[发明专利]PIN二极管及其制造方法

说明书

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。