[发明专利]功率二极管的器件结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件结构，具体涉及一种功率二极管的器件结构。

背景技术

功率二极管器件是不断发展的功率-电子系统的内在驱动力，具有节约能源、动态控制、噪音减少的优点。功率半导体主要应用于对能源与负载之间的能量进行控制，并且应当拥有精度高、速度快和功耗低的特点。

现有的PIN(P⁺-N^--N⁺)二极管如图1所示，包括元胞101、终端区102，终端区102设置于元胞101的外围；器件的阴极由器件背面引出，器件阴极的上方为终端区102和元胞101的N型衬底10，N型衬底10的上方为N型外延区20；器件的阳极位于N型外延区20的表面，N型外延区20内分布有多块P型重掺杂区40，P型重掺杂区40与N型外延区20间隔交替排列；器件的阳极上方有金属引线60，金属引线60分别通过接触孔50与元胞101区域内的P型重掺杂区40接触；金属引线60、接触孔50、P型重掺杂区40与N型外延区20以及N型衬底10形成PIN功率二极管。

这种PIN二极管在使用过程中，反向偏压时，其I区内的电场成梯形分布，可以承受较大的反向击穿电压；正向开启时，其I区内充满了少数载流子致使电阻下降，可以承受较大的导通电流。但是，开启过程中充满I区的少数载流子，在器件关闭时需要有较长的时间将这些载流子进行释放，这就是通常所说的电流拖尾现象。

由于PIN二极管存在这部分额外的损耗，导致器件不能应用于高端的绿色节能产品中。为解决这一问题，常用的方法是工艺上使用电子伏兆，或对I区进行掺金或铂，以制造缺陷，从而能够在器件关断时利用这些缺陷快速释放少数载流子。但是由于缺陷的存在，会影响器件开启时的导通能力；而使用金或铂重金属，不仅容易污染设备，而且会增加制造成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种功率二极管的器件结构，它可以降低电流拖尾现象。

为解决上述技术问题，本发明功率二极管的器件结构的技术解决方案为：

包括元胞、终端区，终端区设置于元胞的外围；器件的阴极由器件背面引出，器件阴极的上方为终端区和元胞的N型衬底，N型衬底的上方为N型外延区；器件的阳极位于N型外延区的表面，N型外延区内分布有多块P型重掺杂区，P型重掺杂区与N型外延区间隔交替排列；所述器件的阳极上方有金属引线，金属引线分别通过掺杂区接触孔、外延区接触孔与元胞区域内的P型重掺杂区和N型外延区交替并行接触；所述金属引线、掺杂区接触孔、P型重掺杂区与N型外延区以及N型衬底形成PIN功率二极管；所述金属引线、外延区接触孔与N型外延区以及N型衬底形成金属半导体接触的肖特基二极管。

所述P型重掺杂区与N型外延区之间有场氧化膜，场氧化膜的表面与P型重掺杂区的水平方向之间的夹角不大于30度。

所述外延区接触孔的横向尺寸不小于掺杂区接触孔的横向尺寸。

所述元胞区域内的P型重掺杂区的面积比外延区接触孔的面积至少大一个数量级。

所述P型重掺杂区的形状是方形、圆形、矩形、六边形中的一种或几种。

所述外延区接触孔的形状是圆形、方形或者长条形。

所述掺杂区接触孔、外延区接触孔内为钨栓，或者是直接填入的金属。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明在器件正向导通时，由于肖特基二极管的开启阈值电压低，能够提高整个器件的开启速度。

本发明在器件反向阻断时，PIN二极管的N型外延区中形成大面积的耗尽区，使肖特基二极管被耗尽区隔离，因此不存在击穿的风险。

本发明在器件开启阶段，N型外延区充满了少数载流子，在关断后通过肖特基二极管快速释放，能够降低电流拖尾现象，降低器件的损耗。

本发明能够实现功率二极管器件的高耐压能力，快速开启，以及反向关断时的快速恢复，降低开关损耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有技术PIN二极管器件结构的示意图；

图2是本发明功率二极管的器件结构的示意图；

图3是本发明的器件在反向偏压下的阻断原理示意图；

图4、图5是场氧化膜的表面与P型重掺杂区的水平方向之间不同的夹角所形成的耗尽层的示意图。

图中附图标记说明：

101为元胞，                   102为终端区，

10为N型衬底，                 20为N型外延区，