專利名稱：一種在p+襯底上制備低壓二極管芯片的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造領(lǐng)域，尤其涉及低壓二極管芯片及其制造方法。
背景技術(shù)：
相對于高壓二極管而言，低壓二極管對器件的結(jié)構(gòu)和制造工藝都會(huì)有特殊的要 求，這主要是考慮低壓二極管漏電較大的特點(diǎn)。理論上低壓二極管是由兩邊濃度極高的P+/ N+結(jié)構(gòu)成，屬于齊納擊穿(也叫隧道擊穿)，I-V曲線擊穿點(diǎn)較軟，反向漏電較大。所以如 果在很濃的P+襯底上直接注入N+來形成P+/N+結(jié)，盡管電壓可能會(huì)達(dá)到5. IV以下，但漏 電會(huì)達(dá)到毫安級，基本上無法形成性能良好的二極管。目前常見采用的P+襯底上通過注入 或擴(kuò)散引入N+的低壓二極管的器件結(jié)構(gòu)和制備工藝見圖1，簡要介紹如下先在P+襯底上注入一層較濃的N+(N+濃度和深度視擊穿電壓決定)，由于補(bǔ)償作 用，P+襯底的表面一層厚度變?yōu)镻-層；然后在P-層的有源區(qū)內(nèi)再通過注入或擴(kuò)散引入濃 度更高的N+區(qū)，就形成了低壓二極管，因此該二極管實(shí)際就是P-層和N+區(qū)形成的P-N結(jié)， 不同擊穿電壓可以通過第一次N+注入的濃度和深度拉偏來實(shí)現(xiàn)，需要說明1)兩次N+形成一般都是采用磷注入或擴(kuò)散形成。2)采用此器件結(jié)構(gòu)和工藝制備的性能良好的二極管擊穿電壓最低可以達(dá)到 5. 6V，漏電在幾十微安左右，片內(nèi)電壓均勻性可以達(dá)到5 %以內(nèi)。但此結(jié)構(gòu)無法形成5. IV以 下性能良好的低壓二極管，主要原因是漏電會(huì)迅速增大(毫安級)，另外片內(nèi)電壓均勻性會(huì) 迅速變差(>8%)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提出了解決2. OV-5. IV低壓二 極管(P+襯底)漏電偏大和片內(nèi)電壓均勻性差的兩個(gè)問題的技術(shù)方案，提出了一種在P+襯 底上制備低壓二極管芯片的方法及其結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的一種在P+襯底上制備低壓二極管芯片的方法包括如下步驟步驟1 在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層；步驟2 再在P-外延層的有源區(qū)內(nèi)通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡， 后續(xù)形成的二極管不同電壓主要通過P+阱的濃度來實(shí)現(xiàn)；步驟3 :P阱退火；步驟4 通過光刻和刻蝕形成N-環(huán)區(qū)域；步驟5 :N-環(huán)退火；步驟6 通過光刻和刻蝕形成N+主結(jié)區(qū)；步驟7 :N+主結(jié)區(qū)退火；步驟8 刻蝕接觸孔，蒸發(fā)或?yàn)R射Al做正面電極；步驟9 背面減薄，蒸發(fā)Au做背面電極，至此P+襯底上的低壓二極管形成。本發(fā)明提出的一種在P+襯底上制備低壓二極管器件的結(jié)構(gòu)是
(1)在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層；(2)再在P-外延層的有源區(qū)內(nèi)通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡，后續(xù) 形成的二極管不同擊穿電壓主要通過P+阱的注入劑量來實(shí)現(xiàn)；(3)在低壓二極管的常見器件結(jié)構(gòu)上加入了 N-分壓環(huán)，以保證N+/P+擊穿都在平 面上，避免側(cè)向擊穿，從而保證片內(nèi)電壓均勻性；(4)最后在有源區(qū)內(nèi)注入一層N+區(qū)，形成低壓二極管，因此該二極管實(shí)際就是P阱 和N+區(qū)形成的P-N結(jié)。本發(fā)明的創(chuàng)新工藝是將形成N+區(qū)時(shí)通常采用的磷注入或擴(kuò)散工藝更改為砷注入 工藝，原因是砷擴(kuò)散系數(shù)較小，一方面可以保證結(jié)深較淺，擊穿電壓較低；另一方面可以保 證P+/N+結(jié)基本是單邊突變結(jié)，降低漏電。本發(fā)明采用特有的P-外延、P+阱、N-分壓環(huán)器件結(jié)構(gòu)和N+注砷工藝，可以將P+ 襯底上形成的二極管電壓降到5. IV以下，最低可以達(dá)到2. OV(不同擊穿電壓主要通過P+ 阱的劑量拉偏進(jìn)行調(diào)整)，漏電在IOOuA以內(nèi)，片內(nèi)電壓均勻性在5 %以內(nèi)，成功應(yīng)用于低壓 穩(wěn)壓二極管和低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管領(lǐng)域。


圖1為常見P+襯底上制備低壓二極管芯片的器件結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖2為本發(fā)明中的P+襯底上制備低壓二極管芯片的器件結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖3為本發(fā)明中所采用的P+襯底截面示意圖；圖4為本發(fā)明中P+襯底上生長P-外延層后的截面示意圖；圖5為本發(fā)明中在P-外延層的有源區(qū)內(nèi)注入P+阱的截面示意圖；圖6為本發(fā)明中引入N-分壓環(huán)后的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述，特別是以圖2為例，具體實(shí)施方式
如下本發(fā)明提出的一種在P+襯底上制備低壓二極管芯片的方法包括如下步驟步驟1 :P+襯底電阻率約為0. 005 ^ P ^ 0. 008 Ω . cm，在1050°C條件下化學(xué)氣相 生長厚度3. 0-10. Oum,電阻率為1. 0-5. 0 Ω . cm的P-外延層。步驟2 在P-外延層上通過光刻和刻蝕形成有源區(qū)，然后在有源區(qū)內(nèi)注硼形成P+ 講，P+阱的劑量視擊穿電壓而定(對于5. IV以下的低壓二極管，劑量大約在1E15-8E15)。步驟3 =P阱退火溫度在1100°C -1200°C，時(shí)間lh_2h。步驟4 通過光刻和刻蝕形成N-環(huán)區(qū)域，N-環(huán)劑量較淡，大約在1E14-8E14。步驟5 =N-環(huán)退火溫度在1100°C左右，時(shí)間lh_2h。步驟6 通過光刻和刻蝕形成N+主結(jié)區(qū)，N+主結(jié)區(qū)采用注砷工藝，劑量大約在 5E15-2E16。步驟7 =N+主結(jié)區(qū)退火溫度900°C左右，時(shí)間0. 5h_lh。步驟8 刻蝕接觸孔，蒸發(fā)或?yàn)R射Al做正面電極；步驟9 背面減薄到180 μ m,蒸發(fā)Au做背面電極，至此P+襯底上的低壓二極管基 本形成。
本發(fā)明提出的一種在P+襯底上制備低壓二極管器件的結(jié)構(gòu)是(1)在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層。(2)再在P-外延層的有源區(qū)內(nèi)通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡，后續(xù) 形成的二極管不同電壓主要通過P+阱的濃度來實(shí)現(xiàn)。(3)在低壓二極管的常見器件結(jié)構(gòu)上加入了 N-分壓環(huán)，以保證N+/P+擊穿都在平 面上，避免側(cè)向擊穿，從而保證片內(nèi)電壓均勻性。(4)最后再在有源區(qū)內(nèi)注入一層N+區(qū)，形成低壓二極管，因此該二極管實(shí)際就是P 阱和N+區(qū)形成的P-N結(jié)。應(yīng)當(dāng)理解是，上述實(shí)施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超 出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的非實(shí)質(zhì)性的替換或修改(例如將P+襯底換為N+襯底，采用 N-外延，N+阱，P-分壓環(huán)和P+注入的二極管器件結(jié)構(gòu))的發(fā)明創(chuàng)造均落入本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種在P+襯底上制備低壓二極管芯片的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟步驟1 在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層；步驟2 再在P-外延層的有源區(qū)內(nèi)通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡，后續(xù) 所形成的二極管的不同擊穿電壓主要通過P+阱的注入劑量來實(shí)現(xiàn)；步驟3 =P阱退火；步驟4 通過光刻和刻蝕形成N-環(huán)區(qū)域；步驟5 =N-環(huán)退火；步驟6 通過光刻和刻蝕形成N+主結(jié)區(qū)；步驟7 =N+主結(jié)區(qū)退火；步驟8 刻蝕接觸孔，蒸發(fā)或?yàn)R射Al做正面電極；步驟9 背面減薄，蒸發(fā)Au做背面電極，至此P+襯底上的低壓二極管已形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟1進(jìn)一步包括P+襯底電阻率 約為0. 005 ^ P ^ 0. 008 Ω . cm，在1050°C條件下化學(xué)氣相淀積生長厚度為3. 0-10. Oum,電 阻率為1. 0-5. 0 Ω . cm的P-外延層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步驟2進(jìn)一步包括所述的P+阱 的注入劑量視擊穿電壓而定，對于5. IV以下的低壓二極管，劑量在1E15-8E15范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步驟3進(jìn)一步包括P阱退火溫度 在 IlOO0C -1200°C，時(shí)間 lh-2h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步驟4進(jìn)一步包括N-環(huán)劑量較 淡，在1E14-8E14范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步驟5進(jìn)一步包括N-環(huán)退火溫度 在1100°C左右，時(shí)間lh-2h。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步驟6進(jìn)一步包括N+主結(jié)區(qū)采用 注砷工藝，劑量在5E15-2E16范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步驟7進(jìn)一步包括N+主結(jié)區(qū)退火 溫度900°C左右，時(shí)間0. 5h-2h。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步驟9進(jìn)一步包括背面減薄到 180 μ m0
10.一種在P+襯底上制備低壓二極管器件的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)是(1)在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層；(2)再在P-外延層的有源區(qū)內(nèi)通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡，后續(xù)形成 的二極管的不同擊穿電壓主要通過P+阱的注入劑量來實(shí)現(xiàn)；(3)在低壓二極管的常見器件結(jié)構(gòu)上加入了N-分壓環(huán)，以保證N+/P+擊穿都在平面上， 避免側(cè)向擊穿，從而保證片內(nèi)電壓均勻性；(4)最后再在有源區(qū)內(nèi)注入一層N+區(qū)，形成低壓二極管，因此該二極管實(shí)際就是P阱和 N+區(qū)形成的P-N結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在P+襯底上制備低壓二極管芯片的方法及結(jié)構(gòu)，所述的方法包括如下步驟在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層、通過注入硼，形成P+阱、P阱退火、通過光刻和刻蝕形成N-環(huán)區(qū)域、N-環(huán)退火通過光刻和刻蝕形成N+主結(jié)區(qū)、N+主結(jié)區(qū)退火、蒸發(fā)或?yàn)R射Al做正面電極等；其結(jié)構(gòu)是本發(fā)明采用特有的P-外延、P+阱、N-分壓環(huán)器件結(jié)構(gòu)和N+注砷工藝，以保證N+/P+擊穿都在平面上，避免側(cè)向擊穿，將P+襯底上形成的二極管電壓降到5.1V以下，最低可以達(dá)到2.0V，漏電在100uA以內(nèi)，從而保證片內(nèi)電壓的均勻性在5％以內(nèi)，該二極管實(shí)際就是P阱和N+區(qū)形成的P-N結(jié)。該機(jī)構(gòu)已經(jīng)成功應(yīng)用于低壓穩(wěn)壓二極管和低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管領(lǐng)域。
文檔編號H01L29/06GK102142370SQ20101060612
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者周瓊瓊, 張常軍, 王平 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司