发生改变，电流越大，掺杂浓度越低，自由电荷效应越明显，电场分布改变越多。电流增加引起了电场的增加，当电流达到一定程度时，空间电荷区将占据整个N-外延层区，并在N-外延层和N+衬底的N-N+结处形成另一个电场峰值，该电场峰值随着浪涌电流的增大继续增大直至发生雪崩击穿，这就将形成一个不稳定的电流效应，因为N-N+结的雪崩是由电子引起，而电子的碰撞电离率比空穴高，所以它在低场下就会出现较大电流的增加，导致在器件内形成不稳定的电流丝，而器件元胞区P区与金属阳极接触面积相对较小，该大电流若全从器件有源区中的P区流出很可能会在该处形成热点导致器件烧毁失效。本发明通过额外引入的PN结plug区为因二次击穿或其他原因产生的浪涌电流提供泄放通道，降低了器件烧毁的可能性，增强了器件的可靠性，解决了现有技术的汽车发电机整流桥使用的二极管由于抗浪涌电流能力差，在汽车运行过程中由于电磁干扰产生，特别是蓄电池断线抛负载时产生的瞬态电压高并产生瞬时大浪涌电流烧坏二极管器件，使汽车发电机不能正常工作等技术问题。
【附图说明】
[0014]图1是本发明二极管的纵向剖面图。
【具体实施方式】
[0015]—种具有高的抗浪涌电流能力的二极管(见图1)，它包括N+衬底2，N+衬底2背面为金属化阴极1，N+衬底2正面为N ~外延层3，N-外延层3上表面有氧化层9，氧化层9上方为多晶硅10，N—外延层3顶部具有两个P型掺杂区5，两个P型掺杂区5侧边分别具有N型掺杂区4，金属化阳极6位于器件顶层，两个P型掺杂区5下方还分别具有一个P体区7，两个P体区7通过P型掺杂区5与金属化阳极6相连接，金属化阳极6覆盖在多晶硅10、P型掺杂区5、N型掺杂区4以及N—外延层3的上表面，两个P体区和它们之间的N—外延层构成一个结型场效应晶体管区8，两个P型掺杂区之间为P型掺杂的浪涌电流泄放通道，也叫plug区。
[0016]N型掺杂区4为N型重掺杂区，掺杂浓度为119 /cm3-1021 /cm3;P型掺杂区5为P型重掺杂区，掺杂浓度为119 /cm3-1021 /cm 3;P体区7在重掺杂N型掺杂区4与P型重掺杂区下方，结深为0.5Mm，氧化层9为薄氧化层，厚度为5-15nm。
[0017]P体区的横向尺寸大于P型掺杂区的横向尺寸，两个P体区和它们之间的N_外延层构成一个结型场效应晶体管区。
[0018]金属化阴极和金属化阳极为铝、铜、钨或金属导电材料。
[0019]所述二极管的半导体材料为体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅。
[0020]本发明技术方案中，1、电流泄放plug区域11连接两个P型掺杂区5 ;2、plug区域作为浪涌电流泄放通道不限于BLR (Buried Layer Rectifier)埋层低电压二极管中，同样可用于 MCD (MOS Control D1de，M0S 控制二极管)、TMBS (Trench MOS Barrier SchottkyRectifier，沟槽MOS型肖特基势皇整流器)等各种不同结构的二极管中。
[0021]本发明的具体实现方法与现有技术二极管元胞区制作方法相同，而电流泄放plug区制造可与P型掺杂区同时形成，或者单独制作掩膜版作离子注入，并高温推结形成。
【主权项】
1.一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管，它包括N +衬底(2)，其特征在于:N +衬底(2 )背面为金属化阴极(I)，N+衬底(2 )正面为N _外延层(3 )，N_外延层(3 )上表面有氧化层(9 )，氧化层(9 )上方为多晶硅(10 )，N_外延层(3 )顶部具有两个P型掺杂区(5 )，两个P型掺杂区(5)侧边分别具有N型掺杂区(4)，金属化阳极(6)位于器件顶层，两个P型掺杂区(5)下方还分别具有一个P体区(7)，两个P体区(7)通过P型掺杂区(5)与金属化阳极(6 )相连接，金属化阳极(6 )覆盖在多晶硅(10 )、P型掺杂区(5 )、N型掺杂区(4 )以及N—外延层(3)的上表面，两个P体区(7)和它们之间的N_外延层(3)构成一个结型场效应晶体管区(8 )，两个P型掺杂区(5 )之间为P型掺杂的浪涌电流泄放通道(11)。2.根据权利要求1所述的一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管，其特征在于:P体区(7)的横向尺寸大于P型掺杂区(5)的横向尺寸，两个P体区(7)和它们之间的N—外延层(3)构成一个结型场效应晶体管区(8)。3.根据权利要求1或2所述的一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管，其特征在于:金属化阴极(I)和金属化阳极(6)为铝、铜、钨或金属导电材料。4.根据权利要求1或2所述的一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管，其特征在于:所述二极管的半导体材料为体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅。
【专利摘要】本发明公开了一种具有高的抗浪涌电流能力的二极管，它包括N+衬底，N+衬底背面为金属化阴极，N+衬底正面为N－外延层，N－外延层上表面有氧化层，氧化层上方为多晶硅，N－外延层顶部具有两个P型掺杂区，两个P型掺杂区侧边分别具有N型掺杂区，金属化阳极位于器件顶层，两个P型掺杂区下方还分别具有一个P体区，两个P体区通过P型掺杂区与金属化阳极相连接，金属化阳极覆盖在多晶硅、P型掺杂区、N型掺杂区以及N－外延层的上表面，两个P型掺杂区之间为P型掺杂的浪涌电流泄放通道，也叫plug区，解决了现有技术的汽车发电机整流桥中的二极管抗浪涌电流能力差等技术问题。
【IPC分类】H01L29/06, H01L29/861
【公开号】CN105006490
【申请号】CN201510448585
【发明人】李泽宏
【申请人】李泽宏
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月28日