[发明专利]功率二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压功率二极管结构。

背景技术

二极管是功率电子系统中不可或缺的器件，用于整流、续流等，广泛地采用BiCMOS工艺集成。

一般的二极管，如图1所示的结构，由于寄生三极管器件的存在，在正向工作时有很大的衬底漏电。实测数据显示(见图2)，从二极管的阳极灌入电流(图2的X轴)，可以看到衬底电流(图2中的Isub曲线)非常大，和二极管的阴极电流(图2中的I_Diode_N曲线)都是可比的。

现有基于NPN架构的功率二极管，如图3所示结构，发射结的反向耐压一般比较小。若采用阱作发射极，基极又很容易被穿通，即发射极和集电极直接连通起来了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种功率二极管，其具有较高的反向耐压能力。

为解决上述技术问题，本发明的功率二极管，其结构为：采用NPN结构，其中NPN结构的基极和集电极连接作为功率二极管的阳极，NPN结构的发射极作为功率二极管的阴极；发射极端发射区域下方设有一个阱注入区，阱注入区的导电类型与发射区域相同，且杂质浓度低于发射区域的杂质浓度；基极下方的衬底里设置埋层，埋层的导电类型与基极区域相同，且杂质浓度高于基极区域的杂质浓度。

本发明的功率二极管结构，把NPN结构中的基极和集电极连接作为二极管的阳极，发射极作为二极管的阴极，从而有效地降低了二极管正向工作时的衬底漏电。同时发射极采用了掺杂浓度较小的阱，提高了器件的反向耐压。另外在基极区域下方使用了具有相同导电类型的埋层，有效避免了集电极和发射极之间穿通的问题。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有的二极管结构示意图；

图2为图1所示二极管的电流示意图；

图3为现有的NPN构架的功率二极管结构示意图；

图4为本发明的功率二极管的结构示意图；

图5为图4所示的结构中形成阳极和阴极后的结构示意图；

图6为本发明的功率二极管的正向电流示意图；

图7为本发明的功率二极管的反向击穿电压示意图。

具体实施方式

本发明的NPN架构的功率二极管，NPN结构中的基极和集电极连接作为功率二极管的阳极，发射极作为功率二极管的阴极。在现有的NPN结构的基础上，在发射极端的发射区域下方增设一个阱注入区，该阱注入区的导电类型与发射区域相同，但杂质浓度低于发射区域的杂质浓度，用于提高器件的反向耐压。而为了防止集电极和发射极之间的穿通问题，在基极下方的衬底设置埋层，埋层的导电类型与基极区域相同，但杂质浓度高于基极区域的杂质浓度(见图4和图5)。以图5为例，即基极下方的P型埋层的杂质浓度高于HVPW区域的杂质浓度。

上述结构中发射极为N型，发射极下的阱注入区为N阱；基极为P型(由高压P阱组成，见图5中的HVPW)，集电极为N型。发射极和基极位于同一个P阱中，且由场氧化区隔离开。基极下方的埋层为P型埋层，位于HVPW下方。在阱注入区下方设置有高压阱注入区(为图5中的高压N阱，常规结构中的发射极区域)，同样位于P阱中，其导电类型与阱注入区相同，且杂质浓度低于阱注入区的杂质浓度，如此设置能得到更高的反向耐压。本发明的功率二极管制备中，发射极端的设置可与集电极端的相同，从上往下分别为N+注入区(用于和金属形成欧姆接触)、N阱注入区和高压N阱注入区。图4中的N+区域和P+区域分别用于和金属形成欧姆接触的重掺杂区域，用于电极引出。

对一个具体的功率二极管实例进行测试，可见正向电流曲线中，衬底漏电非常小(见图6)，而在反向试验中，该功率二极管的反向击穿电压大于30V(见图7)。可知，本发明的功率二极管，具有较小的衬底漏电和较高的反向击穿电压。

本发明的功率二极管的制备流程，简单介绍如下：

先准备衬底；之后分别进行N型埋层和P型埋层的注入；而后进行外延层的生长；接着通过阱制备等步骤完成NPN结构；最后通过接触孔和金属连线工艺把NPN结构的基极和集电极连接作为功率二极管的阳极，发射极作为功率二极管的阴极。

上述结构中，每个区域的杂质浓度范围，以具体的结构为例。N+的发射区域，杂质浓度可取每立方厘米有10²⁰数量级的原子，具体可为1.0×10²⁰原子/cm³～4.0×10²⁰原子/cm³。发射区域下方的阱注入区为N阱，杂质浓度可设为每立方厘米有10¹⁷数量级的原子，具体可为1.0×10¹⁷原子/cm³～3.0×10¹⁷原子/cm³。阱注入区下方的高压阱注入区，杂质浓度可设为每立方厘米有10¹⁶数量级的原子，具体可为1.0×10¹⁶原子/cm³～4.0×10¹⁶原子/cm³。P型埋层的杂质浓度为每立方厘米有10¹⁸次数量级的原子，具体可为0.5×10¹⁸原子/cm³～2.0×10¹⁸原子/cm³。原来设在三极管结构下方的N型埋层中，杂质浓度可为每立方厘米有10¹⁹次数量级的原子。