一種功率二極管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種功率二極管及制備方法，其結(jié)構(gòu)為：自下而上依次包括底層電極、襯底層、N-型外延層和頂部電極，頂部電極為功率二極管的正極，底層電極為功率二極管的負(fù)極；其中N-型外延層上部橫向間隔開設(shè)有至少兩個溝槽，兩個相鄰溝槽之間的N-型外延層與頂部電極之間設(shè)有MOS溝道；本發(fā)明器件為硅材料器件，其可通過現(xiàn)有硅材料半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)工藝實現(xiàn)；不會引入特殊金屬材料，與現(xiàn)有半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝兼容；本發(fā)明通過溝槽下注入的p+區(qū)域增強的器件反向耐壓能力；器件加反向電壓時，溝槽下p+耗盡區(qū)擴展并連接到一起，夾斷了反向電流通道，提高了器件耐壓；本發(fā)明正向工作時通過寄生的mosfet導(dǎo)電，減小器件正向開啟電壓。
【專利說明】一種功率二極管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種功率二極管及其制備方法，屬于半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002] 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。PN結(jié)二極管正向壓 降VF較大，反向恢復(fù)時間Trr較長，但是PN結(jié)二極管的穩(wěn)定性較好，能工作于高電壓；肖特 基二極管是以貴金屬（如金、銀、鈦等）與半導(dǎo)體接觸，以形成異質(zhì)結(jié)勢壘而制成的半導(dǎo)體 器件，其在低電壓時具有絕對優(yōu)勢：其正向壓降小，反向恢復(fù)時間短，在高速領(lǐng)域具有廣泛 的應(yīng)用。但是肖特基二極管存在以下不足：
[0003] 1、反向泄漏電流相對較高，且不穩(wěn)定。特別是其漏電流會隨著溫度的升高二增加， 漏電流的增加又會使得整流器溫度升高。降低了其在應(yīng)用中的穩(wěn)定性及可靠性。
[0004] 2、為了滿足不同器件正向?qū)▔航档男枨螅ǔx擇不同種類的金屬，會相應(yīng) 增加之中工藝的復(fù)雜性，同時使用貴金屬制造成本高，且容易照成重金屬污染，與CMOS標(biāo) 準(zhǔn)工藝難以兼容。
[0005] 為了提高二極管性能，國內(nèi)外已經(jīng)提出了結(jié)勢壘控制整流器JBS(JBS:Junction Barrier Controlled Schottky Rectifier)，混合 PiN/ 肖特基整流器 MPS(MPS: Merged P ? i ?N/Schottky Rectifier)，MOS 控制二極管 MCD (MCD:M0S Controlled Diode)等器件。
[0006] 肖特基二極管為了滿足不同器件正向?qū)▔航档男枨?，通常會選擇不同種類的金 屬，會相應(yīng)增加之中工藝的復(fù)雜性，同時使用貴金屬制造成本高，且容易照成重金屬污染， 與CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝難以兼容。
[0007] Super power rectifiers是一種發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的電力電子器件，它是利用 VDM0S開關(guān)速度快、電流密度大的優(yōu)點優(yōu)化的新器件，具有低正向壓降、短反向恢復(fù)時間和 低漏電流等特點。廣泛應(yīng)用于DC?DC轉(zhuǎn)換器、UPS不間斷電源、汽車電子、便攜電子、馬達(dá) 傳動系統(tǒng)及其它能量轉(zhuǎn)換裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)成本高、效率低、耗時間等不足，提 供一種具有低開啟正向降壓，高反向耐壓，并且在性能上可取代肖特基器件的功率二極管。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種功率二極管，其自下而上依次包 括底層電極、襯底層、N-型外延層和頂部電極，頂部電極為功率二極管的正極，底層電極為 功率二極管的負(fù)極；其中N-型外延層上部橫向間隔開設(shè)有至少兩個溝槽，兩個相鄰溝槽之 間的N-型外延層與頂部電極之間設(shè)有pbody區(qū)；
[0010] 所述Pbody區(qū)的橫截面呈底部為弧線的"凹"形，其中"凹"形上部的兩個凸起部 分為pbody區(qū)的邊緣，邊緣靠內(nèi)側(cè)的部分為一定厚度的NSD層，"凹"形向內(nèi)凹陷的平面與頂 部電極相接觸，NSD層的側(cè)面與頂部電極相接觸；
[0011] 所述溝槽內(nèi)表面均勻生長有柵氧化層，所述柵氧化層在溝槽頂部開口處橫向向兩 側(cè)延伸形成延伸段，延伸段的柵氧化層覆蓋在N-外延層在溝槽與pbody區(qū)之間的凸起部 分，溝槽內(nèi)填充多晶硅，多晶硅的橫截面呈"T"形，"T"形頭高于N-型外延層頂面，"T"形頭 的兩肩橫向?qū)挾却笥跍喜鄣臋M向開口寬度，"T"形與pbody區(qū)接近的一側(cè)邊緣與NSD層的 邊緣縱向平齊。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明器件為硅材料器件，其可通過現(xiàn)有硅材料半導(dǎo)體集 成電路生產(chǎn)工藝實現(xiàn)，而無需任何特殊加工工藝；不會引入特殊金屬材料，與現(xiàn)有半導(dǎo)體生 產(chǎn)工藝兼容；本發(fā)明通過溝槽下注入的P+(例如：硼）區(qū)域增強的器件反向耐壓能力。器件 加反向電壓時，溝槽下P+耗盡區(qū)擴展并連接到一起，夾斷了反向電流通道，提高了器件耐 壓；本發(fā)明正向工作時通過寄生的mosfet (金氧半場效晶體管）導(dǎo)電，減小器件正向開啟電 壓。
[0013] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0014] 進(jìn)一步，所述凹槽底部與N-外延層的接觸處還設(shè)有P區(qū)，所述P區(qū)橫截面為半徑 大于溝槽底部弧線半徑的圓弧面。
[0015] 進(jìn)一步，所述P區(qū)和pbody區(qū)內(nèi)部注入物為硼。
[0016] 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)就是通過多晶硅和薄柵氧結(jié)構(gòu)形成的M0S管，N+、P_阱和N-外延形 成了器件的少子勢壘，從而可形成M0S溝道。該M0S可以看作是器件寄生M0S結(jié)構(gòu)。對于 該M0S結(jié)構(gòu)，N+為源極，N+Sub漏極。因此，本發(fā)明結(jié)構(gòu)同時具有M0S結(jié)構(gòu)和PN結(jié)二極管， 且M0S和PN結(jié)為并聯(lián)狀態(tài)。
[0017] 本發(fā)明在正向工作狀態(tài)，由于有M0S溝道的存在，在合適的柵氧厚度的條件下，當(dāng) 外加正向電壓小于〇. 6V時，使得電流能通過M0S溝道而到達(dá)N-區(qū)，使得該器件得到比一般 PN結(jié)更低的正向?qū)妷海淮藭r由于PN結(jié)還未開啟，PN結(jié)少子注入還未發(fā)生；在大正向浪 涌出現(xiàn)時，PN結(jié)會被開啟，大量浪涌電流從PN結(jié)通過，從而保護(hù)了器件。
[0018] 本發(fā)明在反向工作狀態(tài)，溝槽下P+耗盡區(qū)擴展并連接到一起，夾斷了反向電流通 道，該區(qū)域分擔(dān)了大部分的反向耐壓，整體提高了器件耐壓水平。
[0019] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)成本高、效率低、耗時間等不足，提 供一種具有低開啟正向降壓，高反向耐壓，并且在性能上可取代肖特基器件的功率二極管 及其制備方法。
[0020] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種功率二極管的制備方法，具體包 括以下步驟：
[0021] 步驟1 :采用N型硅片作為襯底層；
[0022] 步驟2 :根據(jù)器件的耐壓需求，在襯底層上生長一定厚度及電阻率的N-型外延 層；
[0023] 步驟3 :在N-型外延層表面先生長一層二氧化硅，在二氧化硅上涂一層光刻膠構(gòu) 成掩蔽層，對掩蔽層和二氧化硅進(jìn)行光刻形成兩個蝕刻到N-型外延層內(nèi)的凹槽，對凹槽進(jìn) 行硼注入，構(gòu)成P -保護(hù)環(huán)；
[0024] 步驟4 :去除光刻膠構(gòu)成的掩蔽層，對N-型外延層表面的二氧化硅和硼保護(hù)環(huán)上 沉積一定厚度的二氧化硅層；
[0025] 步驟5 :在二氧化硅層上涂一層光刻膠，利用光刻膠將二氧化硅層腐蝕出至少兩 個開口，去掉光刻膠后，利用二氧化硅層對開口的限制對開口進(jìn)一步進(jìn)行深度腐蝕，使開口 深入N-型外延層形成溝槽，在溝槽底部注入硼，形成溝槽底部的P區(qū)，具有溝槽的一端為二 極管的有源區(qū)；
[0026] 步驟6 :對溝槽周圍需要制備器件的區(qū)域進(jìn)行基于光刻膠的有源區(qū)刻蝕，刻蝕后 去除光刻膠，熱生長一定厚度的二氧化硅構(gòu)成柵氧化層；
[0027] 步驟7 :在柵氧化層上沉積一定厚度的摻雜多晶硅，將溝槽填平后，對多晶硅整體 進(jìn)行回刻，使有源區(qū)表面多晶硅的厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；
[0028] 步驟8 :采用Poly光刻版進(jìn)行光刻和顯影，依次對兩個溝槽之間進(jìn)行多晶硅腐蝕 和柵氧腐蝕構(gòu)成凹槽，并沉積光刻膠以光刻膠作為掩蔽層對凹槽進(jìn)行硼注入，形成pbody 區(qū)，通過離子散射形成M0S溝道；
[0029] 步驟9 :沉積光刻膠，以光刻膠為掩蔽對M0S溝道上表面注入η型雜質(zhì)形成N+區(qū)， 然后利用光刻膠對Ν+區(qū)中心部位進(jìn)行蝕刻，蝕刻深度大于Ν+區(qū)深入到M0S溝道，剩余的Ν+ 區(qū)構(gòu)成NSD層，去除光刻膠；
[0030] 步驟10 :對pbody區(qū)和NSD層進(jìn)行快速熱處理，實現(xiàn)pbody區(qū)和NSD層的激活；
[0031] 步驟11 :對二極管正面包括有源區(qū)和二氧化硅層的全部表面整體進(jìn)行金屬化，構(gòu) 成金屬引線；
[0032] 步驟12 :對襯底層進(jìn)行研磨減薄，對減薄后的襯底層上濺射金屬構(gòu)成金屬引線， 完成功率二極管的制備。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明器件為硅材料器件，其可通過現(xiàn)有硅材料半導(dǎo)體集 成電路生產(chǎn)工藝實現(xiàn)，而無需任何特殊加工工藝；不會引入特殊金屬材料，與現(xiàn)有半導(dǎo)體生 產(chǎn)工藝兼容；本發(fā)明通過溝槽下注入的P+(例如：硼）區(qū)域增強的器件反向耐壓能力。器件 加反向電壓時，溝槽下P+耗盡區(qū)擴展并連接到一起，夾斷了反向電流通道，提高了器件耐 壓；本發(fā)明正向工作時通過寄生的mosfet (金氧半場效晶體管）導(dǎo)電，減小器件正向開啟電 壓。
[0034] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0035] 進(jìn)一步，所述步驟11的金屬化具體包括刻蝕二氧化硅層、濺射金屬（例如鋁或鋁 娃合金等），并采用Metal光刻版刻蝕金屬，形成金屬引線。
[0036] 進(jìn)一步，所述步驟3中生長的二氧化硅厚度為100A?500A，并采用Pring光刻版 進(jìn)行光刻；
[0037] 所述步驟4中的沉淀的二氧化硅層厚度為1000A?6000A，并對硼保護(hù)環(huán)進(jìn)行高溫 推結(jié)。
[0038] 進(jìn)一步，所述步驟6中柵氧化層為厚度為20A?500A的二氧化硅；
[0039] 所述步驟7中多晶硅的厚度為2000A?9000A，回刻后最終有源區(qū)表面多晶硅的厚 度為 800A ?2000A。
[0040] 進(jìn)一步，所述襯底層可采用體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或者鍺硅等半導(dǎo)體材料 制備。
[0041] 進(jìn)一步，所述步驟3中硼離子注入能量為50kev?80kev，劑量為Iel3cm2? Iel4cm2 ;所述步驟5中硼離子注入能量為30kev?80kev，劑量為Iel2cm2?Iel5cm2 ;所 述步驟8中硼離子注入能量為30kev?60kev，劑量為Iel2cm2?Iel4cm2 ;所述步驟9中 神離子注入能量為20kev?50kev，劑量為Iel5cm2?Iel6cm2。
[0042] 進(jìn)一步，所述步驟5中溝槽深度為0· 3um?2um，寬度為0· 15um?0· 5um。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043] 圖1為本發(fā)明所述的一種功率二極管橫截面結(jié)構(gòu)圖；
[0044] 圖2為本發(fā)明所述的一種功率二極管的制備方法流程圖；
[0045] 圖3A?31為本發(fā)明所述的一種功率二極管的制備工藝流程示意圖。
[0046] 附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：
[0047] 1、底層電極，2、襯底層，3、N-型外延層，4、頂部電極，5、溝槽，6、M0S溝道，7、NSD 層，8、柵氧化層，9、多晶硅，10、P區(qū)。
【具體實施方式】
[0048] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0049] 如圖1所示，本發(fā)明所述的一種功率二極管，其自下而上依次包括底層電極1、襯 底層2、N-型外延層3和頂部電極4,頂部電極4為功率二極管的正極，底層電極1為功率二 極管的負(fù)極；其中N-型外延層3上部橫向間隔開設(shè)有至少兩個溝槽5,兩個相鄰溝槽5之 間的N-型外延層3與頂部電極4之間設(shè)有pbody區(qū)6 ;
[0050] 所述pbody區(qū)6的橫截面呈底部為弧線的"凹"形，其中"凹"形上部的兩個凸起 部分為pbody區(qū)的邊緣，邊緣靠內(nèi)側(cè)的部分為一定厚度的NSD層7，"凹"形向內(nèi)凹陷的平面 與頂部電極相接觸，NSD層7的側(cè)面與頂部電極4相接觸；
[0051] 所述溝槽5內(nèi)表面均勻生長有柵氧化層8,所述柵氧化層8在溝槽頂部開口處橫向 向兩側(cè)延伸形成延伸段，延伸段的柵氧化層覆蓋在N-外延層在溝槽與pbody區(qū)6之間的凸 起部分和pbody區(qū)6的邊緣上；溝槽內(nèi)填充多晶硅9,多晶硅9的橫截面呈"T"形，"T"形頭 高于N-型外延層3頂面，"T"形頭的兩肩橫向?qū)挾却笥跍喜?的橫向開口寬度，"T"形多晶 硅9與pbody區(qū)6接近的一側(cè)邊緣與NSD層7的邊緣縱向平齊。
[0052] 所述凹槽5底部與N-外延層3的接觸處還設(shè)有P區(qū)10,所述P區(qū)10橫截面為半 徑大于溝槽5底部弧線半徑的圓弧面。
[0053] 所述P區(qū)10和pbody區(qū)6內(nèi)部注入物為硼。
[0054] 如圖2所示，本發(fā)明所述的一種功率二極管的制備方法，具體包括以下步驟：
[0055] 步驟1 :采用N型硅片作為襯底層；
[0056] 步驟2 :根據(jù)器件的耐壓需求，在襯底層上生長一定厚度及電阻率的N-型外延 層；
[0057] 步驟3 :在N-型外延層表面先生長一層二氧化硅，在二氧化硅上涂一層光刻膠構(gòu) 成掩蔽層，對掩蔽層和二氧化硅進(jìn)行光刻形成兩個蝕刻到N-型外延層內(nèi)的凹槽，對凹槽進(jìn) 行硼注入，構(gòu)成P-保護(hù)環(huán)；
[0058] 步驟4 :去除光刻膠構(gòu)成的掩蔽層，對N-型外延層表面的二氧化硅和硼保護(hù)環(huán)上 沉積一定厚度的二氧化硅層；
[0059] 步驟5 :在二氧化硅層上涂一層光刻膠，利用光刻膠將二氧化硅層腐蝕出至少兩 個開口，去掉光刻膠后，利用二氧化硅層對開口的限制對開口進(jìn)一步進(jìn)行深度腐蝕，使開口 深入N-型外延層形成溝槽，在溝槽底部注入硼，形成溝槽底部的P區(qū)，具有溝槽的一端為二 極管的有源區(qū)；
[0060] 步驟6 :對溝槽周圍需要制備器件的區(qū)域進(jìn)行基于光刻膠的有源區(qū)刻蝕，刻蝕后 去除光刻膠，熱生長一定厚度的二氧化硅構(gòu)成柵氧化層；
[0061] 步驟7 :在柵氧化層上沉積一定厚度的摻雜多晶硅，將溝槽填平后，對多晶硅整體 進(jìn)行回刻，使有源區(qū)表面多晶硅的厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；
[0062] 步驟8 :采用Poly光刻版進(jìn)行光刻和顯影，依次對兩個溝槽之間進(jìn)行多晶硅腐蝕 和柵氧腐蝕構(gòu)成凹槽，并沉積光刻膠以光刻膠作為掩蔽層對凹槽進(jìn)行硼注入，形成pbody 區(qū)，通過離子散射形成M0S溝道；
[0063] 步驟9 :沉積光刻膠，以光刻膠為掩蔽對M0S溝道上表面注入η型雜質(zhì)形成N+區(qū)， 然后利用光刻膠對Ν+區(qū)中心部位進(jìn)行蝕刻，蝕刻深度大于Ν+區(qū)深入到M0S溝道，剩余的Ν+ 區(qū)構(gòu)成NSD層，去除光刻膠；
[0064] 步驟9 :沉積光刻膠，以光刻膠為掩蔽對M0S溝道上表面注入η型雜質(zhì)（如磷或砷 等）形成Ν+區(qū)，然后利用光刻膠對Ν+區(qū)中心部位進(jìn)行蝕刻，蝕刻深度大于Ν+區(qū)深入到M0S 溝道，剩余的環(huán)形Ν+區(qū)構(gòu)成NSD層，去除光刻膠；
[0065] 步驟10 :對pbody區(qū)和NSD層進(jìn)行快速熱處理，實現(xiàn)pbody區(qū)和NSD層的激活；
[0066] 步驟11 :對二極管正面包括有源區(qū)和二氧化硅層的全部表面整體進(jìn)行金屬化，構(gòu) 成金屬引線；
[0067] 步驟12 :對襯底層進(jìn)行研磨減薄，對減薄后的襯底層上濺射金屬構(gòu)成金屬引線， 完成功率二極管的制備。
[0068] 所述步驟11的金屬化具體包括刻蝕二氧化硅層、濺射金屬（例如鋁或鋁硅合金 等），并采用Metal光刻版刻蝕金屬，形成金屬引線。
[0069] 所述步驟3中生長的二氧化硅厚度為100A?500A，并采用Pring光刻版進(jìn)行光 刻；
[0070] 所述步驟4中的沉淀的二氧化硅層厚度為1000A?6000A，并對硼保護(hù)環(huán)進(jìn)行高溫 推結(jié)。
[0071] 所述步驟6中柵氧化層為厚度為20A?500A的二氧化硅；
[0072] 所述步驟7中多晶硅的厚度為2000A?9000A，回刻后最終有源區(qū)表面多晶硅的厚 度為 800A ?2000A。
[0073] 所述襯底層可采用體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或者鍺硅等半導(dǎo)體材料制備。
[0074] 所述步驟3中硼離子注入能量為50kev?80kev，劑量為Iel3cm2?Iel4cm2 ;所 述步驟5中硼離子注入能量為30kev?80kev，劑量為Iel2cm2?Iel5cm2 ;所述步驟8中 硼離子注入能量為30kev?60kev，劑量為Iel2cm2?Iel4cm2 ;所述步驟9中砷離子注入 能量為 20kev ?50kev，劑量為 Iel5cm2 ?Iel6cm2。
[0075] 所述步驟5中溝槽深度為0· 3um?2um，寬度為0· 15um?0· 5um。
[0076] 本發(fā)明所述的一種功率二極管的指標(biāo)方法包括下列工藝步驟：
[0077] 參見圖3A :
[0078] 步驟1 :襯底硅片準(zhǔn)備：采用N型硅襯底，其晶向為〈100> ;
[0079] 步驟2 :外延：根據(jù)器件耐壓需求外延生長一定厚度及電阻率的N型層；
[0080] 步驟3 :制備Pring :在外延表面先長一層厚度為100A?500A的二氧化硅，采用 Pring光刻版進(jìn)行光刻，以光刻膠作為掩蔽層進(jìn)行硼注入，形成Pring終端保護(hù)環(huán)；
[0081] 參見圖3B:
[0082] 步驟4 :高溫推結(jié)：去除光刻膠后淀積厚度為1000A?6000A的二氧化硅層，并對 Pring進(jìn)行高溫推結(jié)；
[0083] 參見圖3C:
[0084] 步驟5 :溝槽腐蝕：利用光刻膠將表面二氧化硅層腐蝕出開口，去膠后利用氧化層 的阻擋進(jìn)行溝槽腐蝕，腐蝕完后在溝槽底部做硼注入，形成溝槽底部的P區(qū)；
[0085] 參見圖3D :
[0086] 步驟6 :制備柵氧化層：在需要制作器件的區(qū)域采用Active光刻版進(jìn)行有源區(qū)刻 蝕，去除光刻膠后，熱生長20A?500A二氧化硅層做為柵氧化層；
[0087] 參見圖3E :
[0088] 步驟7 :制備多晶硅柵極：在氧化層上淀積一層厚度2000A?9000A的摻雜多晶 硅，然后進(jìn)行多晶硅整體回刻，最終使有源區(qū)表面多晶硅厚度為800A?2000A ;
[0089] 參見圖3F :
[0090] 步驟8 :制備Pbody :采用Poly光刻版進(jìn)行光刻、顯影，先后進(jìn)行多晶娃腐蝕，柵氧 腐蝕，以光刻膠作為掩蔽層進(jìn)行硼注入，形成pbody區(qū)，通過離子散射形成M0S溝道；
[0091] 參見圖3G:
[0092] 步驟9 :制備NSD :利用光刻膠作為掩蔽層，注入η型雜質(zhì)，例如磷或砷，形成N+區(qū)， 然后利用光刻膠挖孔，孔深度超過Ν+注入?yún)^(qū)，形成NSD層，完成后去除光刻膠；
[0093] 步驟10 :注入激活：對前述摻雜層進(jìn)行快速熱處理，激活注入形成的pbody和Ν+ 區(qū)；
[0094] 參見圖3H:
[0095] 步驟11 :正面金屬化：在整個器件上先后經(jīng)過刻蝕氧化層、濺射金屬（例如鋁或鋁 娃合金），并米用Metal光刻版刻蝕金屬，形成金屬引線；
[0096] 參見圖31 :
[0097] 步驟12 :背面減薄及金屬化：對器件背面進(jìn)行研磨減薄，之后濺射金屬形成金屬 引線，完成功率二極管的制備。
[0098] 本發(fā)明共米用5張光刻版，按照版號的順序依次為Pring光刻版、trench光刻版、 Active光刻版、Poly光刻版、Metal光刻版。
[0099] 本發(fā)明進(jìn)行的主要離子注入過程有：Pring硼注入，trench硼注入，Pbody硼注入， NSD憐注入。
[0100] 本發(fā)明包括一次高溫推結(jié)的熱過程：高溫推結(jié)熱過程形成Pring保護(hù)環(huán)，并在此 基礎(chǔ)上生長一層氧化硅；一次快速熱處理過程：在完成Pbody、NSD注入后進(jìn)行，激活注入雜 質(zhì)，也可在每次注入后進(jìn)行一次快速熱處理。
[0101] 本發(fā)明可以采用體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅等半導(dǎo)體材料制作；
[0102] 本發(fā)明步驟4中氧化層淀積和無氧高溫推結(jié)熱過程合并為有氧高溫推結(jié)熱過程 以節(jié)約成本。
[0103] 相對傳統(tǒng)器件，本發(fā)明優(yōu)點對比如表1所示：
[0104]
[0105] 表1本發(fā)明與傳統(tǒng)器件性能對比
【權(quán)利要求】
1. 一種功率二極管，其自下而上依次包括底層電極（1)、襯底層（2)、N-型外延層（3) 和頂部電極（4)，頂部電極（4)為功率二極管的正極，底層電極（1)為功率二極管的負(fù)極； 其特征在于，其中N-型外延層（3)上部橫向間隔開設(shè)有至少兩個溝槽（5)，兩個相鄰溝槽 (5)之間的N-型外延層（3)與頂部電極（4)之間設(shè)有pbody區(qū)（6); 所述pbody區(qū)（6)的橫截面呈底部為弧線的"凹"形，其中"凹"形上部的兩個凸起部 分為pbody區(qū)（6)的邊緣，邊緣靠內(nèi)側(cè)的部分為一定厚度的NSD層（7)，"凹"形向內(nèi)凹陷的 平面與頂部電極相接觸，NSD層（7)的側(cè)面與頂部電極（4)相接觸； 所述溝槽（5)內(nèi)表面均勻生長有柵氧化層（8)，所述柵氧化層（8)在溝槽頂部開口處 橫向向兩側(cè)延伸形成延伸段，延伸段的柵氧化層（8)覆蓋在N-外延層（3)在溝槽（5)與 pbody區(qū)（6)之間的凸起部分，溝槽（5)內(nèi)填充多晶硅（9)，多晶硅（9)的橫截面呈"T"形， "T"形頭高于N-型外延層（3)頂面，"T"形頭的兩肩橫向?qū)挾却笥跍喜郏?)的橫向開口寬 度，"T"形與pbody區(qū)（6)接近的一側(cè)邊緣與NSD層（7)的邊緣縱向平齊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率二極管，其特征在于，所述凹槽（5)底部與N-外延 層（3)的接觸處還設(shè)有P區(qū)（10)，所述P區(qū)（10)橫截面為半徑大于溝槽底部弧線半徑的圓 弧面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種功率二極管，其特征在于，所述P區(qū)和pbody區(qū)內(nèi)部 注入物為硼。
4. 一種功率二極管的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟： 步驟1 :采用N型硅片作為襯底層； 步驟2 :根據(jù)器件的耐壓需求，在襯底層上生長一定厚度及電阻率的N-型外延層； 步驟3 :在N-型外延層表面先生長一層二氧化硅，在二氧化硅上涂一層光刻膠構(gòu)成掩 蔽層，對掩蔽層和二氧化硅進(jìn)行光刻形成兩個蝕刻到N-型外延層內(nèi)的凹槽，對凹槽進(jìn)行硼 注入，構(gòu)成P -保護(hù)環(huán)； 步驟4 :去除光刻膠構(gòu)成的掩蔽層，對N-型外延層表面的二氧化硅和硼保護(hù)環(huán)上沉積 一定厚度的二氧化硅層； 步驟5 :在二氧化硅層上涂一層光刻膠，利用光刻膠將二氧化硅層腐蝕出至少兩個開 口，去掉光刻膠后，利用二氧化硅層對開口的限制對開口進(jìn)一步進(jìn)行深度腐蝕，使開口深入 N-型外延層形成溝槽，在溝槽底部注入硼，形成溝槽底部的P區(qū)，具有溝槽的一端為二極管 的有源區(qū)； 步驟6:對溝槽周圍需要制備器件的區(qū)域進(jìn)行基于光刻膠的有源區(qū)刻蝕，刻蝕后去除 光刻膠，熱生長一定厚度的二氧化硅構(gòu)成柵氧化層； 步驟7 :在柵氧化層上沉積一定厚度的摻雜多晶硅，將溝槽填平后，對多晶硅整體進(jìn)行 回刻，使有源區(qū)表面多晶硅的厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求； 步驟8 :采用Poly光刻版進(jìn)行光刻和顯影，依次對兩個溝槽之間進(jìn)行多晶硅腐蝕和柵 氧腐蝕構(gòu)成凹槽，并沉積光刻膠以光刻膠作為掩蔽層對凹槽進(jìn)行硼注入，形成pbody區(qū)，通 過離子散射形成M0S溝道； 步驟9 :沉積光刻膠，以光刻膠為掩蔽對M0S溝道上表面注入η型雜質(zhì)形成N+區(qū)，然后 利用光刻膠對Ν+區(qū)中心部位進(jìn)行蝕刻，蝕刻深度大于Ν+區(qū)深入到M0S溝道，剩余的Ν+區(qū) 構(gòu)成NSD層，去除光刻膠； 步驟10 :對pbody區(qū)和NSD層進(jìn)行快速熱處理，實現(xiàn)pbody區(qū)和NSD層的激活； 步驟11 :對二極管正面包括有源區(qū)和二氧化硅層的全部表面整體進(jìn)行金屬化，構(gòu)成金 屬電極引線； 步驟12 :對襯底層進(jìn)行研磨減薄，對減薄后的襯底層上濺射金屬構(gòu)成金屬電極引線， 完成功率二極管的制備。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種功率二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟11的金 屬化具體包括刻蝕二氧化硅層、濺射金屬，并采用Metal光刻版刻蝕金屬，形成金屬引線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種功率二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟3中生長 的二氧化硅厚度為100A?500A，并采用Pring光刻版進(jìn)行光刻； 所述步驟4中的沉淀的二氧化硅層厚度為1000A?6000A，并對硼保護(hù)環(huán)進(jìn)行高溫推 結(jié)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種功率二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟6中柵氧 化層為厚度為20A?500A的二氧化硅； 所述步驟7中多晶硅的厚度為2000A?9000A，回刻后最終有源區(qū)表面多晶硅的厚度為 800A ?2000A。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種功率二極管的制備方法，其特征在于，所述襯底層可采 用體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或者鍺硅半導(dǎo)體材料制備。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種功率二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟3中硼離 子注入能量為50kev?80kev，劑量為Iel3cm2?Iel4cm2 ;所述步驟5中硼離子注入能量 為30kev?80kev，劑量為Iel2cm2?Iel5cm2 ;所述步驟8中硼離子注入能量為30kev? 60kev，劑量為Iel2cm2?Iel4cm2 ;所述步驟9中砷離子注入能量為20kev?50kev，劑量 為 Iel5cm2 ?Iel6cm2。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4-9任一項所述的一種功率二極管的制備方法，其特征在于，所述步 驟5中溝槽深度為0. 3um?2um,寬度為0. 15um?0. 5um。
【文檔編號】H01L29/06GK104051546SQ201410243184
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】王宇澄, 王根毅, 吳宗憲 申請人:無錫昕智隆電子科技有限公司