專利名稱：網格陣列二極管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子元件，特別是涉及一種二極管。
背景技術：
19世紀末人們就發明了現在稱為二極管的器件，第一次被廣泛應用是在1907年 的晶體礦石檢波器。在20世紀60年代中硅PN結二極管開始流行，現代集成電路中二極管 通常用作鉗位、整流、檢波等。 標準雙極集成電路中一般最常使用的二極管有二種，一是雙極型晶體管(BJT)的 基極與集電極短接的二極管，另一種就是單獨的基結與集電結(BC結)的二極管。金屬氧化 物場效應管兼容工藝下實現的二極管比純雙極型工藝(Bipolar)的二極管復雜多樣，具有 更大的寄生效應，所以當作為功率二極管應用，要避免閂鎖效應(Latch-yp)，故只有通過 合理的布局克服兼容工藝下的寄生效應。 一般功率管設計常用的由NPN型組成，功率二極 管結構采用指狀或叉指狀結構，其最大優點是擁有其它形狀無法達到的高速。而PNP型受 工藝限制很少能像NPN管承受大功率，所以運用較少，但它也能組成的功率管陣列，采用大 量單元排列方形網格或六邊形網格結構，其最大優點是由于單元承受功率小，所以更穩定， 見
圖1，區域1部分是PNP管發射極，區域2部分是PNP管集電極，區域3部分是N型外延， 區域4部分是PNP管基極。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種在雙極型晶體管和金屬氧化物場效應 管兼容工藝下實現功率二極管，其應用于電源集成電路。當正向導通工作時可實現大電流 通過，低功耗，低襯底漏電，高反向耐壓等功能。 為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種網格陣列二極管，包括縱向NPN管 基極與集電極通過金屬連線短接的單元二極管；單元二極管為正方形元胞，呈網格狀交錯 排列，并聯為一個整體大功率二極管；單元二極管的負極由NPN管發射極組成；單元二極管 的正極由NPN管基極和集電極組成；單元二極管的負極在中間低壓N阱區域，正極包在四 周，屬于高壓P阱區域；相鄰二極管單元公用上下左右正極，組成網格狀有源區，每個網格 中心是單元二極管的負極；網格陣列PN結二極管以單元二極管的負極中心呈對稱分布；所 有單元管集電極公用，包圍在網格陣列PN結二極管的外邊N外延區域。 本實用新型的有益效果在于在雙極型晶體管和金屬氧化物場效應管兼容工藝下 實現功率二極管，應用于電源集成電路。當正向導通工作時可實現大電流通過，低功耗，低 襯底漏電，高反向耐壓等功能。
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
圖1為現有PNP型網格二極管結構示意圖；[0009] 圖2是實施例一所述的負極方形單元網格陣列二極管示意圖； 圖3是實施例一所述的負極方形單元網格陣列二極管正方形元胞示意圖 圖4是實施例二所述的負極六邊形單元網格陣列二極管示意圖； 圖5是實施例三所述的負極圓形單元網格陣列二極管示意圖。
具體實施方式本實用新型所述的網格陣列PN結二極管結構，主要包括 縱向NPN管基極與集電極通過金屬連線短接的單元二極管； 單元二極管為正方形元胞，呈網格狀交錯排列，并聯為一個整體大功率二極管； 單元二極管的負極由NPN管發射極組成； 單元二極管的正極由NPN管基極和集電極組成； 單元二極管的負極在中間低壓N阱區域，正極包在四周，屬于高壓P阱區域； 相鄰二極管單元公用上下左右正極，組成網格狀有源區，每個網格中心是單元二 極管的負極； 單元二極管的負極形狀可以是方形，六邊形或圓形； 網格陣列PN結二極管以單元二極管的負極中心呈對稱分布； 所有單元管集電極公用，包圍在網格陣列PN結二極管的外邊N外延區域； 實施例一 負極方形單元網格陣列二極管示意結構見圖2，區域1部分是加強N型區，其形狀 呈方形，其外包區域2部分低壓N型阱區，區域1部分和2部分形成單元二極管的負極；區 域3部分是加強P型區，形成單元二極管的正極，區域4部分是高壓P型阱區，包圍區域3 部分和區域2部分； 二極管正方形元胞內徑邊長10 50 ii m，正極邊帶寬2 10 ii m，負極正方形邊長 5 25 ii m，元胞二極管有效電流通道面積Aact與元胞總面積Acell之比為0. 4至0. 6 ; 實施例二 負極六邊形單元網格陣列二極管示意結構見圖4，區域1部分是加強N型區，其形 狀呈六邊形，其外包區域2部分低壓N型阱區，區域1部分和2部分形成單元二極管的負極； 區域3部分是加強P型區，形成單元二極管的正極，區域4部分是高壓P型阱區，包圍區域 3部分和區域2部分； 二極管正方形元胞內徑邊長10 50 ii m，正極邊帶寬2 10 ii m，負極六邊形邊長 3 20 ii m，元胞二極管有效電流通道面積Aact與元胞總面積Acell之比為0. 4至0. 6 ; 實施例三 負極圓形單元網格陣列二極管示意結構見圖5，區域1部分是加強N型區，其形狀 呈圓形，其外包區域2部分低壓N型阱區，區域1部分和2部分形成單元二極管的負極；區 域3部分是加強P型區，形成單元二極管的正極，區域4部分是高壓P型阱區，包圍區域3 部分和區域2部分； 二極管正方形元胞內徑邊長10 50iim，正極邊帶寬2 10iim，負極圓形半徑 3 20 ii m，元胞二極管有效電流通道面積Aact與元胞總面積Acell之比為0. 4至0. 6。 BCD工藝集成電路功率二極管案例技術指標要求反向擊穿電壓大于30伏，正向電流60毫安時功耗小于60毫瓦，襯底漏電流小于80微安。 本實用新型網格陣列二極管，從可靠性第一出發，借鑒了雙極型晶體管(BJT)的 基極與集電極短接的二極管形式，利用BCD工藝下縱向雙極NPN晶體管(VNPN)結構，高壓 P型半導體阱(高壓P阱)作為VNPN的基極區域，低壓N型半導體阱(低壓N阱)包含在 高壓P阱阱區域中作為VNPN的發射極區域，N外延作為VNPN的集電極區域，把高壓P阱阱 VNPN的基極有源區域與最外圍N外延VNPN的公用集電極有源區域通過金屬連線短接。每 個單元VNPN管的基區在高壓P阱區域，發射區在低壓N阱區域，有源發射區可呈現為正方 形、六邊形或圓形，有源基區包圍在有源發射區四周，相鄰的單元公用上下左右的基極，眾 多VNPN管的基極和發射極單元組成二極管元胞呈現均勻網格排列，其中組成正方形網格 帶狀的基極是二極管的正極，每個網格中心是單元二極管的負極。 通過功率二極管技術指標分析，利用低壓N阱區域與高壓P阱區域之間的結實現 一種大于30伏的高耐壓，采用基極與集電極短接單元VNPN管的有效發射極面積為64平方 微米時，作為二極管元胞的負極，四周圍繞的寬度為2到10微米的基區帶作為二極管元胞 的正極，采用正方形二極管元胞15*15微米(內徑)的網格陣列并聯組成的功率二極管可 兼顧反向耐壓和正向襯底漏電流和功耗的要求。 當采用正方形單元作二極管負極時，網格陣列二極管見圖2，區域1部分是加強N 型區，其形狀呈方形，其外包區域2部分低壓N型阱區，區域1部分和2部分形成單元二極 管的陰極；區域3部分是加強P型區，呈邊帶狀形成單元二極管的正極，區域4部分是高壓 P型阱區，包圍區域3部分和區域2部分。 根據當元胞二極管有效電流通道面積與元胞二極管的總面積達到比例0.4至 0. 6，則導通阻抗最小，單位面積電流密度最大，效率最高。見圖3，區域1部分是單元二極管 的負極，區域3部分是單元二極管的正極，實例正方形二極管元胞內徑a = 15微米，則元胞 總面積Acell = 15*15 = 225平方微米，而元胞有效電流通道是從四周的正極P型區到中 心的負極N型區，中心正方形負極的邊長b二8微米，元胞二極管從四周的正極到中心的負 極的距離c = 3. 5微米，元胞二極管的四周正極帶寬d = 4微米，故有效電流通道面積Aact =4*b*c = 112平方微米，元胞二極管有效電流通道面積Aact與元胞總面積Acell之比為 0. 5。 六邊形單元負極網格陣列二極管見圖4，區域1部分是加強N型區，其形狀呈六邊 形，其外包區域2部分低壓N型阱區，區域1部分和2部分形成單元二極管的陰極；區域3 部分是加強P型區，呈邊帶狀形成單元二極管的正極，區域4部分是高壓P型阱區，包圍區 域3部分和區域2部分。 實例正方形二極管元胞內徑a = 15微米，則元胞總面積Acell = 15*15 = 225平 方微米，而元胞有效電流通道是從四周的正極P型區到中心的負極N型區，中心六邊形負極 的邊長b = 5微米，元胞二極管從四周的正極到中心負極圓邊的距離c最小1. 5微米，最大 5. 6微米，元胞二極管的四周正極帶寬d = 4微米，故有效電流通道面積Aact = 6*b*c = 107平方微米，元胞二極管有效電流通道面積Aact與元胞總面積Acell之比為0. 47。 圓形單元負極網格陣列二極管見圖5，區域1部分是加強N型區，其形狀呈圓形，其 外包區域2部分低壓N型阱區，區域1部分和2部分形成單元二極管的陰極；區域3部分是 加強P型區，呈邊帶狀形成單元二極管的正極，區域4部分是高壓P型阱區，包圍區域3部分和區域2部分。 實例正方形二極管元胞內徑a = 15微米，則元胞總面積Acell = 15*15 = 225平 方微米，而元胞有效電流通道是從四周的正極P型區到中心的負極N型區，中心圓形負極的 半徑b = 5微米，元胞二極管從四周的正極到中心負極圓邊的距離c最小2. 5微米，最大 5. 6微米，元胞二極管的四周正極帶寬d = 4微米，故有效電流通道面積Aact = 2 ji *b*c = 127平方微米，元胞二極管有效電流通道面積Aact與元胞總面積Acell之比為0. 56。 本實用新型并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為 了描述和說明本實用新型涉及的技術方案。基于本實用新型啟示的顯而易見的變換或替代 也應當被認為落入本實用新型的保護范圍。以上的具體實施方式
用來揭示本實用新型的最 佳實施方法，以使得本領域的普通技術人員能夠應用本實用新型的多種實施方式以及多種 替代方式來達到本實用新型的目的。
權利要求一種網格陣列二極管，其特征在于，包括縱向NPN管基極與集電極通過金屬連線短接的單元二極管；單元二極管為正方形元胞，呈網格狀交錯排列，并聯為一個整體大功率二極管；單元二極管的負極由NPN管發射極組成；單元二極管的正極由NPN管基極和集電極組成；單元二極管的負極在中間低壓N阱區域，正極包在四周，屬于高壓P阱區域；相鄰二極管單元公用上下左右正極，組成網格狀有源區，每個網格中心是單元二極管的負極；網格陣列PN結二極管以單元二極管的負極中心呈對稱分布；所有單元管集電極公用，包圍在網格陣列PN結二極管的外邊N外延區域。
2. 如權利要求1所述的網格陣列二極管，其特征在于，負極方形單元網格陣列包括加 強N型區，其形狀呈方形，其外包低壓N型阱區，加強N型區部分和低壓N型阱區形成單元 二極管的負極；還包括加強P型區，形成單元二極管的正極，高壓P型阱區，包圍加強P型區 和低壓N型阱區部分。
3. 如權利要求2所述的網格陣列二極管，其特征在于，二極管正方形元胞內徑邊長 10 50 ii m，正極邊帶寬2 10 ii m，負極正方形邊長5 25 y m，元胞二極管有效電流通道 面積與元胞總面積之比為0. 4至0. 6。
4. 如權利要求1所述的網格陣列二極管，其特征在于，負極六邊形單元網格陣列包括 加強N型區，其形狀呈六邊形，其外包低壓N型阱區，加強N型區和低壓N型阱區形成單元 二極管的負極；還包括加強P型區，形成單元二極管的正極，高壓P型阱區包圍加強P型區 和低壓N型阱區。
5. 如權利要求4所述的網格陣列二極管，其特征在于，二極管正方形元胞內徑邊長 10 50 ii m，正極邊帶寬2 10 ii m，負極六邊形邊長3 20 y m，元胞二極管有效電流通道 面積與元胞總面積之比為0. 4至0. 6。
6. 如權利要求1所述的網格陣列二極管，其特征在于，負極圓形單元網格陣列包括區 域1部分是加強N型區，其形狀呈圓形，其外包低壓N型阱區，加強N型區和低壓N型阱區 形成單元二極管的負極；還包括加強P型區，形成單元二極管的正極，高壓P型阱區包圍加 強P型區和低壓N型阱區。
7. 如權利要求6所述的網格陣列二極管，其特征在于，二極管正方形元胞內徑邊長 10 50 ii m，正極邊帶寬2 10 ii m，負極圓形半徑3 20 y m，元胞二極管有效電流通道面 積與元胞總面積之比為0. 4至0. 6。
專利摘要本實用新型公開了一種網格陣列二極管，包括縱向NPN管基極與集電極通過金屬連線短接的單元二極管；單元二極管為正方形元胞，呈網格狀交錯排列，并聯為一個整體大功率二極管；單元二極管的負極由NPN管發射極組成；單元二極管的正極由NPN管基極和集電極組成；單元二極管的負極在中間低壓N阱區域，正極包在四周，屬于高壓P阱區域；相鄰二極管單元公用上下左右正極，組成網格狀有源區，每個網格中心是單元二極管的負極；網格陣列PN結二極管以單元二極管的負極中心呈對稱分布；所有單元管集電極公用，包圍在網格陣列PN結二極管的外邊N外延區域。本實用新型當電壓正向導通工作時實現大電流通過，低功耗，低襯底漏電，高反向耐壓等功能。
文檔編號H01L29/861GK201466028SQ20092007446
公開日2010年5月12日 申請日期2009年9月4日 優先權日2009年9月4日
發明者崔文兵, 童紅亮, 馬曉琳 申請人:上海華虹Nec電子有限公司