[發明專利]PIN二極管及其制造方法

有效

• 申請號: 201010504117.5
• 申請日: 2010-10-12
• 公開（公告）號: CN102446979A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 周正良;徐炯;劉冬華
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L29/868
• 分類號: H01L29/868;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 王江富

技術領域

本發明涉及半導體技術，特別涉及PIN二極管及其制造方法。

背景技術

射頻電子開關的典型應用是無線收發器。無線收發器如圖1所示，通常有以下四個部分組成：功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、射頻電子開關、邏輯控制電路。功率放大器和低噪聲放大器通過射頻電子開關連接到天線，對射頻信號進行發射和接收。由于從功率放大器傳給天線的信號必須足夠強，與其連接的射頻電子開關需要盡量低的正向導通損耗。而對低噪聲放大器，從功率放大器來的信號會從反偏(關閉)的射頻電子開關進來從而形成信號串擾，與其連接的射頻電子開關需要盡量高的反向隔離。應用于射頻領域，射頻電子開關必須具備以下特征：

1.盡量低的傳輸延遲。

2.插入(正向導通)損耗要盡量低。

3.反向隔離度要盡量高。

PIN二極管(positive-intrinsic-negative?diode)由高摻雜的P型陽極，無或低摻雜的寬的本征硅區(Intrinsic)，以及高摻雜的N型陰極組成。其工作原理為：當PIN二極管加上一個超過導通閾值的電壓時，低摻雜的本征硅區被完全耗盡，結電容急速增加，導通電阻(插入損耗)降低；當二極管反偏時，耗盡區寬度近似等于本征硅區寬度，結電容很小，導通電阻很大，隔離度很高。PIN二極管可以用作射頻電子開關，廣泛應用于需要對射頻信號進行開啟和關閉的電路中。PIN二極管的插入損耗和隔離度近似與本征硅區的厚度的平方成正比。所以，對低插入損耗要求，要盡量降低本征硅區厚度；對高隔離度要求，則需要盡量增加本征硅區厚度。

常規的PIN二極管器件結構如圖4所示，包括摻雜的P型陽極13、無或低摻雜的寬的本征硅區12、高摻雜的N型陰極11，常規的PIN二極管多采用分立器件的形式，其制造工藝步驟為：

一.在高砷摻雜的硅基底(N型陰極)11上，用外延方法生長無摻雜或低摻雜的本征硅區12，如圖2所示；

二.在本征硅區12上部進行硼離子注入，熱退火，形成高摻雜的P型陽極13，如圖3所示；

三.進行晶片正面金屬化，減薄和背面鍍金，切割封裝，得到常規的PIN二極管器件，如圖4所示。

上述常規的PIN二極管，對不同的插入損耗和隔離度要求，可采用不同的外延厚度(本征硅區厚度)。這種方案成熟可靠，市場上已有封裝好的產品出售。但是由于采用不同的外延厚度難以在常規BiCOMS工藝中實現，對不同的插入損耗和隔離度要求的常規的PIN二極管無法同CMOS同時集成在同一塊芯片上，通常只能采用分立器件的形式。因此常規的PIN二極管需要在PCB板上外接，體積大，對不同插入損耗和反向隔離度要求，需購買不同產品，費用高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供PIN二極管，導通電阻低并且其制造工藝能兼容于BiCMOS工藝。

為解決上述技術問題，本發明的提供的一種PIN二極管，包括基板、N型陰極、本征半導體、P型陽極、隔離區、N型外基區陰極，所述基板上方形成有圓片狀N型陰極，圓片狀N型陰極的中間部分上方生長有本征半導體，圓片狀N型陰極的周邊部分上方形成有與圓片狀N型陰極同軸的圓環狀N型外基區陰極，所述本征半導體靠近所述N型陰極端的周邊同圓環狀N型外基區陰極相貼，所述本征半導體遠離N型陰極端的中央區域上方形成有與圓片狀N型陰極同軸的圓片狀P型陽極，所述本征半導體遠離N型陰極端的周邊及圓片狀P型陽極周邊同圓環狀N型外基區陰極之間通過與圓片狀N型陰極同軸的圓環狀隔離區隔離。

所述N型外基區陰極所述N型陰極為正八邊形圓片狀，所述N型外基區陰極為正八邊形圓環狀，所述隔離區為正八邊形圓環狀，所述P型陽極為正八邊形圓片狀。

為解決上述技術問題，本發明的提供的另一種PIN二極管，包括基板、N型陰極、本征半導體、P型陽極、隔離區、N型外基區陰極，所述基板上方形成有圓環狀N型陰極，圓環狀N型陰極的圓環內緣端上方及圓環狀N型陰極的圓環內區域的基板上方生長有本征半導體，圓環狀N型陰極的圓環外緣端上方形成有與圓環狀N型陰極同軸的圓環狀N型外基區陰極，所述本征半導體靠近所述N型陰極端的周邊同圓環狀N型外基區陰極相貼，所述本征半導體遠離N型陰極端的中央區域上方形成有與圓環狀N型陰極同軸的圓片狀P型陽極，所述本征半導體遠離N型陰極端的周邊及圓片狀P型陽極周邊同圓環狀N型外基區陰極之間通過與圓環狀N型陰極同軸的圓環狀隔離區隔離。

所述N型陰極為正八邊形圓環狀，所述N型外基區陰極為正八邊形圓環狀，所述隔離區為正八邊形圓環狀，所述P型陽極為正八邊形圓片狀。