專利名稱：二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體的制造，尤其涉及一種用于功率開(kāi)關(guān)三極管BE極之間反向并 接的二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
如圖1所示，在電子鎮(zhèn)流器、電子變壓器及開(kāi)關(guān)電源等開(kāi)關(guān)電路中廣泛采用功率 開(kāi)關(guān)三極管基極與發(fā)射極間反向并接二極管的結(jié)構(gòu)，該二極管通常被稱為BE 二極管。BE 二 極管是開(kāi)關(guān)電源直流變換為高頻交流的重要器件，其對(duì)提高線路工作的穩(wěn)定性有很重要的 作用，在某些電子線路中，沒(méi)有BE 二極管線路就不能工作。目前，用于功率開(kāi)關(guān)三極管的BE 二極管通常采用1N4007整流二極管。但1N4007 整流二極管成本較高，其主要應(yīng)用在高壓整流領(lǐng)域，參數(shù)特點(diǎn)是高耐壓，對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)(如反 向恢復(fù)時(shí)間)沒(méi)有要求，芯片采用臺(tái)面工藝制作，而且市場(chǎng)上出售的1N4007整流二極管也 沒(méi)有經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試。因此，1N4007整流二極管參數(shù)與功率開(kāi)關(guān)三極管BE極間的BE 二 極管實(shí)際所需要的參數(shù)并不匹配，使用成本高，效果較差。綜上可知，現(xiàn)有BE 二極管在實(shí)際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種二極管，其改善了二極管的動(dòng)態(tài)參 數(shù)(如反向恢復(fù)時(shí)間)，更加適用于開(kāi)關(guān)電路中功率開(kāi)關(guān)三極管基極與發(fā)射極間反向并接 二極管的結(jié)構(gòu)，其能提高開(kāi)關(guān)電路工作的穩(wěn)定性和可靠性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種二極管，其包括P/N型襯底以及形成于所述 P/N型襯底頂表面中心區(qū)域的N+/P+層，所述二極管還包括形成于所述P/N型襯底的頂表 面以及所述N+/P+層頂表面部分區(qū)域的第一 P+/N+層，所述第一 P+/N+層與所述P/N型襯 底和所述N+/P+層分別鄰接；形成于所述第一 P+/N+層以及所述N+/P+層頂表面的氧化物 掩膜；以及形成于所述氧化物掩膜上的引線孔，所述引線孔與所述N+/P+層相對(duì)應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的二極管，所述P/N型襯底包括與所述N+/P+層連接的P-/N-層以及 位于所述P-N-層底表面的第二 P+/N+層；且所述P/N型襯底通過(guò)單晶片襯底擴(kuò)散、單晶片 擴(kuò)散或外延片方式形成。根據(jù)本發(fā)明的二極管，所述二極管還包括形成于所述引線孔以及所述氧化物掩 膜頂表面的正面金屬電極以及形成于所述P/N型襯底底表面的背面金屬電極。根據(jù)本發(fā)明的二極管，所述N+/P+層通過(guò)摻雜以及推結(jié)形成于所述P/N型襯底頂 表面中心區(qū)域，且所述P/N型襯底呈頂表面中心區(qū)域向下延伸的凹槽狀。根據(jù)本發(fā)明的二極管，所述二極管為用于功率開(kāi)關(guān)三極管BE結(jié)間的BE 二極管。本發(fā)明相應(yīng)提供一種二極管的制造方法，包括以下步驟A、在P/N型襯底的頂表面中心區(qū)域形成N+/P+層；
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B、在所述P/N型襯底以及所述N+/P+層的頂表面進(jìn)行氧化形成氧化物掩膜；C、在所述氧化物掩膜上與所述N+/P+層相對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行光刻以形成光刻窗口 ；D、通過(guò)所述光刻窗口向所述N+/P+層進(jìn)行摻雜和推結(jié)以形成與所述P/N型襯底和 所述N+/P+層分別鄰接的第一 P+/N+層；E、引線孔光刻，形成與所述N+/P+層相對(duì)應(yīng)的引線孔。根據(jù)本發(fā)明的二極管的制造方法，所述步驟E之前還包括在所述N+/P+層以及所 述第一 P+/N+層的頂表面進(jìn)行氧化；所述步驟E之后還包括在所述氧化物掩膜頂表面以 及所述引線孔上進(jìn)行金屬化以及金屬化光刻以形成正面金屬電極，以及在所述P/N型襯底 的底表面進(jìn)行金屬化以形成背面金屬電極。根據(jù)本發(fā)明的二極管的制造方法，所述P/N型襯底包括與所述N+/P+層連接的P-/ N-層以及位于所述P-N-層底表面的第二 P+/N+層；且所述P/N型襯底通過(guò)單晶片襯底擴(kuò) 散、單晶片擴(kuò)散或外延片方式形成。根據(jù)本發(fā)明的二極管的制造方法，所述步驟A包括Al、在所述P/N型襯底的頂表面進(jìn)行氧化形成氧化物掩膜；A2、對(duì)所述步驟Al所形成的氧化物掩膜進(jìn)行部分光刻以形成位于所述P/N型襯底 頂表面中心區(qū)域的光刻窗口 ；A3、向所述步驟A2形成的光刻窗口通過(guò)摻雜及推結(jié)以形成所述N+/P+層。根據(jù)本發(fā)明的二極管的制造方法，所述N+/P+層通過(guò)摻雜以及推結(jié)形成于所述P/ N型襯底頂表面中心區(qū)域向下延伸的凹槽內(nèi)。本發(fā)明一種二極管包括P/N型襯底，所述P/N型襯底頂表面中心區(qū)域形成N+/P+ 層，所述P/N型襯底的頂表面以及N+/P+層頂表面部分區(qū)域形成第一 P+/N+層，且所述第一 P+/N+層與所述P/N型襯底和所述N+/P+層分別鄰接，所述第一 P+/N+層以及N+/P+層頂表 面形成氧化物掩膜；所述氧化物掩膜上形成引線孔，所述引線孔與所述N+/P+層對(duì)應(yīng)設(shè)置。 本發(fā)明通過(guò)在P/N型襯底的頂表面以及N+/P+層頂表面部分區(qū)域形成第一 P+/N+層，比普 通二極管多擴(kuò)散一層P+/N+層，且與P/N型襯底和N+/P+層分別鄰接，形成(P+，P-, N+) 二 極管與(P+，P_，P+，N+) 二極管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)或者(P+, N-, N+) 二極管與(P+, N+, N-, N+) 二極 管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，增大了二極管Pn結(jié)的面積，改善了二極管的動(dòng)態(tài)參數(shù)(如反向恢復(fù)時(shí)間)， 更加適用于開(kāi)關(guān)電路中功率開(kāi)關(guān)三極管基極與發(fā)射極間反向并接二極管的結(jié)構(gòu)，其能提高 開(kāi)關(guān)電路工作的穩(wěn)定性和可靠性。


圖1是功率開(kāi)關(guān)三極管基極與發(fā)射極間反向并接二極管的結(jié)構(gòu)；圖2是現(xiàn)有二極管的剖面示意圖；圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例的剖面示意圖；圖4是P型襯底二極管的剖面示意圖；圖5是P型襯底二極管的等效結(jié)構(gòu)圖；圖6是N型襯底二極管的剖面示意圖；圖7是N型襯底二極管的等效結(jié)構(gòu)圖；圖8A是本發(fā)明一種實(shí)施例的P/N型襯底的俯視圖8B是本發(fā)明一種實(shí)施例的N+/P+層的版圖結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖8C是本發(fā)明一種實(shí)施例的第一 P+/N+層的版圖結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖8D是本發(fā)明一種實(shí)施例的引線孔的版圖結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖8E是本發(fā)明一種實(shí)施例的正面金屬電極的版圖結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖9是典型電子鎮(zhèn)流器電路圖；圖IOA是本發(fā)明所提供的二極管作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC及VCE 波形圖；圖IOB是普通結(jié)構(gòu)二極管作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC及VCE波形圖；圖IOC是反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)的1N4007整流二極管(trr ^ 1700ns)作為BE 二極 管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC及VCE波形圖；圖IOD是反向恢復(fù)時(shí)間較短的1N4007整流二極管(trr ^ 1000ns)作為BE 二極 管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC及VCE波形圖；圖11是本發(fā)明的二極管制造流程圖；圖12是本發(fā)明形成N+/P+層的流程圖；圖13A 圖131示意出了本發(fā)明處于各個(gè)制造階段中的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。如圖3所示，本發(fā)明一種二極管100，用于開(kāi)關(guān)電路中功率開(kāi)關(guān)三極管基極與發(fā)射 極間的BE 二極管。其包括P/N型襯底10 (即P型襯底或N型襯底)、N+/P+層20 (即N+層 或P+層)、第一 P+/N+層30 (即第一 P+層或第一 N+層)、氧化物掩膜40、正面金屬電極50 以及背面金屬電極60，正面金屬電極50以及背面金屬電極60分別與引線連接。P/N型襯 底10可以通過(guò)單晶片襯底擴(kuò)散、單晶片擴(kuò)散或外延片方式形成。N+/P+層20通過(guò)摻雜以及推結(jié)形成于P/N型襯底10頂表面中心區(qū)域，且P/N型襯 底10呈頂表面中心區(qū)域向下延伸的凹槽狀。第一 P+/N+層30形成于P/N型襯底10的頂表面以及N+/P+層20頂表面部分區(qū) 域，第一 P+/N+層30與P/N型襯底10和N+/P+層20分別鄰接。第一 P+/N+層30以及N+/P+層20頂表面形成氧化物掩膜40。優(yōu)選的是，氧化物 掩膜40為Si02。引線孔形成于氧化物掩膜40上，引線孔與N+/P+層20相對(duì)應(yīng)。正面金屬電極50形成于引線孔以及氧化物掩膜40頂表面，正面金屬電極50通過(guò) 在氧化物掩膜40及引線孔上進(jìn)行金屬化以及金屬化光刻而形成，與N+/P+層20連接；背面 金屬電極60形成于P/N型襯底10的底表面。P/N型襯底10包括與N+/P+層20連接的P-/N-層11以及位于P_N_層11底表面 的第二 P+/N+層12 ；且P/N型襯底10可以通過(guò)單晶片襯底擴(kuò)散、單晶片擴(kuò)散或外延片方式 形成。第二 P+/N+層12是為與背面金屬電極60形成良好歐姆接觸而形成的高摻雜區(qū)。本發(fā)明所提供的二極管100可以采用P型襯底或者N型襯底，為使二極管100能
5夠更加詳細(xì)清楚，圖4和圖6示意出了兩種不同襯底的二極管100的剖面圖。在如圖4所示的實(shí)施例中，二極管100的襯底為P型半導(dǎo)體，則P型襯底10包括 P-層11以及位于P-層11底表面的第二 P+層12 ；在P型襯底10頂表面中心區(qū)域形成N+ 層20 ；在P型襯底10的頂表面以及N+層20頂表面部分區(qū)域形成第一 P+層30，第一 P+層 30與P型襯底10和N+層20分別鄰接。如圖5所示，二極管100的等效結(jié)構(gòu)為(P+，P-, N+) 二極管與(P+，P-，P+，N+) 二極管并聯(lián)。此時(shí)，正面金屬電極50的極性為負(fù)；背面金屬 電極60的極性為正。在如圖6所示的實(shí)施例中，二極管100的襯底為N型半導(dǎo)體，則N型襯底10包括 N-層11以及位于N-層11底表面的第二 N+層12 ；在N型襯底10頂表面中心區(qū)域形成P+ 層20 ；在N型襯底10的頂表面以及P+層20頂表面部分區(qū)域形成第一 N+層30，第一 N+層 30與N型襯底10和P+層20分別鄰接。如圖7所示，則二極管100的等效結(jié)構(gòu)為(P+，N_， N+) 二極管與(P+，N+, N-, N+) 二極管并聯(lián)。此時(shí)，正面金屬電極50的極性為正；背面金屬 電極60的極性為負(fù)。本發(fā)明所提供的二極管100的主要特點(diǎn)是比普通二極管增加一次P+/N+層摻雜擴(kuò) 散，并且通過(guò)特殊的版圖設(shè)計(jì)，使得第一 P+/N+層30與P/N型襯底10連接在一起，其剖面 示意圖如圖3所示，其典型的版圖設(shè)計(jì)如圖8A 圖8E所示。圖8A是本發(fā)明一種實(shí)施例的 P/N型襯底的俯視圖，背面金屬電極60的俯視圖與P/N型襯底10相同；圖8B是本發(fā)明一 種實(shí)施例的N+/P+層的版圖結(jié)構(gòu)的俯視圖，且圖8B中的陰影部分為N+/P+層20 ；圖8C是 本發(fā)明一種實(shí)施例的第一 P+/N+層的版圖結(jié)構(gòu)的俯視圖，且圖8C中陰影部分為第一 P+/N+ 層30 ；圖8D是本發(fā)明一種實(shí)施例的引線孔的版圖結(jié)構(gòu)的俯視圖，且圖8D中陰影部分為引 線孔；圖8E是本發(fā)明一種實(shí)施例的正面金屬電極的版圖結(jié)構(gòu)的俯視圖，且圖8E中空白部分 為正面金屬電極區(qū)域。顯而易見(jiàn)，本發(fā)明的版圖結(jié)構(gòu)并不僅僅限于圖8A 圖8E所示的結(jié) 構(gòu)，也可以是其他能使得第一 P+/N+層30與P/N型襯底10以及N+/P+層20分別連接在一 起的變形或設(shè)計(jì)。本發(fā)明所提供的二極管100比普通二極管增加一次P+/N+層摻雜擴(kuò)散，增大了二 極管pn結(jié)的面積，從而改善了二極管的動(dòng)態(tài)參數(shù)，例如二極管反向恢復(fù)時(shí)間。采用本發(fā)明 提供二極管100與普通結(jié)構(gòu)二極管以及1N4007整流二極管反向恢復(fù)時(shí)間對(duì)比如表1所示。表 1 測(cè)試儀器采用常州創(chuàng)新電子設(shè)備有限公司的二極管反向恢復(fù)時(shí)間測(cè)試儀，該儀 器的量程為1931ns，超過(guò)1931ns也顯示為1931ns。測(cè)試條件=IF = 0. 5A，IR = -1A，Irr =-0. 25A, R = 1 Ω。從表1可以看出，采用本發(fā)明所提供的二極管100比普通結(jié)構(gòu)二極管以及1Ν4007 整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間trr要長(zhǎng)很多，且1Ν4007整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間trr大小 不一，參數(shù)不一致。圖9為采用了功率開(kāi)關(guān)三極管基極與發(fā)射極間反向并接二極管的結(jié)構(gòu)的典型電 子鎮(zhèn)流器電路圖。為對(duì)比普通結(jié)構(gòu)二極管、1N4007整流二極管與本發(fā)明所提供的二極管 100的性能，分別將其作為BE 二極管進(jìn)行上機(jī)測(cè)試，從而獲得普通結(jié)構(gòu)二極管、1N4007整流 二極管與本發(fā)明所提供的二極管100分別作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC、VCE波 形圖。IC為集電極電流，VCE為集電極與發(fā)射極兩端的電壓。圖IOA為本發(fā)明所提供的二極管100作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC、 VCE波形圖；圖IOB為普通結(jié)構(gòu)二極管作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC、VCE波形 圖；圖IOC為反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)的1N4007整流二極管(trr 1700ns)作為BE 二極管 時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC、VCE波形圖；圖IOD為反向恢復(fù)時(shí)間較短的1N4007整流二極管 (trr 1000ns)作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC、VCE波形圖。在圖IOA 圖IOD 中，實(shí)線部分為IC波形圖，虛線部分為VCE的波形圖。如圖IOA所示，本發(fā)明所提供的二極管100分別作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極 管IC波形與VCE波形沒(méi)有出現(xiàn)毛刺尖峰，曲線正常。如圖IOB所示，普通結(jié)構(gòu)二極管作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC波形存在 毛刺尖峰(見(jiàn)虛線圈內(nèi))。由于IC與VCE的乘積為功率開(kāi)關(guān)三極管的瞬時(shí)功耗，該IC尖峰 的存在使得此時(shí)功率開(kāi)關(guān)三極管的功耗很大，溫度很高，從而容易導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)三極管因 自身功耗過(guò)大而損壞。如圖IOC所示，反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)的1N4007整流二極管(trr ^ 1700ns)作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管IC波形與VCE波形沒(méi)有出現(xiàn)毛刺尖峰，曲線正常。如圖IOD所示，反向恢復(fù)時(shí)間較短的1N4007整流二極管(trr ^ 1000ns)作為BE 二極管時(shí)，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC波形存在毛刺尖峰(見(jiàn)虛線圈內(nèi))。由于IC與VCE的乘積 為功率開(kāi)關(guān)三極管的瞬時(shí)功耗，該IC尖峰的存在使得此時(shí)功率開(kāi)關(guān)三極管的功耗很大，溫度很高，從而容易導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)三極管因自身功耗過(guò)大而損壞。從上文可以得知，BE 二極管反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)的，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC電流沒(méi)有 毛刺尖峰，功率開(kāi)關(guān)三極管自身的功耗會(huì)減少，工作的可靠性與穩(wěn)定性會(huì)提高，而B(niǎo)E 二極 管反向恢復(fù)時(shí)間較短的，功率開(kāi)關(guān)三極管的IC電流有毛刺尖峰，功率開(kāi)關(guān)三極管自身功耗 會(huì)增加，工作的可靠性與穩(wěn)定性會(huì)降低。本發(fā)明所提供的二極管100比普通二極管增加一 次P+/N+層摻雜擴(kuò)散，增大了二極管pn結(jié)的面積，使得二極管反向恢復(fù)時(shí)間更長(zhǎng)，從而更加 適用于開(kāi)關(guān)電路中功率開(kāi)關(guān)三極管基極與發(fā)射極間反向并接二極管的結(jié)構(gòu)，能提高開(kāi)關(guān)電 路工作的穩(wěn)定性和可靠性。如圖11所示，本發(fā)明還提供了一種用于制造上述二極管100的方法，其主要包括 以下步驟S101，在P/N型襯底10的頂表面中心區(qū)域形成N+/P+層20 ；N+/P+層20通過(guò)摻雜 以及推結(jié)形成于P/N型襯底10的頂表面中心區(qū)域，且P/N型襯底10呈頂表面中心區(qū)域向 下延伸的凹槽狀。S102，在P/N型襯底10以及N+/P+層20的頂表面進(jìn)行氧化形成氧化物掩膜40。 氧化物掩膜40優(yōu)選為Si02。S103，在氧化物掩膜40上與N+/P+層20相對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行光刻以形成光刻窗口。
S104,通過(guò)光刻窗口向N+/P+層20進(jìn)行摻雜和推結(jié)以形成與P/N型襯底10和N+/ P+層20分別鄰接的第一 P+/N+層30。S105，引線孔光亥IJ，形成與N+/P+層20相對(duì)應(yīng)的引線孔。步驟S105之前還包括在N+/P+層20以及第一 P+/N+層30的頂表面進(jìn)行氧化， 形成一層氧化物保護(hù)膜。步驟S105之后還包括在氧化物掩膜40頂表面以及引線孔上進(jìn) 行金屬化以及金屬化光刻以形成正面金屬電極50 ；在P/N型襯底10的底表面進(jìn)行金屬化 以形成背面金屬電極60。優(yōu)選的是，P/N型襯底10包括與N+/P+層20連接的P-/N-層11以及位于P_N_層 11底表面的第二 P+/N+層12，且P/N型襯底10可以通過(guò)單晶片襯底擴(kuò)散、單晶片擴(kuò)散或外 延片方式形成。單晶片襯底擴(kuò)散方式首先選取P-/N-單晶材料，其電阻率一般選擇為 30-60 Ω *cm厚度一般選擇為500-550 μ m ；再通過(guò)襯底雙面擴(kuò)散第二 P+/N+層12，并將 其中一面減薄、拋光后形成P/N型襯底10。在本實(shí)施例中，P-/N-層11厚度一般控制 在40-8(^!11，第二？+/貼層12的厚度一般選擇為150-200 μ m，表面方塊電阻一般選擇為 0. 005-0. 015 Ω / 口。單晶片擴(kuò)散方式首先選取P-/N-單晶材料，其電阻率一般選擇為30_60Q*cm，厚 度約180-250 μ m ；在此材料基礎(chǔ)上先形成N+/P+層20，再形成第一 P+/N+層30，在正面形 成第一 P+/N+層30時(shí)，同時(shí)在背面形成第二 P+/N+層12，借此形成P/N型襯底10，然后再 形成引線孔，正背面金屬電極等。第二 P+/N+層12工藝參數(shù)與第一 P+/N+層30相同，具體 工藝參數(shù)發(fā)射區(qū)預(yù)擴(kuò)950-1050°C，R 口= 4-15Ω/ 口 ；推結(jié)溫度T = 1100-1200°C ；推結(jié) 時(shí)間t = 30-150min, N2 氣氛；推結(jié)結(jié)深3_10 μ m，R 口 = 3-12 Ω / 口。外延片方式選取Ρ+/Ν+單晶材料，其電阻率一般選擇為0. 01-0. 02Q*cm，厚度約 450-550 μ m;再通過(guò)在第二 P+/N+層12上外延一層P-/N-層11形成P/N型襯底10。一般采用SiHC13(三氯氫硅)或SiH2C12( 二氯二氫硅)，在1000-1150°C外延生長(zhǎng)P-/N-層 11，P型雜質(zhì)一般采用B2H6 (乙硼烷)，N型雜質(zhì)一般采用PH3 (磷烷)，P-/N-層11的電阻 率一般控制在30-60 Ω *cm，P-/N-層11的厚度一般控制在40-80 μ m。在形成Ρ/Ν型襯底 10后，再形成Ν+/Ρ+層20、第一 Ρ+/Ν+層30、引線孔以及正面金屬電極50，形成正面金屬電 極50后再將背面的第二 Ρ+/Ν+層12減薄一些，一般將背面的第二 Ρ+/Ν+層12的厚度保留 180-250 μ m,最后再做背面金屬電極60。如圖12所示，步驟SlOl用于形成N+/P+層20，其主要包括如下步驟S201，在P/N型襯底10的頂表面進(jìn)行氧化形成氧化物掩膜40。S202，對(duì)步驟S201所形成的氧化物掩膜40進(jìn)行部分光刻以形成位于P/N型襯底 10頂表面中心區(qū)域的光刻窗口。S203,向步驟S202形成的光刻窗口通過(guò)摻雜及推結(jié)以形成N+/P+層20。參考圖13A 圖131，可以從P/N型襯底10開(kāi)始來(lái)制造二極管100，具體流程包括 如下步驟一、形成P/N型襯底10，如圖13A所示，P/N型襯底10包括P-/N-層11以及位于 P-N-層11底表面的第二 P+/N+層12，第二 P+/N+層12是為與背面金屬電極60形成良好 歐姆接觸而形成的高摻雜區(qū)。形成P/N型襯底10的具體方式在上文已做詳細(xì)描述，故在此 不再贅述。二、在P/N型襯底10的頂表面進(jìn)行氧化形成氧化物掩膜40。氧化溫度T = 1050-1100°C，氧化時(shí)間t = 20-40min，采用濕氧氧化，氧化層厚度約10000A。借此形成如 圖13B所示結(jié)構(gòu)。三、對(duì)圖13B中的氧化物掩膜40進(jìn)行部分光刻以形成位于P/N型襯底10頂表面 中心區(qū)域的光刻窗口，借此形成13C所示結(jié)構(gòu)。采用負(fù)膠光刻，光刻膠厚約1.5μπι。四、向圖13C中光刻窗口所對(duì)應(yīng)的Ρ/Ν型襯底10通過(guò)摻雜以及推結(jié)以形成Ν+/Ρ+ 層20。具體工藝參數(shù)離子注入能量60kev ；注入濃度5E14-lE15cm-3 ；推結(jié)溫度T = 1200-1250°C ；推結(jié)時(shí)間:t = 200-400min，N2 氣氛；推結(jié)結(jié)深12-25 μ m, R 口 = 50-150 Ω / 口。形成Ν+/Ρ+層20后進(jìn)行氧化，以在Ρ/Ν型襯底10以及Ν+/Ρ+層20的頂表面進(jìn)行氧化 重新形成氧化物掩膜40。借此形成如圖13D所示結(jié)構(gòu)。五、在氧化物掩膜40上與Ν+/Ρ+層20相對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行光刻以形成光刻窗口。采 用負(fù)膠光刻，光刻膠厚約1.5μπι。借此形成如圖13Ε所示結(jié)構(gòu)。六、通過(guò)圖13Ε中光刻窗口向Ν+/Ρ+層20和Ρ/Ν型襯底10的Ρ-/Ν-層11進(jìn)行摻 雜和推結(jié)，以形成分別與Ρ/Ν型襯底10和Ν+/Ρ+層20分別鄰接的第一 Ρ+/Ν+層30。具體 工藝參數(shù)發(fā)射區(qū)預(yù)擴(kuò)950-1050°C，R 口= 4-15Ω/ 口 ；推結(jié)溫度T = 1100-1200°C ；推結(jié) 時(shí)間t = 30-150min, N2 氣氛；推結(jié)結(jié)深3-10ym，RD = 3-12 Ω / 口。同時(shí)，在 Ν+/Ρ+層 20以及第一 Ρ+/Ν+層30的頂表面進(jìn)行氧化。借此形成如圖13F所示結(jié)構(gòu)。七、引線孔光刻，在Ν+/Ρ+層30的頂表面形成引線孔。采用負(fù)膠光刻，光刻膠厚約 1.5μπι。借此形成如圖13G所示結(jié)構(gòu)。八、在氧化物掩膜40頂表面以及引線孔上進(jìn)行金屬化以及金屬化光刻。金屬化時(shí) 采用正面金屬蒸發(fā)鋁的方法，真空度高于6. 0E-4pa，鋁層厚度3-6μπι。金屬化光刻時(shí)采用 負(fù)膠光刻，光刻膠厚約1. 5μπι。借此形成如圖13Η所示結(jié)構(gòu)。
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九、在P/N型襯底10的第二 P+/N+層12的底表面進(jìn)行金屬化，以最終形成二極管 100。金屬化時(shí)采用背面金屬蒸發(fā)，真空度高于6. 0E-4pa;金屬為T(mén)i/Ni/Ag或Cr/Ni/Ag;金 屬層厚度分別為500-3000/2000-5000/5000-15000A。借此形成如圖131所示結(jié)構(gòu)。綜上所述，本發(fā)明一種二極管包括P/N型襯底，所述P/N型襯底頂表面中心區(qū)域形 成N+/P+層，所述P/N型襯底的頂表面以及N+/P+層頂表面部分區(qū)域形成第一 P+/N+層，且 所述第一 P+/N+層與所述P/N型襯底和所述N+/P+層分別鄰接，所述第一 P+/N+層以及N+/ P+層頂表面形成氧化物掩膜；所述氧化物掩膜上形成引線孔，所述引線孔與所述N+/P+層 對(duì)應(yīng)設(shè)置。本發(fā)明通過(guò)在P/N型襯底的頂表面以及N+/P+層頂表面部分區(qū)域形成第一 P+/ N+層，比普通二極管多擴(kuò)散一層P+/N+層，且與P/N型襯底和N+/P+層分別鄰接，形成(P+， P-, N+) 二極管與(P+, P-, P+, N+) 二極管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)或者(P+, N-, N+) 二極管與(P+, N+, N-,N+) 二極管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，增大了二極管pn結(jié)的面積，改善了二極管的動(dòng)態(tài)參數(shù)(如反向 恢復(fù)時(shí)間)，更加適用于開(kāi)關(guān)電路中功率開(kāi)關(guān)三極管基極與發(fā)射極間反向并接二極管的結(jié) 構(gòu)，其能提高開(kāi)關(guān)電路工作的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種二極管，其包括P/N型襯底以及形成于所述P/N型襯底頂表面中心區(qū)域的N+/P+層，其特征在于，所述二極管還包括形成于所述P/N型襯底的頂表面以及所述N+/P+層頂表面部分區(qū)域的第一P+/N+層，所述第一P+/N+層與所述P/N型襯底和所述N+/P+層分別鄰接；形成于所述第一P+/N+層以及所述N+/P+層頂表面的氧化物掩膜；以及形成于所述氧化物掩膜上的引線孔，所述引線孔與所述N+/P+層相對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于，所述P/N型襯底包括與所述N+/P+層連 接的P-/N-層以及位于所述P-N-層底表面的第二 P+/N+層；且所述P/N型襯底通過(guò)單晶片 襯底擴(kuò)散、單晶片擴(kuò)散或外延片方式形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于，所述二極管還包括形成于所述引線孔 以及所述氧化物掩膜頂表面的正面金屬電極以及形成于所述P/N型襯底底表面的背面金 屬電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于，所述N+/P+層通過(guò)摻雜以及推結(jié)形成于 所述P/N型襯底頂表面中心區(qū)域，且所述P/N型襯底呈頂表面中心區(qū)域向下延伸的凹槽狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于，所述二極管為用于功率開(kāi)關(guān)三極管BE 結(jié)間的BE 二極管。
6.一種二極管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟A、在P/N型襯底的頂表面中心區(qū)域形成N+/P+層；B、在所述P/N型襯底及所述N+/P+層的頂表面進(jìn)行氧化形成氧化物掩膜；C、在所述氧化物掩膜上與所述N+/P+層相對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行光刻以形成光刻窗口；D、通過(guò)所述光刻窗口向所述N+/P+層進(jìn)行摻雜和推結(jié)以形成與所述P/N型襯底和所述 N+/P+層分別鄰接的第一 P+/N+層；E、引線孔光刻，形成與所述N+/P+層相對(duì)應(yīng)的引線孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管的制造方法，其特征在于，所述步驟E之前還包括在 所述N+/P+層以及所述第一 P+/N+層的頂表面進(jìn)行氧化；所述步驟E之后還包括在所述氧化物掩膜頂表面以及所述引線孔上進(jìn)行金屬化以及 金屬化光刻以形成正面金屬電極，以及在所述P/N型襯底的底表面進(jìn)行金屬化以形成背面 金屬電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管，其特征在于，所述P/N型襯底包括與所述N+/P+層連 接的P-/N-層以及位于所述P-N-層底表面的第二 P+/N+層；且所述P/N型襯底通過(guò)單晶片 襯底擴(kuò)散、單晶片擴(kuò)散或外延片方式形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步驟A包括Al、在所述P/N型襯底的頂表面進(jìn)行氧化形成氧化物掩膜；A2、對(duì)所述步驟Al所形成的氧化物掩膜進(jìn)行部分光刻以形成位于所述P/N型襯底頂表 面中心區(qū)域的光刻窗口；A3、向所述步驟A2形成的光刻窗口通過(guò)摻雜及推結(jié)以形成所述N+/P+層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述N+/P+層通過(guò)摻雜以及推結(jié)形 成于所述P/N型襯底頂表面中心區(qū)域向下延伸的凹槽內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二極管，其包括P/N型襯底；形成于P/N型襯底頂表面中心區(qū)域的N+/P+層；形成于P/N型襯底的頂表面以及N+/P+層頂表面部分區(qū)域的第一P+/N+層，第一P+/N+層與P/N型襯底和N+/P+層分別鄰接；形成于第一P+/N+層以及N+/P+層頂表面的氧化物掩膜；形成于氧化物掩膜上的引線孔；形成于引線孔以及氧化物掩膜頂表面的正面金屬電極以及形成于所述P/N型襯底底表面的背面金屬電極。本發(fā)明相應(yīng)提供一種制造上述二極管的方法。借此，本發(fā)明改善了二極管的動(dòng)態(tài)參數(shù)(如反向恢復(fù)時(shí)間)，更加適用于開(kāi)關(guān)電路中功率開(kāi)關(guān)三極管BE極之間反向并接二極管的結(jié)構(gòu)，其能提高開(kāi)關(guān)電路工作的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/3205GK101931010SQ20101020884
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者李建球, 楊曉智, 邵士成, 陳永晚 申請(qǐng)人:深圳市鵬微科技有限公司