[发明专利]PIN二极管阵列结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，具体属于一种兼容于双极型工艺的高隔离低插损的PIN二极管阵列及其制造方法。

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。由于应用于射频前端的发射和接收，射频电子开关必须具备传输延迟尽量低、插入(正向导通)损耗尽量低、反向隔离度尽量高和能处理大于100毫瓦信号的特征。

PIN二极管满足以上要求，它是一种射频电子开关，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(positive-intrinsic-negative diode)由高掺杂的P型阳极，无掺杂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二极管多采用分立器件的形式，市场上已有封装好的产品出售，缺点是需要在PCB板上外接，体积大，费用高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种PIN二极管阵列结构，插入损耗低，反向隔离度高且其制造工艺可兼容于双极型工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供一种PIN二极管阵列结构，所述阵列结构由多个PIN二极管单管并联组成；每个PIN二极管单管包括基板、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厚度为1.2μm～3μm的本征半导体，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。

进一步地，所述阵列结构呈正方形，相邻的PIN二极管单管共用N型外基区阴极。

优选的，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。

进一步地，所述P型阳极和N型外基区阴极之间的隔离区下方形成有P型隔离区，所述本征半导体远离N型阴极端的周边和N型外基区阴极之间的隔离区下方形成有P型隔离区。

进一步地，所述隔离区为场氧隔离，或浅沟槽隔离，或者场氧隔离或浅沟槽隔离的中间增加深沟槽。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种PIN二极管阵列结构的制造方法，包括以下步骤：

步骤一，在P型基板上进行N型离子注入，形成一个圆片状N型阴极；

步骤二，在包括圆片状N型阴极的整个基板上表面进行外延层生长，形成厚度为1.2μm～3μm的本征半导体；

步骤三，在圆片状N型阴极上方的外延层上形成与圆片状N型阴极同轴的圆环状隔离区；

步骤四，在圆环状隔离区外缘外的外延层，沿圆环状隔离区的外缘进行N离子注入直达圆片状N型阴极，形成与圆片状N型阴极同轴且连接圆片状N型阴极的圆环状N型外基区阴极；

步骤五，在圆环状隔离区内缘内的外延层上方，进行高剂量的硼离子注入形成高掺杂的与圆片状N型阴极同轴的圆片状P型阳极，形成PIN二极管单管；

步骤六，将多个PIN二极管单管进行并联，相邻的PIN二极管单管共用圆环状N型外基区阴极，形成阵列结构。