[发明专利]PIN二极管及其制造方法有效
申请号: | 201010504117.5 | 申请日: | 2010-10-12 |
公开(公告)号: | CN102446979A | 公开(公告)日: | 2012-05-09 |
发明(设计)人: | 周正良;徐炯;刘冬华 | 申请(专利权)人: | 上海华虹NEC电子有限公司 |
主分类号: | H01L29/868 | 分类号: | H01L29/868;H01L29/06;H01L21/329 |
代理公司: | 上海浦一知识产权代理有限公司 31211 | 代理人: | 王江富 |
地址: | 201206 上*** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | pin 二极管 及其 制造 方法 | ||
技术领域
本发明涉及半导体技术,特别涉及PIN二极管及其制造方法。
背景技术
射频电子开关的典型应用是无线收发器。无线收发器如图1所示,通常有以下四个部分组成:功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、射频电子开关、逻辑控制电路。功率放大器和低噪声放大器通过射频电子开关连接到天线,对射频信号进行发射和接收。由于从功率放大器传给天线的信号必须足够强,与其连接的射频电子开关需要尽量低的正向导通损耗。而对低噪声放大器,从功率放大器来的信号会从反偏(关闭)的射频电子开关进来从而形成信号串扰,与其连接的射频电子开关需要尽量高的反向隔离。应用于射频领域,射频电子开关必须具备以下特征:
1.尽量低的传输延迟。
2.插入(正向导通)损耗要尽量低。
3.反向隔离度要尽量高。
PIN二极管(positive-intrinsic-negative diode)由高掺杂的P型阳极,无或低掺杂的宽的本征硅区(Intrinsic),以及高掺杂的N型阴极组成。其工作原理为:当PIN二极管加上一个超过导通阈值的电压时,低掺杂的本征硅区被完全耗尽,结电容急速增加,导通电阻(插入损耗)降低;当二极管反偏时,耗尽区宽度近似等于本征硅区宽度,结电容很小,导通电阻很大,隔离度很高。PIN二极管可以用作射频电子开关,广泛应用于需要对射频信号进行开启和关闭的电路中。PIN二极管的插入损耗和隔离度近似与本征硅区的厚度的平方成正比。所以,对低插入损耗要求,要尽量降低本征硅区厚度;对高隔离度要求,则需要尽量增加本征硅区厚度。
常规的PIN二极管器件结构如图4所示,包括掺杂的P型阳极13、无或低掺杂的宽的本征硅区12、高掺杂的N型阴极11,常规的PIN二极管多采用分立器件的形式,其制造工艺步骤为:
一.在高砷掺杂的硅基底(N型阴极)11上,用外延方法生长无掺杂或低掺杂的本征硅区12,如图2所示;
二.在本征硅区12上部进行硼离子注入,热退火,形成高掺杂的P型阳极13,如图3所示;
三.进行晶片正面金属化,减薄和背面镀金,切割封装,得到常规的PIN二极管器件,如图4所示。
上述常规的PIN二极管,对不同的插入损耗和隔离度要求,可采用不同的外延厚度(本征硅区厚度)。这种方案成熟可靠,市场上已有封装好的产品出售。但是由于采用不同的外延厚度难以在常规BiCOMS工艺中实现,对不同的插入损耗和隔离度要求的常规的PIN二极管无法同CMOS同时集成在同一块芯片上,通常只能采用分立器件的形式。因此常规的PIN二极管需要在PCB板上外接,体积大,对不同插入损耗和反向隔离度要求,需购买不同产品,费用高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供PIN二极管,导通电阻低并且其制造工艺能兼容于BiCMOS工艺。
为解决上述技术问题,本发明的提供的一种PIN二极管,包括基板、N型阴极、本征半导体、P型阳极、隔离区、N型外基区阴极,所述基板上方形成有圆片状N型阴极,圆片状N型阴极的中间部分上方生长有本征半导体,圆片状N型阴极的周边部分上方形成有与圆片状N型阴极同轴的圆环状N型外基区阴极,所述本征半导体靠近所述N型阴极端的周边同圆环状N型外基区阴极相贴,所述本征半导体远离N型阴极端的中央区域上方形成有与圆片状N型阴极同轴的圆片状P型阳极,所述本征半导体远离N型阴极端的周边及圆片状P型阳极周边同圆环状N型外基区阴极之间通过与圆片状N型阴极同轴的圆环状隔离区隔离。
所述N型外基区阴极所述N型阴极为正八边形圆片状,所述N型外基区阴极为正八边形圆环状,所述隔离区为正八边形圆环状,所述P型阳极为正八边形圆片状。
为解决上述技术问题,本发明的提供的另一种PIN二极管,包括基板、N型阴极、本征半导体、P型阳极、隔离区、N型外基区阴极,所述基板上方形成有圆环状N型阴极,圆环状N型阴极的圆环内缘端上方及圆环状N型阴极的圆环内区域的基板上方生长有本征半导体,圆环状N型阴极的圆环外缘端上方形成有与圆环状N型阴极同轴的圆环状N型外基区阴极,所述本征半导体靠近所述N型阴极端的周边同圆环状N型外基区阴极相贴,所述本征半导体远离N型阴极端的中央区域上方形成有与圆环状N型阴极同轴的圆片状P型阳极,所述本征半导体远离N型阴极端的周边及圆片状P型阳极周边同圆环状N型外基区阴极之间通过与圆环状N型阴极同轴的圆环状隔离区隔离。
所述N型阴极为正八边形圆环状,所述N型外基区阴极为正八边形圆环状,所述隔离区为正八边形圆环状,所述P型阳极为正八边形圆片状。
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