本申請涉及功率半導(dǎo)體功率二極管，具體而言，涉及一種功率二極管。

背景技術(shù)：

隨著高功率電子功率二極管的發(fā)展，高壓二極管逐漸成為電力電子應(yīng)用中的一個核心元件。目前市場所采用的高壓二極管種類主要有高壓PN結(jié)二極管、肖特基勢壘二極管與高壓JBS二極管。

高壓PN結(jié)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，該高壓PN結(jié)二極管由下至上依次包括N+襯底01、N-外延層02、P+層03以及金屬層04。這種高壓PN結(jié)二極管的特點是耐壓高但是反向恢復(fù)性能較差。當該功率二極管加反向電壓時，由于大量少數(shù)載流子的存在，需要將這些少數(shù)載流子消耗掉或者中和掉，才能使得高壓PN結(jié)二極管反向截止。由于將這些少數(shù)載流子消耗掉或者中和掉是一個耗時的過程，因此，反向電流增加到最大值到減小到最小值的過程比較耗時，即高壓PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時間較長，反向恢復(fù)速度慢，功率二極管的反向恢復(fù)性能差。

現(xiàn)有的一種肖特基勢壘二極管(SchottkyBarrier Diode，簡稱SBD)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。該功率二極管由下至上依次包括疊置的N+襯底01、N-外延層02以及金屬層04。這種肖特基勢壘二極管是利用金屬與半導(dǎo)接觸形成的金屬－半導(dǎo)體肖特基結(jié)，因其在正向?qū)〞r，不存在少數(shù)載流子的注人，因此，在加反向偏壓時，不存在消耗或者中和大量少數(shù)載流子的過程，因此，該功率二極管的反向恢復(fù)速度快，具有開關(guān)速度快的優(yōu)點，但是該功率二極管的最大缺點是反向電壓很低，一般很難制造反偏電壓在300V以上的肖特基勢壘二極管。

現(xiàn)有的一種高壓JBS二極管的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該功率二極管包括N+襯底01、N-外延層02、P+層03以及金屬層04。該JBS二極管在原有的肖特基勢壘二極管中引入了一個PN結(jié)整流二極管來保護肖特基勢壘，它雖然解決了肖特基勢壘二極管的反向電壓低的問題，但是由于PN結(jié)整流二極管中少數(shù)載流子的存在，也使得其反向恢復(fù)特性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請的主要目的在于提供一種功率二極管，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的功率二極管不兼具好的反向恢復(fù)性以及高的反向電壓的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種功率二極管，該功率二極管包括：N型基體；至少兩個P型摻雜區(qū)，間隔設(shè)置在上述N型基體中；N型摻雜區(qū)，設(shè)置在各上述P型摻雜區(qū)的遠離上述N型基體的表面上；金屬層，設(shè)置在上述N型摻雜區(qū)的遠離上述N型基體的表面上，其中，上述金屬層與各上述P型摻雜區(qū)隔離設(shè)置。

進一步地，上述功率二極管包括至少兩個上述N型摻雜區(qū)，各上述N型摻雜區(qū)設(shè)置在上述N型基體中且與上述P型摻雜區(qū)一一對應(yīng)設(shè)置，且各上述N型摻雜區(qū)的遠離各上述P型摻雜區(qū)的表面與上述N型基體的平整表面平齊。

進一步地，第一表面為與上述N型基體的厚度方向垂直的表面，各上述N型摻雜區(qū)在上述第一表面上的投影位于對應(yīng)的上述P型摻雜區(qū)在上述第一表面上的投影的內(nèi)部，且上述功率二極管還包括：至少四個介質(zhì)區(qū)，各上述介質(zhì)區(qū)覆蓋各上述P型摻雜區(qū)的靠近金屬層的表面設(shè)置且用于隔離各上述P型摻雜區(qū)與上述金屬層。

進一步地，上述N型基體包括：N+襯底層；N-外延層，設(shè)置在上述N+襯底層的表面上，且上述P型摻雜區(qū)設(shè)置在上述N-外延層中且遠離上述N+襯底層。

進一步地，上述P型摻雜區(qū)為P+摻雜區(qū)。

進一步地，上述N型摻雜區(qū)為N+摻雜區(qū)。

進一步地，上述介質(zhì)區(qū)的材料包括二氧化硅。

進一步地，上述金屬層的材料包括為Al-Cu和/或Al-Si-Cu。

應(yīng)用本申請的技術(shù)方案，該功率二極管在正向工作時，即金屬層加正壓，N型基體加負壓，此時，兩個PN結(jié)均不工作，只有肖特基二極管在工作，這樣少數(shù)載流子不參與工作，進而使得在反向工作時，不存在將少數(shù)載流子中和或者消耗的過程，進而使得該功率二極管的反向恢復(fù)速度快，反向恢復(fù)性能較好。

該功率二極管在反向工作時，即金屬層加負壓，N型基體加正壓，功率二極管中P型摻雜區(qū)與N型基體形成的PN結(jié)二極管反向偏置，金屬層與N型基體形成肖特基二極管反向偏置，形成耗盡區(qū)，且當反偏至一定電壓時，P型摻雜區(qū)兩側(cè)的耗盡區(qū)連接在一起，將肖特基電流溝道夾斷，反向電壓不由肖特基二極管承擔(dān)，只由P型摻雜區(qū)與N型基體形成的PN結(jié)二極管承擔(dān)，從而確保功率二極管能在很高的反向偏置電壓下工作。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的高壓PN結(jié)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中的肖特基勢壘二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)中的高壓JBS二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖4示出了本申請的一種實施例的功率二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

01、N+襯底；02、N-外延層；03、P+層；04、金屬層；10、N型基體；20、P型摻雜區(qū)；30、N型摻雜區(qū)；40、介質(zhì)區(qū)；50、金屬層；11、N+襯底層；12、N-外延層。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、功率二極管、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中的功率二極管不兼具好的反向恢復(fù)性以及高的反向電壓，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N功率二極管。

本申請的一種典型的實施方式中，提供了一種功率二極管，如圖4所示，該功率二極管包括N型基體10、至少兩個P型摻雜區(qū)20、N型摻雜區(qū)30以及金屬層50。其中，至少兩個上述P型摻雜區(qū)20間隔設(shè)置在上述N型基體10中；N型摻雜區(qū)30設(shè)置在各上述P型摻雜區(qū)20的遠離上述N型基體10的表面上；金屬層50設(shè)置在上述N型摻雜區(qū)30的遠離上述N型基體10的表面上，其中，上述金屬層50與各上述P型摻雜區(qū)20隔離設(shè)置。

該功率二極管在正向工作時，即金屬層加正壓，N型基體加負壓，由于金屬層與各個P型摻雜區(qū)隔離設(shè)置，所以兩個PN結(jié)均不正向?qū)?，即少?shù)載流子不參與工作，只有肖特基二極管在工作，進而使得在反向工作時，不存在將少數(shù)載流子中和或者消耗的過程，進而使得該功率二極管的反向恢復(fù)速度快，反向恢復(fù)性能較好。

該功率二極管在反向工作時，即金屬層加負壓，N型基體加正壓，功率二極管中P型摻雜區(qū)與N型基體形成的PN結(jié)二極管反向偏置，金屬層與N型基體形成肖特基二極管反向偏置，形成耗盡區(qū)，且當反偏至一定電壓時，P型摻雜區(qū)兩側(cè)的耗盡區(qū)連接在一起，將肖特基電流溝道夾斷，反向電壓不由肖特基二極管承擔(dān)，只由P型摻雜區(qū)與N型基體形成的PN結(jié)二極管承擔(dān)，從而確保功率二極管能在很高的反向偏置電壓下工作。

但是上述N型摻雜區(qū)并不限于圖4的結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況將N型摻雜區(qū)設(shè)置在P型摻雜區(qū)的表面上并實現(xiàn)對應(yīng)的作用即可。例如，將N型摻雜區(qū)設(shè)置在N型基體中，且N型摻雜區(qū)與P型摻雜區(qū)在第一表面上的投影可以完全重合，第一表面為與上述N型基體的厚度方向垂直的表面。

本申請的一種實施例中，如圖4所示，上述功率二極管包括至少兩個上述N型摻雜區(qū)30，各上述N型摻雜區(qū)30設(shè)置在上述N型基體10且與上述P型摻雜區(qū)20一一對應(yīng)設(shè)置，且上述各上述N型摻雜區(qū)30的遠離各上述P型摻雜區(qū)20的表面與上述N型基體10的平整表面平齊。這樣結(jié)構(gòu)的功率二極管更易制備。

為了進一步確保制備工藝的可實現(xiàn)性，確保制備得到的功率二極管具有較好的功率二極管特性，本申請的一種實施例中，如圖4所示，第一表面與上述N型基體10的厚度方向垂直的表面，各上述N型摻雜區(qū)30在上述第一表面上的投影位于對應(yīng)的上述P型摻雜區(qū)20在上述第一表面上的投影的內(nèi)部，且上述功率二極管還包括至少四個介質(zhì)區(qū)40，各上述介質(zhì)區(qū)40覆蓋各上述P型摻雜區(qū)20的靠近金屬層的表面設(shè)置且用于隔離各上述P型摻雜區(qū)20與上述金屬層50。該功率二極管中，由于介質(zhì)區(qū)40覆蓋P型摻雜區(qū)20的靠近金屬層50的表面，進而在功率二極管正向工作時，由于介質(zhì)區(qū)40與N型摻雜區(qū)30的存在，使得P型摻雜區(qū)20與金屬層50隔離。

本申請的另一種實施例中，如圖4所示，上述N型基體10包括：N+襯底層11與N-外延層12，其中，N-外延層12設(shè)置在上述N+襯底層11的表面上，且上述P型摻雜區(qū)20與上述N型摻雜區(qū)30設(shè)置在上述N-外延層12中且遠離上述N+襯底層11。在功率二極管正向工作時，金屬層與N-外延層形成的肖特基二極管工作，當功率二極管反向工作時，P型摻雜區(qū)與N-外延層形成的PN結(jié)二極管反向工作形成耗盡區(qū)，金屬層與N-外延層形成的肖特基二極管反向工作。

為了進一步確保該功率二極管在N型基體中具有較大的耗盡區(qū)域，從而進一步保證該功率二極管的P型摻雜區(qū)兩側(cè)的N型基體中的耗盡區(qū)更快地連接在一起，本申請的一種實施例中，上述P型摻雜區(qū)20為P+摻雜區(qū)。

在沒有特殊說明的情況下，本申請中的P+、N+以及N-中的“+”與“-”分別代表重摻雜與輕摻雜，P+表示P型重摻雜，N+表示N型重摻雜，N-表示N型輕摻雜。

本申請的再一種實施例中，上述N型摻雜區(qū)30為N+摻雜區(qū)。

本申請中的介質(zhì)區(qū)可以是任何材料形成的，例如，該介質(zhì)區(qū)的材料可以包括氮化硅與二氧化硅，也可以只包括二氧化硅，還可以是PSG(Phospho-Silicate-Glass，簡稱磷硅玻璃)或者BPSG(Boro-Phospho-Silicate-Glass，簡稱硼磷硅玻璃)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的材料形成介質(zhì)區(qū)。為了進一步保證形成的介質(zhì)區(qū)具有較好的隔離效果，本申請的一種實施例中，上述介質(zhì)區(qū)的材料包括二氧化硅。

為了簡化介質(zhì)區(qū)的形成工藝，本申請的一種實施例中，上述的介質(zhì)區(qū)為二氧化硅介質(zhì)區(qū)。

本申請中的金屬層可以是現(xiàn)有技術(shù)中的任何肖特基二極管中的金屬層，例如可以是Al-Si-Cu，也可以是Al-Si，還可以是Al-Cu，還可以是任意幾種金屬混合形成的金屬層。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的材料形成金屬層。

本申請中的功率二極管的制作工藝均采用現(xiàn)有技術(shù)中的工藝，以圖4所示的結(jié)構(gòu)為例，來說明本申請的功率二極管的具體制作方法。

功率二極管的制作工藝包括：

首先，制作N型基體10。

在N+襯底層11的表面上外延生長N-外延層12，形成N型基體10。

其次，形成P型摻雜區(qū)20。

通過光刻、刻蝕、離子注入法和擴散爐推進在N型基體10中形成P型摻雜區(qū)20。

再次，形成N型摻雜區(qū)30和介質(zhì)區(qū)。

利用P型摻雜區(qū)20形成過程中擴散爐生長的二氧化硅，通過光刻、刻蝕、N+離子注入和擴散爐推進等工藝，形成如圖4所示的N型摻雜區(qū)30和介質(zhì)區(qū)40。

最后，在介質(zhì)區(qū)40的裸露表面上、N-外延層12的裸露表面上以及N型摻雜區(qū)30的裸露表面上濺射形成設(shè)置Al-Si-Cu金屬層。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

本申請的功率二極管在正向工作時，即金屬層加正壓，N型基體加負壓，此時，兩個PN結(jié)均不工作，只有肖特基二極管在工作，這樣少數(shù)載流子不參與工作，進而使得在反向工作時，不存在將少數(shù)載流子中和或者消耗的過程，進而使得該功率二極管的反向恢復(fù)速度快，反向恢復(fù)性能較好。

該功率二極管在反向工作時，即金屬層加負壓，N型基體加正壓，功率二極管中P型摻雜區(qū)與N型基體形成的PN結(jié)二極管反向偏置，金屬層與N型基體形成肖特基二極管反向偏置，形成耗盡區(qū)，且當反偏至一定電壓時，P型摻雜區(qū)兩側(cè)的耗盡區(qū)連接在一起，將肖特基電流溝道夾斷，反向電壓不由肖特基二極管承擔(dān)，只由P型摻雜區(qū)與N型基體形成的PN結(jié)二極管承擔(dān)，從而確保功率二極管能在很高的反向偏置電壓下工作，其反向耐壓可以達到600V、1200V甚至更高電壓，進而使得該功率二極管不僅具有較好的反向恢復(fù)特性還能承受很高的反向偏壓。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。