專利名稱：一種鰭型pin二極管的制造方法
—種鰭型PIN 二極管的制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于二極管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電力半導(dǎo)體逆變器裝置的關(guān)鍵器件PIN 二極管。
背景技術(shù)：
目前電力半導(dǎo)體逆變器裝置用的關(guān)鍵器件一般采用二極管，具體來(lái)分，有PN型和PIN 型。
逆變器裝置的負(fù)載大多是感應(yīng)式負(fù)載的電動(dòng)機(jī)。在工作過(guò)程中，電流在感應(yīng)式負(fù)載和支架元件的閉合電路之間在逆變器裝置中，通常以IGBT作為開(kāi)關(guān)進(jìn)行工作，通過(guò)重復(fù)截止?fàn)顟B(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)來(lái)控制電能。在IGBT導(dǎo)通的狀態(tài)下，PIN 二極管中不流過(guò)電流，PIN 二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。另一方面，在IGBT截止的狀態(tài)下，PIN 二極管中流過(guò)電流，PIN 二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。為了提高逆變器裝置的開(kāi)關(guān)特性，要求盡快使PIN 二極管從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到截止?fàn)顟B(tài)。為此，需要在PIN 二極管中縮短壽命。若縮短壽命則存在使導(dǎo)通電阻變高這一問(wèn)題。因此，為了既確保PIN 二極管的開(kāi)關(guān)特性又降低導(dǎo)通電阻，就要求高精度地控制PIN二極管的壽命。
PIN 二極管的常規(guī)結(jié)構(gòu)為:本征半導(dǎo)體層夾在P型和η型半導(dǎo)體層之間，構(gòu)成三文治式的橫向三層結(jié)構(gòu)。這種常規(guī)的橫向PIN 二極管在小型化方面受到限制，因?yàn)樵跈M向形成的PIN 二極管的情況下，降低特征尺寸導(dǎo)致P層、i層和η層之間的結(jié)面積受到限制。中國(guó)已授權(quán)專利CN100583460C公開(kāi)了一種PIN 二極管，其采用的鰭型結(jié)構(gòu)在一定程度上能夠改善降低特征尺寸而限制的結(jié)面積。但是該專利公開(kāi)的PIN 二極管的靈敏度還是不足。發(fā)明內(nèi)容:
為此，本發(fā)明提出了一種鰭型PIN 二極管新結(jié)構(gòu)的制造方法，采用本發(fā)明的方法制得的PIN 二極管，能夠在降低特征尺寸的同時(shí)，解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
本發(fā)明提出的鰭型PIN 二極管的制造方法依次包括如下步驟:(I)準(zhǔn)備襯底；(2)在該襯底上采用η型雜質(zhì)對(duì)其進(jìn)行高濃度摻雜，以形成N+摻雜區(qū)；(3)在N+摻雜區(qū)的表面上旋涂光刻膠，光刻后對(duì)其進(jìn)行干法刻蝕，以形成倒T型的N+摻雜層；(4)在所述N+摻雜層的兩側(cè)橫向表面上外延生長(zhǎng)N-摻雜層；(5)在所述N-摻雜層的兩側(cè)表面上形成絕緣層；(6)在所述N-摻雜層上外延生長(zhǎng)本征半導(dǎo)體層；(7)在所述本征半導(dǎo)體層上外延生長(zhǎng)P-摻雜層；(8)在所述P-摻雜層上外延生長(zhǎng)P+摻雜層。
通過(guò)本發(fā)明提出的PIN 二極管制造方法制得的PIN 二極管具有鰭型的Ρ+Ρ-ΙΝ-Ν+結(jié)構(gòu)(I即為本征半導(dǎo)體層)。其中高濃度的P+摻雜層的作用為實(shí)現(xiàn)歐姆接觸和正向?qū)〞r(shí)快速注入空穴，從而降低導(dǎo)通壓降；次高濃度的P-摻雜層的作用為直接向本征半導(dǎo)體層(I層)注入空穴并同本征半導(dǎo)體層(I層)形成PN結(jié)，承受高的反向電壓，本征半導(dǎo)體層(I層)的作用為傳輸載流子，承受高的反向電壓；次高濃度的N-摻雜層的作用為直接向本征半導(dǎo)體層(I層)注入電子，并阻擋本征半導(dǎo)體層(I層)的反向時(shí)的擴(kuò)展，防止穿通，高濃度的N+摻雜層的作用為實(shí)現(xiàn)歐姆接觸和正向?qū)〞r(shí)快速注入電子，降低導(dǎo)通壓降。


圖1-5為本發(fā)明提出的PIN 二極管的制造方法的工藝過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施方式
:
如圖1-5所示，本發(fā)明提出的鰭型PIN 二極管的制造方法包括步驟:
如圖1，準(zhǔn)備襯底100，襯底100可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的半導(dǎo)體材料，例如硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵、磷化銦等；在該襯底100上采用η型雜質(zhì)對(duì)其進(jìn)行高濃度摻雜，以形成N+摻雜區(qū)1021 ;Ν+摻雜區(qū)1021可以通過(guò)向硅、鍺等半導(dǎo)體材料內(nèi)摻入高濃度的η型雜質(zhì)來(lái)形成，該η型雜質(zhì)例如磷(P)或砷(As)，在本發(fā)明中，優(yōu)選采用磷作為η型雜質(zhì)，其摻雜濃度大約為 I X IO19CnT3 至 I X IO21CnT3 之間；
如圖2，在N+摻雜區(qū)1021的表面上旋涂光刻膠，光刻后對(duì)其進(jìn)行干法刻蝕(圖2中未示出)，以形成倒T型的N+摻雜層102 ;其中，干法刻蝕可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的工藝，例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。
如圖3，在所述N+摻雜層102上外延生長(zhǎng)N-摻雜層103 ;通過(guò)分子束外延、氣相外延等工藝在N+摻雜層102上外延生長(zhǎng)N-摻雜層103，該N-摻雜層內(nèi)摻入例如磷(P)或砷(As)的η型雜質(zhì),在本發(fā)明中,優(yōu)選采用磷作為η型雜質(zhì),其摻雜濃度大約為5X 1015cm_3至5 X IO16Cm 3 之間；
如圖4，在N-摻雜層103的兩側(cè)橫向表面上形成絕緣層101。形成絕緣層101的工藝可包括:化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝或者旋涂玻璃(SOG)工藝。其中，化學(xué)氣相沉積工藝可包括本領(lǐng)域常用的多種工藝，例如常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)等。而旋涂玻璃工藝可通過(guò)在N-摻雜層103的表面上旋涂液態(tài)氧化薄膜，然后對(duì)其進(jìn)行加熱固化，從而形成所述絕緣層101。
如圖5，在所述N-摻雜層103上外延生長(zhǎng)本征半導(dǎo)體層104 ;采用與N-摻雜層103同樣的材料，并通過(guò)分子束外延、氣相外延等工藝來(lái)形成該本征半導(dǎo)體層104 ;在所述本征半導(dǎo)體層104上外延生長(zhǎng)P-摻雜層105，其中所述P-摻雜層105含有P型雜質(zhì)，例如硼(B)，該P(yáng)-摻雜層105的摻雜濃度大約為:1 X IO15CnT3至I X IO16CnT3在所述P-摻雜層105上外延生長(zhǎng)P+摻雜層106，其中所述P+摻雜層106含有P型雜質(zhì)，例如硼(B)，該P(yáng)+摻雜層106的摻雜濃度大約為:5X IO18CnT3至I X 102°cnT3。
其中，形成N+摻雜層102、N-摻雜層103、本征半導(dǎo)體層104、P-摻雜層105以及P+摻雜層106的外延材料可為娃或鍺。
通過(guò)上述的制造方法，最終得到如圖5所示的PIN 二極管結(jié)構(gòu)。由圖5可見(jiàn)，絕緣層101使得N-摻雜層103與P-摻雜層105和P+摻雜層106隔離，從而可以避免不期望的電子泄漏和短路。
需要特別說(shuō)明的是，雖然本實(shí)施方式中指出了 N+摻雜層102、Ν_摻雜層103、本征半導(dǎo)體層104、P-摻雜層105以及P+摻雜層106可由硅或鍺等半導(dǎo)體材料構(gòu)成，但這并不是說(shuō)N+摻雜層、N-摻雜層、本征半導(dǎo)體層、P-摻雜層以及P+摻雜層的材料可互不相同，本發(fā)明中，上述各層在采用相同材料的前提下，可選擇硅或鍺等半導(dǎo)體材料構(gòu)成。
以上實(shí)施方式已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，但上述實(shí)施方式并非為了限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種鰭型PIN 二極管的制造方法，其特征在于:所述制造方法依次包括如下步驟:(I)準(zhǔn)備襯底；(2)在該襯底上采用η型雜質(zhì)對(duì)其進(jìn)行高濃度摻雜，以形成N+摻雜區(qū)；(3)在N+摻雜區(qū)的表面上旋涂光刻膠，光刻后對(duì)其進(jìn)行干法刻蝕，以形成倒T型的N+摻雜層；(4)在所述N+摻雜層的兩側(cè)橫向表面上外延生長(zhǎng)N-摻雜層；(5)在所述N-摻雜層的兩側(cè)表面上形成絕緣層；(6)在所述N-摻雜層上外延生長(zhǎng)本征半導(dǎo)體層；(7)在所述本征半導(dǎo)體層上外延生長(zhǎng)P-摻雜層；(8)在所述P-摻雜層上外延生長(zhǎng)P+摻雜層。
2.如權(quán)利要求1所述的鰭型PIN二極管的制造方法，其特征在于: 所述N+摻雜層為倒T型結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鰭型PIN二極管的制造方法，其特征在于: N+摻雜層的摻雜濃度大約為I X IO19CnT3至I X IO21CnT3之間；Ν_摻雜層的摻雜濃度大約為5Χ IO15CnT3至5Χ IO16CnT3之間；Ρ-摻雜層的摻雜濃度大約為:1 X IO15CnT3至I X IO16CnT3之間；Ρ+摻雜層的摻雜濃度大約為:5X 1018cm_3至I X IO20Cm-3之間。
4.如權(quán)利要求1-3任意之一所述的鰭型PIN二極管的制造方法，其特征在于: 所述N+摻雜層、N-摻雜層、本征半導(dǎo)體層、P-摻雜層以及P+摻雜層由相同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，例如硅或鍺。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鰭型PIN二極管的制造方法，其特征在于所述制造方法依次包括如下步驟(1)準(zhǔn)備襯底;(2)在該襯底上采用n型雜質(zhì)對(duì)其進(jìn)行高濃度摻雜，以形成N+摻雜區(qū)；(3)在N+摻雜區(qū)的表面上旋涂光刻膠，光刻后對(duì)其進(jìn)行干法刻蝕，以形成倒T型的N+摻雜層；(4)在所述N+摻雜層的兩側(cè)橫向表面上外延生長(zhǎng)N-摻雜層；(5)在所述N-摻雜層的兩側(cè)表面上形成絕緣層；(6)在所述N-摻雜層上外延生長(zhǎng)本征半導(dǎo)體層；(7)在所述本征半導(dǎo)體層上外延生長(zhǎng)P-摻雜層；(8)在所述P-摻雜層上外延生長(zhǎng)P+摻雜層。
文檔編號(hào)H01L21/329GK103187272SQ201310062960
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者童小春 申請(qǐng)人:溧陽(yáng)市宏達(dá)電機(jī)有限公司