[发明专利]肖特基二极管管芯及其制备方法、二极管和光伏组件

说明书

本公开提出一种肖特基二极管管芯及其制备方法、二极管和光伏组件，涉及光伏发电技术领域。管芯包括单晶硅衬底、肖特基势垒结、控制PN结、保护PN结、隔离介质、管芯正电极接触金属和管芯负电极接触金属，在第一侧面设置有多个腐蚀坑，控制PN结设置在腐蚀坑坑壁上，管芯正电极接触金属和管芯负电极接触金属均由第一侧面引出。本公开能够更好地消减高频脉冲电流和浪涌电流，管芯应力小，便于集成封装。

技术领域

本公开涉及光伏发电技术领域，具体而言，涉及一种肖特基二极管管芯及其制备方法、二极管和光伏组件。

背景技术

肖特基二极管是一种基于金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的热载流子二极管，也称为金属-半导体(接触)二极管或表面势垒二极管。光伏发电领域应用肖特基二极管主要是利用其正向导通压降较低的优点，达到电能损失较少的目的，因而被广泛应用于光伏组件中用做旁路二极管。由于光伏组件低压、大电流、安装地存在雷电感应风险的特殊性，因此要求旁路二极管具有较强的过流能力、抗浪涌电流能力和一定的反向耐压。

现有技术的功率级肖特基二极管，为了解决肖特基二极管反向耐压较低的不足，采用了沟槽式控制PN结的肖特基二极管结构，利用MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属—氧化物—半导体结构)场效应，在肖特基二极管表面电压达到击穿电压以前，将各控制PN结之间的间隙夹断，由控制PN结代替肖特基势垒结承受反向电压，因此大大提高了肖特基二极管的反向击穿电压。

沟槽式控制PN结的结构的一个附加好处是有利于提高肖特基二极管的抗浪涌电流的能力。

例如，上海先进半导体制造有限公司发表于集成电路应用第33卷第8期(总第275期)2016年8月号的文章《沟槽肖特基二极管工艺研究》，介绍了一种肖特基二极管的结构和制造方法：“引入沟槽设计，产品结构从平面变成了垂直，……”。“其主要特点是随着反向电压升高，通过MOS效应，沟槽之间提前夹断，电场强度在到达硅表面之前，降为零，避免在表面击穿，提高了阻断能力。另外，其相对于平面二极管还有着其它不可比拟的优势，主要表现在ESD(Electro-Static discharge，静电释放)和抗浪涌电流能力增强，……”。

制造该器件的主要工艺特点有：

(1)沟槽刻蚀；

(2)多晶回刻。沟槽刻蚀后，需要填充多晶硅，反刻多晶硅；

(3)接触孔刻蚀；

(4)势垒金属工艺。

现有技术的不足在于：

(1)沟槽式肖特基二极管中的沟槽会在硅片中产生应力，使得管芯容易开裂。为了克服这一缺点，现有技术会在沟槽内掺杂后，以多晶硅回填沟槽，这就提高了工艺成本；

(2)由于回填多晶硅的导电能力比金属差，因此现有技术提高肖特基二极管的浪涌电流的能力便会受到不利影响；

(3)沟槽的布置增加了局部电流密度，同时衬底横向电流的流动必须绕过所述沟槽组成的“隔离墙”，因而增加了器件的串联电阻；

(4)考虑到高频电流的趋肤效应，在快速消弭高频雷电感应电压方面，沟槽式布局的二极管管芯要优于平面布局的二极管管芯，但是本发明的点状布局具有更好的高频电流分散能力；

(5)现有技术的另一个不足在于，肖特基二极管的负极是由衬底面引出的，对于封装在光伏组件中的旁路二极管而言，双面出线，管芯和器件的厚度都会增加，不利于集成封装。

发明内容

本公开的目的在于提供一种肖特基二极管管芯及其制备方法、肖特基二极管和光伏组件，以使肖特基二极管具有更好的抗浪涌电流能力，在提高肖特基二极管的反向阻断电压、降低漏电流的同时，具有芯片机械应力小、制造成本低、芯片厚度薄，便于集成封装的优点。