功率二極管的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別是涉及一種功率二極管的制備方法。
【背景技術】
[0002]二極管是一種發(fā)展迅速、應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結二極管和肖特基二極管兩類。其中PN結二極管正向壓降較大，反向恢復時間較長；肖特基二極管正向壓降小，反向恢復時間短，但其反向漏電流相對較高。傳統(tǒng)制備方法制備過程成本較高。
【發(fā)明內容】
[0003]基于此，有必要針對上述問題，提供一種可以優(yōu)化反向漏電流與正向壓降之間的關系的功率二極管的制備方法。
[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N型層；在所述N型層的正面形成終端保護環(huán)；在所述N型層的正面表面形成氧化層，對所述終端保護環(huán)進行推結；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；用多晶娃光刻板光刻，形成光刻窗口，通過所述光刻窗口刻蝕所述多晶娃層，并以光刻膠和所述多晶硅層為掩蔽層向被刻蝕開的區(qū)域自對準注入N型離子，在所述柵氧化層下方形成N型重摻雜區(qū)；以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過離子注入向被刻蝕開的區(qū)域下方注入P型離子，形成P+區(qū)；對圓片進行離子轟擊，刻蝕所述光刻膠，擴大所述光刻窗口 ；以所述光刻膠為掩蔽層注入P型離子，形成P型體區(qū)；進行熱退火，激活注入的雜質；進行正面金屬化及背面金屬化處理。
[0005]在其中一個實施例中，所述對圓片進行離子轟擊，刻蝕所述光刻膠，擴大所述光刻窗口的步驟中，所述離子為氧離子，被刻蝕去除的光刻膠為所述光刻窗口邊緣起200?6000埃的寬度范圍內的光刻膠。
[0006]在其中一個實施例中，所述在所述N型層的正面形成終端保護環(huán)的步驟包括:在所述N型層的正面表面形成薄墊氧化層，用終端保護環(huán)光刻板進行光刻，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型終端保護環(huán)。
[0007]在其中一個實施例中，所述以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過離子注入向被刻蝕開的區(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。
[0008]在其中一個實施例中，所述用多晶娃光刻板光刻，形成光刻窗口，通過所述光刻窗口刻蝕所述多晶硅層，并以光刻膠和所述多晶硅層為掩蔽層向被刻蝕開的區(qū)域自對準注入N型離子，在所述柵氧化層下方形成N型重摻雜區(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，先后進行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過離子注入向被刻蝕開的區(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 ;所述以所述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。
[0009]在其中一個實施例中，所述用多晶娃光刻板光刻，形成光刻窗口，通過所述光刻窗口刻蝕所述多晶硅層，并以光刻膠和所述多晶硅層為掩蔽層向被刻蝕開的區(qū)域自對準注入N型離子，在所述柵氧化層下方形成N型重摻雜區(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 116 cm 2 ;所述以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過離子注入向被刻蝕開的區(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?lOOKeV，BF2注入能量為20?40KeV，注入劑量為6 X 114?I X 115 cm _2 ;所述以所述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 '
[0010]在其中一個實施例中，所述以所述光刻膠作為掩蔽層，先后進行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并通過離子注入向被刻蝕開的區(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行注入。
[0011]在其中一個實施例中，所述推結的溫度小于或等于1100°C，時間為60?200分鐘，
且在無氧環(huán)境下進行。
[0012]在其中一個實施例中，所述襯底為晶向〈100〉的N型硅片。
[0013]在其中一個實施例中，在N型層的正面表面形成的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，通過離子轟擊對注入形成P型體區(qū)時作為掩蔽層的光刻膠進行刻蝕從而擴大光刻窗口，可以通過調整離子轟擊時間來控制多晶硅光刻膠的特征尺寸以調節(jié)P型體區(qū)的長度即MOS溝道的長度，優(yōu)化器件的反向漏電流與正向壓降的關系，降低二極管正向導通壓降的同時減小反向漏電流。同時可以省去P阱光刻版及相應的光刻流程，節(jié)省成本。
【附圖說明】
[0015]圖1為一實施例中功率二極管的制備方法的流程圖；
[0016]圖2?圖9為一實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程中的局部剖視圖；
[0017]圖10為一實施例中功率二極管的制備方法制備得到的功率二極管剖視圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0019]如圖1所示，為一實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]步驟S102，提供襯底，在襯底的正面生長N型層。
[0021]襯底10的材質可以為硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或者鍺硅等半導體材料。在本實施例中，襯底10為晶向〈100〉的N型硅片。
[0022]在本實施例中，在襯底10的正面(形成功率二極管的正面結構的一面)外延生長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耐壓的需求進行設定。在一個實施例中，當功率二極管為100V耐壓的器件時，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環(huán)。
[0024]在N型層20的正面表面生成薄墊氧化層30。然后采用終端保護環(huán)(ring)光刻板進行光刻，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型終端保護環(huán)(Pring)0圖2中示出了三個終端保護環(huán)31、32以及33，其中終端保護環(huán)31處于有源區(qū)區(qū)域，終端保護環(huán)32部分位于有源區(qū)區(qū)域。在其他的實施例中，終端保護環(huán)的數(shù)量并不限于本實施例的終端保護環(huán)的數(shù)量，可以根據(jù)器件實際需要進行選擇和設置。
[0025]在本實施例中，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。在其他的實施例中，也可以用其他的P型離子進行替代。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型層的正面表面形成氧化層，對終端保護環(huán)進行推結。
[0027]去除光刻膠40后，在N型層20的正面表面淀積厚度為1000?5000埃的氧化層50，并對終端保護環(huán)進行推結。圖3為完成步驟S106后的功率二極管的局部剖視圖。在本實施例中，推結過程為無氧環(huán)境，溫度小于或等于1100°C，時間為60?200分鐘。為節(jié)約成本，在其他的實施例中，可以將本步驟中形成氧化層50和推結過程結合為有氧推結熱過程。
[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)進行有源區(qū)刻蝕?？涛g掉有源區(qū)區(qū)域的氧化層50后，去除光刻膠，熱生長形成柵氧化層60，并在柵氧化層60上淀積多晶硅，形成多晶硅層70，并對多晶硅層70進行摻雜。柵氧化層60和多晶硅層70的厚度可以根據(jù)實際需要進行確定。在本實施例中，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。在其他的實施例中，柵氧化層60和多晶硅層70的厚度可以根據(jù)實際需要進行調節(jié)。通過對多晶硅層70厚度的調節(jié)，可以對摻雜區(qū)的雜質分布進行調節(jié)，從而達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]SI 10,用多晶娃光刻板光刻,形成光刻窗口，通過光刻窗口刻蝕多晶娃層，并向被刻蝕開的區(qū)域自對準注入N型離子，形成N型重摻雜區(qū)。
[0031]用多晶娃(poly)光刻板光刻,形成光刻窗口。通過該光刻窗口對多晶娃層70進行刻蝕，并在被刻蝕開的區(qū)域下方自對準注入N型離子，在柵氧化層60下方形成N型重摻雜層(NSD)82，暫不去膠。在本實施例中，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，先后進行柵氧化層刻蝕和硅刻蝕，并向被刻蝕開的區(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,先后進行柵氧化層60的刻蝕和娃刻蝕,并向被刻蝕開的區(qū)域下方分多次注入P型離子，形成深P+區(qū)84。
[0034]在本實施例中，在進行硅刻蝕過程中，被刻蝕去除的硅的厚度為0.15?0.3 μ m，形成溝槽結構，以獲得較好的雜質分布和更大的金屬接觸面積，提高器件的