一种快恢复二极管及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体分立器件技术领域，尤其涉及一种快恢复二极管及其制备方法。


背景技术：

2.igbt为mos+bjt复合型器件，本身没有反并联的二极管，因为很多应用场景为电感应用，所以igbt应用时通常需要反并一个同电压电流等级的快恢复二极管。所以，和igbt一样，快恢复二极管也属于高压大电流器件。作为高电压大电流芯片，快恢复二极管(frd)通常容易受到电流集边效应的困扰。
3.为了改善快恢复二级管得电流集边效应，现在主流的设计方案是在元胞边缘区增加一段200～300微米的主结区，如图1所示。但是，这种设置再高频开关情况下，仍然会有较大的电流集边效应。因此，快恢复二极管的设计仍然需要优化。


技术实现要素：

4.为了解决以上技术问题，本发明提供了一种降低大电流快恢复二极管集边效应的快恢复二极管及其制备方法，在不增加芯片制造工艺步骤的情况下，通过在芯片元胞区设置和主结等同的区域，使得电流流向终端的面积增大，从而降低了大电流快恢复二极管电流集边效应的风险。
5.本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：
6.一种快恢复二极管，包括元胞区、围绕所述元胞区设置的主结区和围绕所述主结区设置的终端区，还包括：
7.于所述元胞区中设置穿过所述元胞区且与所述主结区同时形成的一掺杂区域。
8.优选地，所述掺杂区域包括第一掺杂区域和第二掺杂区域，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域交叉穿过所述元胞区，所述元胞区被所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域划分成若干个元胞子区域。
9.优选地，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域呈十字型设置。
10.优选地，所述掺杂区域的宽度为10μm～100μm。
11.优选地，所述掺杂区域的深度与所述主结区的深度相同。
12.本发明还提供一种快恢复二极管的制备方法，用于制备如上述的快恢复二极管，快恢复二极管包括元胞区、围绕所述元胞区设置的主结区和围绕所述主结区设置的终端区，所述方法还包括：
13.在形成所述主结区的同时，形成穿过所述元胞区的一掺杂区域。
14.优选地，所述形成穿过所述元胞区的一掺杂区域包括：
15.形成一第一掺杂区域和一第二掺杂区域，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域交叉穿过所述元胞区。
16.优选地，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域呈十字型设置。
17.优选地，所述掺杂区域的宽度为10μm～100μm。
18.优选地，所述掺杂区域的深度与所述主结区的深度相同。
19.本发明技术方案的优点或有益效果在于：
20.本发明通过在元胞区中设置穿过芯片中心区域的和主结同时形成的掺杂区域，使得电流不仅向四周发散，同时也流向芯片中心区域，从而可以有效改善电流集边效应；在不增加快恢复二极管制备工艺步骤情况下，改善了快恢复二极管的集边效应，提高了芯片的可靠性。
附图说明
21.图1为现有技术中，快恢复二极管的结构示意图；
22.图2为本发明的较佳实施例中，快恢复二极管的结构示意图；
23.图3为本发明的较佳实施例中，a-a
‘
的截面结构示意图；
24.图4为本发明的较佳实施例中，b-b
‘
的截面结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
28.参见图2，本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种快恢复二极管，包括元胞区100、围绕元胞区100设置的主结区200和围绕主结区200设置的终端区300，还包括：
29.于元胞区100中设置穿过元胞区100且与主结区200同时形成的一掺杂区域201。
30.具体的，在本实施例中，通过在芯片中间增设与主结区200相同的掺杂区域201，这种设置相当于增加了电流四周周长，降低芯片边缘区域的电流，从而降低电流集边效应的发生，实现在不降低芯片耐压的同时，增加了主结区200的面积，有效地降低了主结区200的电荷密度，改善了电流集边效应。
31.作为优选的实施方式，其中，掺杂区域201包括第一掺杂区域和第二掺杂区域，第一掺杂区域和第二掺杂区域交叉穿过元胞区100，元胞区100被第一掺杂区域和第二掺杂区域划分成若干个元胞子区域。
32.在一些实施方式中，第一掺杂区域包括至少一条，可以设置为一条，也可以设置多条，多条第一掺杂区域平行的不相交的设置。
33.在一些实施方式中，第二掺杂区域包括至少一条，可以设置为一条，也可以设置多条，多条第二掺杂区域平行的不相交的设置。
34.作为优选的实施方式，其中，第一掺杂区域和第二掺杂区域呈十字型设置。
35.具体的，在本实施例中，第一掺杂区域和第二掺杂区域呈十字型垂直设置，将元胞
区100划分成若干个元胞子区域，相当于若干个元胞子区域并联。
36.在一些实施方式中，第一掺杂区域和第二掺杂区域均设置一条，且第一掺杂区域和第二掺杂区域呈十字型垂直设置，将元胞区100划分成四个元胞子区域。在一些实施方式中，四个元胞子区域的面积相同，等同于4个小面积的frd芯片并联，在一些实施方式中，也可以将元胞区100划分成面积不同的四个元胞子区域。
37.作为优选的实施方式，其中，掺杂区域201的宽度为10μm～100μm。
38.在一些实施方式中，掺杂区域201的宽度可以设置为10μm、20μm 、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm。
39.作为优选的实施方式，其中，掺杂区域201的深度与主结区200的深度相同。
40.本发明还提供一种快恢复二极管的制备方法，用于制备如上述的快恢复二极管，快恢复二极管包括元胞区100、围绕元胞区100设置的主结区200和围绕主结区200设置的终端区300，方法还包括：
41.在形成主结区200的同时，形成穿过元胞区100的一掺杂区域201。
42.具体的，在本实施例中，通过在芯片中间增设与主结区200相同的掺杂区域201，这种设置相当于增加了电流四周周长，改善了电流的集中效应，本发明提供的快恢复二极管的制备方法与现有技术中通用的二极管制备方法可以兼容，实现在不增加快恢复二极管制备工艺步骤情况下，改善了快恢复二极管的集边效应，提高了芯片的可靠性。
43.作为优选的实施方式，其中，形成穿过元胞区100的一掺杂区域201包括：
44.形成一第一掺杂区域和一第二掺杂区域，第一掺杂区域和第二掺杂区域交叉穿过元胞区100。
45.作为优选的实施方式，其中，第一掺杂区域和第二掺杂区域呈十字型设置。
46.作为优选的实施方式，其中，掺杂区域201的宽度为10μm～100μm。
47.作为优选的实施方式，其中，掺杂区域201的深度与主结区200的深度相同。
48.于上述较佳的实施例中，快恢复二极管的制备流程包括如下步骤：
49.在n+buffer层1和n-漂移区2的硅基衬底上，形成终端区300，作为器件的耐压区；终端区300通常采用若干个场限环3的结构，在注入场限环3的同时进行p+区4的注入，形成主结区200；同时在芯片中心区域与主结区200同时的形成上述掺杂区域201，无需增加光刻层次和芯片制造成本；
50.在终端区300、主结区200形成场氧层6；
51.在掺杂区域201划分的子区域中，通过注入硼离子，形成一定浓度和深度的p-区5，形成元胞区100，作为快恢复二极管的阳极区；
52.然后在终端区300、主结区200和元胞区100表面淀积形成绝缘层7，在绝缘层7表面、元胞区100表面形成阳极金属层8；
53.在终端区300、主结区200形成钝化层；其中，该钝化层通常采用氮化硅sin，二氧化硅sio2，polyimide的一种或几种；
54.最后，对硅基衬底的背面进行减薄，形成背面金属层9。
55.采用上述技术方案的优点或有益效果在于：通过在元胞区中设置穿过芯片中心区域的和主结同时形成的掺杂区域201，使得电流不仅向四周发散，同时也流向芯片中心区域，从而可以有效改善电流集边效应；在不增加快恢复二极管制备工艺步骤情况下，改善了
快恢复二极管的集边效应，提高了芯片的可靠性。
56.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种快恢复二极管，包括元胞区、围绕所述元胞区设置的主结区和围绕所述主结区设置的终端区，其特征在于，还包括：于所述元胞区中设置穿过所述元胞区且与所述主结区同时形成的一掺杂区域。2.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述掺杂区域包括第一掺杂区域和第二掺杂区域，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域交叉穿过所述元胞区，所述元胞区被所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域划分成若干个元胞子区域。3.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域呈十字型设置。4.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述掺杂区域的宽度为10μm～100μm。5.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述掺杂区域的深度与所述主结区的深度相同。6.一种快恢复二极管的制备方法，用于制备如权利要求1-5任意一项所述的快恢复二极管，快恢复二极管包括元胞区、围绕所述元胞区设置的主结区和围绕所述主结区设置的终端区，其特征在于，所述方法还包括：在形成所述主结区的同时，形成穿过所述元胞区的一掺杂区域。7.根据权利要求6所述的快恢复二极管的制备方法，其特征在于，所述形成穿过所述元胞区的一掺杂区域包括：形成一第一掺杂区域和一第二掺杂区域，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域交叉穿过所述元胞区。8.根据权利要求7所述的快恢复二极管的制备方法，其特征在于，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域呈十字型设置。9.根据权利要求6所述的快恢复二极管的制备方法，其特征在于，所述掺杂区域的宽度为10μm～100μm。10.根据权利要求6所述的快恢复二极管的制备方法，其特征在于，所述掺杂区域的深度与所述主结区的深度相同。

技术总结
本发明提供一种快恢复二极管及其制备方法，包括元胞区、围绕元胞区设置的主结区和围绕主结区设置的终端区，还包括：于元胞区中设置穿过元胞区且与主结区同时形成的一掺杂区域。有益效果：通过在元胞区中设置穿过芯片中心区域的和主结同时形成的掺杂区域，使得电流不仅向四周发散，同时也流向芯片中心区域，从而可以有效改善电流集边效应；在不增加快恢复二极管制备工艺步骤情况下，改善了快恢复二极管的集边效应，提高了芯片的可靠性。提高了芯片的可靠性。提高了芯片的可靠性。


技术研发人员：刘庆红 王军 刘雯娇 刘鹏飞 沈海波
受保护的技术使用者：上海维安半导体有限公司
技术研发日：2023.08.28
技术公布日：2023/10/15