[发明专利]PIN二极管及其制备方法

说明书

本发明提供了PIN二极管及其制备方法，PIN二极管具有第一直边和弧形拐角，且包括：N+衬底、N外延层、N‑外延层、P型扩散区、第一隔离区、金属隔离层、正面金属和背面金属。该PIN二极管可以有效降低弧形拐角处动态关断失效的风险，同时也降低了正向注入效率，进而可以有效降低关断时反向电流尖峰，从而PIN二极管的可靠性大大提高。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体的，涉及PIN二极管及其制备方法。

背景技术

高频功率开关应用过程中，主开关元件往往需要反并联续流快恢复二极管(FRD)，续流FRD的开关参数及性能会影响到主开关应用及系统的可靠性。具体的，相关技术中，高压(母线电压600V以上)IGBT开关系统应用中为了降低开关损耗，往往会采取低门极电阻的设计方案，而由此带来的就是对续流FRD的冲击加大，单个FRD会有较大的动态关断电流变化率(di/dt)及反向恢复电流变化率(dirr/dt)，而出于耐压的需要基区掺杂浓度通常很低(10¹³cm^-3数量级)，这使得二极管在反向恢复工作过程中容易产生动态关断失效。另外，FRD开关工作的特点就是关断时会有电流集边效应，即越往P阳极区边缘电流密度越大加之大的电压。对传统PIN结构二极管来讲，P阳极区边缘特别是四周拐角处容易产生大的电流密度及大的电场，电场和局部电流密度均远大于阳极中间区域。因此在边缘和拐角区域会局部有更高的功率损耗，容易引发局部过热，而现有PIN FRD P阳极区整个都过电流的设计结构(结构示意图参见图1和图2)，极易在P阳极区边缘部分及拐角处产生动态关断失效或烧毁，进而影响二极管可靠性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够改善P阳极区局域动态关断失效的PIN二极管。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种PIN二极管。根据本发明的实施例，该PIN二极管具有直边和弧形拐角，且包括：N+衬底；N外延层，所述N外延层设置在所述N+衬底的上表面上；N-外延层，所述N-外延层设置在所述N外延层的上表面上；P型扩散区，所述P型扩散区从所述N-外延层的上表面向所述N-外延层中延伸，且包括：第一P型扩散区，所述第一P型扩散区位于所述N-外延层的上表面的中间，且具有两对彼此相对的第二直边，相邻的两个所述第二直边之间通过过渡圆弧相连；第二P型扩散区，所述第二P型扩散区设置在每个所述第二直边的外侧，且与所述第一P型扩散区接触设置；第三P型扩散区，所述第三P型扩散区设置在每个所述过渡圆弧的外侧，位于所述弧形拐角处，且包括第一子区和围绕所述第一子区设置的第二子区，所述第二子区与所述第一P型扩散区和所述第二P型扩散区接触设置；第一隔离区，所述第一隔离区由所述N-外延层构成，呈环形，设置在所述第一子区和所述第二子区之间；金属隔离层，所述金属隔离层设置在所述第二P型扩散区、第三P型扩散区和所述第一隔离区的上表面上；正面金属，所述正面金属设置在所述金属隔离层和所述第一P型扩散区的上表面上；背面金属，所述背面金属设置在所述N+衬底的下表面上。发明人发现，该PIN二极管中通过设置第一隔离区，可以具有较好的电场扩展效果，而通过隔离金属将第二P型扩散区和第三P型扩散区与正面金属隔离，其中没有电流经过，仅起到反向时电场扩展的需要，因动态关断失效是电流加电压的共同作用，进而可以有效降低弧形拐角处动态关断失效的风险，同时也降低了正向注入效率，进而可以有效降低关断时反向电流尖峰，从而PIN二极管的可靠性大大提高。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的PIN二极管的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：在N+衬底的上表面上依次形成N外延层和N-外延层；对所述N-外延层进行离子注入处理和扩散处理，形成P型扩散区和第一隔离区；在第二P型扩散区、第三P型扩散区和所述第一隔离区的上表面上形成金属隔离层；在所述金属隔离层和第一P型扩散区的上表面上形成正面金属；在所述N+衬底的下表面上形成背面金属。发明人发现，该方法步骤简单、操作方便，易于工业化生产，且制备得到的PIN二极管动态关断失效的风险显著降低，同时关断时反向电流尖峰也明显降低。

附图说明