功率二極管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種功率二極管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二極管是一種發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的電力電子器件。二極管根據(jù)其用途可以分為整流二極管、檢波二極管、限幅二極管等。傳統(tǒng)的整流二極管主要有PN結(jié)二極管和肖特基二極管兩類(lèi)。但是PN結(jié)二極管正向壓降較大，反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)；肖特基二極管正向壓降小，反向恢復(fù)時(shí)間短，但其反向漏電流相對(duì)較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種可以?xún)?yōu)化功率二極管的反向漏電流與正向壓降之間的關(guān)系的制備方法。
[0004]一種功率二極管的制備方法，包括:提供襯底，在所述襯底的正面生長(zhǎng)N型層；在所述N型層的正面形成終端保護(hù)環(huán)；在所述N型層的正面形成氧化層，并對(duì)所述終端保護(hù)環(huán)進(jìn)行推結(jié)；用有源區(qū)光刻板光刻并刻蝕掉有源區(qū)區(qū)域的所述氧化層，去膠后，在所述有源區(qū)區(qū)域的所述N型層的正面形成柵氧化層，在所述柵氧化層上淀積形成多晶硅層；用多晶硅光刻板光刻并刻蝕所述多晶硅層，再以光刻膠和所述多晶硅層為掩蔽層向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域自對(duì)準(zhǔn)注入N型離子，在所述柵氧化層下方形成N型重?fù)诫s區(qū)；以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進(jìn)行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過(guò)離子注入向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域下方注入P型離子，形成P+區(qū)；用P阱光刻板光刻，并以光刻膠為掩蔽層注入P型離子，形成P型體區(qū)；進(jìn)行熱退火，激活注入的雜質(zhì)；進(jìn)行正面金屬化及背面金屬化處理。
[0005]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述N型層的正面形成終端保護(hù)環(huán)的步驟包括:在所述N型層的正面形成薄墊氧化層，用終端保護(hù)環(huán)光刻板進(jìn)行光刻，以光刻膠作為掩蔽層注入P型離子，在所述薄墊氧化層下方形成P型終端保護(hù)環(huán)。
[0006]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進(jìn)行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過(guò)離子注入向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域下方注入P型離子，形成P+區(qū)的步驟中，被刻蝕去除的娃厚度為0.15?0.3 μ m。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述用多晶娃光刻板光刻并刻蝕所述多晶娃層，再以光刻膠和多晶硅層為掩蔽層向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域自對(duì)準(zhǔn)注入N型離子，在所述柵氧化層下方形成N型重?fù)诫s區(qū)的步驟中，所述N型離子為砷離子；所述以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進(jìn)行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過(guò)離子注入向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域下方注入P型離子，形成P+區(qū)的步驟中，所述P型離子包括硼離子和BF2 ;所述用P阱光刻板光刻，并以光刻膠為掩蔽層注入P型離子，形成P型體區(qū)的步驟中，所述P型離子為硼離子。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述用多晶娃光刻板光刻并刻蝕所述多晶娃層，再以光刻膠和多晶硅層為掩蔽層向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域自對(duì)準(zhǔn)注入N型離子，在所述柵氧化層下方形成N型重?fù)诫s區(qū)的步驟中，所述砷離子注入能量為30?50KeV，注入劑量為I X 115?I X 116cm _2;所述以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進(jìn)行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過(guò)離子注入向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域下方注入P型離子，形成P+區(qū)的步驟中，所述硼離子注入劑量為I X 113?5 X 113 cm _2，注入能量為80?10KeV, BF2注入能量為20?40KeV,注入劑量為6 X 114?I X 115 Cm 2 ;所述用P阱光刻板光刻，并以光刻膠為掩蔽層注入P型離子，形成P型體區(qū)的步驟中，所述硼離子注入能量為30?50KeV，注入劑量為I X 113?5 X 113 cm _2。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進(jìn)行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過(guò)離子注入向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域下方注入P型離子，形成P+區(qū)的步驟中，所述P型離子是分為多次進(jìn)行注入。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述推結(jié)的溫度小于或等于1100°C，時(shí)間為60?200分鐘，
且在無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)行。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述N型層的厚度為3?20 μ m，電阻率為0.5?10 Ω.Cm0
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底為晶向〈100〉的N型硅片。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化層的厚度為1000?5000埃。
[0014]上述功率二極管的制備方法先制備器件的N型重?fù)诫s區(qū)以及P+區(qū)再進(jìn)行P型體區(qū)的制備，可以通過(guò)調(diào)整P阱光刻板的特征尺寸來(lái)調(diào)節(jié)MOS溝道的長(zhǎng)度，優(yōu)化反向漏電流與正向壓降之間的關(guān)系，降低正向壓降的同時(shí)反向漏電流也會(huì)得到改善。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為一實(shí)施例中功率二極管的制備方法的流程圖；
[0016]圖2?圖8為一實(shí)施例中采用功率二極管的制備方法制備的功率二極管在制備過(guò)程中的局部剖視圖；
[0017]圖9是一實(shí)施例中功率二極管的制備方法制備得到的功率二極管的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。在本說(shuō)明書(shū)和附圖中，分配給層或區(qū)域的參考標(biāo)記N和P表示這些層或區(qū)域分別包括大量電子或空穴。進(jìn)一步地,分配給N或P的參考標(biāo)記+和一表示摻雜劑的濃度高于或低于沒(méi)有這樣分配到標(biāo)記的層中的濃度。在下文的實(shí)施例的描述和附圖中，類(lèi)似的組件分配有類(lèi)似的參考標(biāo)記且該處省略其冗余說(shuō)明。
[0019]如圖1所示，為一實(shí)施例的功率二極管的制備方法的流程圖。該制備方法包括如下步驟。
[0020]S102，提供襯底，在襯底的正面生長(zhǎng)N型層。
[0021]襯底10的材質(zhì)可以為硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或者鍺硅等半導(dǎo)體材料。在本實(shí)施例中，襯底10為晶向〈100〉的N型硅片。
[0022]在本實(shí)施例中，在襯底10的正面(形成功率二極管的正面結(jié)構(gòu)的一面)外延生長(zhǎng)一定厚度以及電阻率的N型層20。N型層20的厚度為3?20 μ m，電阻率為0.5?10 Ω.cm。N型層20的厚度根據(jù)需要制備的功率二極管對(duì)耐壓需求進(jìn)行設(shè)定。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)功率二極管為100V耐壓的器件時(shí)，其厚度為10 μ m,電阻率為2 Ω.cm。
[0023]S104,在N型層的正面形成終端保護(hù)環(huán)。
[0024]在N型層20的正面生成薄墊氧化層30。然后采用終端保護(hù)環(huán)(ring)光刻板進(jìn)行光刻，以光刻膠40為掩蔽層注入P型離子，在薄墊氧化層30下方形成P型終端保護(hù)環(huán)(Pring)0圖2中示出了三個(gè)終端保護(hù)環(huán)31、32以及33，其中終端保護(hù)環(huán)31處于有源區(qū)區(qū)域，終端保護(hù)環(huán)32部分位于有源區(qū)區(qū)域。在其他的實(shí)施例中，終端保護(hù)環(huán)的數(shù)量并不限于本實(shí)施例的終端保護(hù)環(huán)的數(shù)量，可以根據(jù)器件實(shí)際需要進(jìn)行選擇和設(shè)置。
[0025]在本實(shí)施例中，注入的P型離子301為硼離子，注入能量為50?80KeV，注入劑量為IXlO13?IXlO14 cm _2。在其他的實(shí)施例中，也可以用其他的P型離子進(jìn)行替代。圖2為完成步驟S104后的功率二極管的局部剖視圖。
[0026]S106，在N型層的正面形成氧化層，并對(duì)終端保護(hù)環(huán)進(jìn)行推結(jié)。
[0027]去除光刻膠40后，在N型層20的正面淀積厚度為1000?5000埃的氧化層50，并對(duì)P型終端保護(hù)環(huán)進(jìn)行推結(jié)。圖3為完成步驟S106后的功率二極管的局部剖視圖。在本實(shí)施例中，推結(jié)過(guò)程為無(wú)氧環(huán)境，溫度小于或等于1100°C，時(shí)間為60?200分鐘。為節(jié)約成本，在其他實(shí)施例中，可以將本步驟中的形成氧化層50和推結(jié)過(guò)程結(jié)合為有氧推結(jié)熱過(guò)程。
[0028]S108，用有源區(qū)光刻板光刻并刻蝕掉有源區(qū)區(qū)域的氧化層，形成柵氧化層，在柵氧化層上淀積形成多晶硅層。
[0029]在需要制備器件的區(qū)域采用有源區(qū)光刻板(active光刻板)進(jìn)行有源區(qū)刻蝕。刻蝕掉有源區(qū)區(qū)域的氧化層50后，去除光刻膠，熱生長(zhǎng)形成柵氧化層60，并在柵氧化層60上淀積多晶硅，形成多晶硅層70，并對(duì)多晶硅層70進(jìn)行摻雜。柵氧化層60和多晶硅層70的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定。在本實(shí)施例中，柵氧化層60的厚度為20?100埃，形成的多晶硅層70的厚度為800?6000埃。通過(guò)對(duì)多晶硅層70的厚度調(diào)節(jié)，可以對(duì)摻雜區(qū)的雜質(zhì)分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到降低器件正向壓降Vf的目的。圖4為完成步驟S108后的功率二極管的局部剖視圖。
[0030]S110，用多晶硅光刻板光刻并刻蝕多晶硅層，再向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域自對(duì)準(zhǔn)注入N型離子，形成N型重?fù)诫s區(qū)。
[0031]用多晶娃(poly)光刻板對(duì)多晶娃層70進(jìn)行刻蝕,再在被刻蝕開(kāi)的區(qū)域下方自對(duì)準(zhǔn)注入N型離子，在柵氧化層60下方形成N型重?fù)诫s區(qū)(NSD) 82，暫不去膠。在本實(shí)施例中，注入的N型離子為砷離子，注入能量為30?50KeV，注入劑量為I X 115?I X 116 cm _2。圖5為完成步驟SllO后的功率二極管的局部剖視圖。
[0032]S112，以光刻膠作為掩蔽層，先后進(jìn)行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域下方注入P型離子，形成P+區(qū)。
[0033]以多晶娃光刻膠40作為掩蔽層,先后進(jìn)行柵氧化層60的刻蝕和娃刻蝕,并向被刻蝕開(kāi)的區(qū)域下方分多次注入P型離子，形成深P+區(qū)84。
[0034]在本實(shí)施例中，在進(jìn)行硅刻蝕過(guò)程中，被刻蝕去除的硅的厚度為0.15?0.3 μ m，形成溝槽結(jié)構(gòu)，以獲得較好的雜質(zhì)分布和更大的金屬接觸面積，