一种功率二极管的制造方法及功率二极管与流程

本发明涉及一种功率二极管，具体是一种功率二极管的制造方法及功率二极管。

背景技术：

功率二极管是电路系统的关键部件，广泛适用于在高频逆变器、数码产品、发电机和电视机等民用产品和卫星接收装置、导弹及飞机等各种先进武器控制系统和仪器仪表设备的军用场合。功率二极管正向着两个重要方向拓展：(1)向几千万乃至上万安培发展，可应用于高温电弧风洞、电阻焊机等场合；(2)反向恢复时间越来越短，呈现向超快、超软、超耐用方向发展，使自身不仅用于整流场合，在各种开关电路中有着不同作用。为了满足低功耗、高频、高温、小型化等应用要求对其的耐压、导通电阻、开启压降、反向恢复特性和高温特性等越来越高。

常见的二极管有普通整流二极管、肖特基二极管和PIN二极管。肖特基二极管通态压降较低，漏电流较大，反向恢复时间较短，但反向阻断电压较低。而PIN二极管具有较快的反向恢复时间，反向阻断电压较高，但其通态压降很高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中肖特基二极管和PIN二极管无法同时满足反向阻断电压和通态压降低的要求。

为此目的，本发明提出了一种反向阻断电压较高，并且通态压降较低的功率二极管的制造方法及功率二极管。

本发明公开了一种功率二极管的制造方法，包括：

提供半导体衬底，并在所述半导体衬底上制备N型外延层；

在所述N型外延层上依次制备氧化硅层和多晶硅层；

刻蚀所述氧化硅层和多晶硅层的预设位置以形成沟槽，使所述沟槽底部与所述N型外延层相接触；

在所述N型外延层对应于所述沟槽的位置形成第一次P型离子注入区，在所述第一次P型离子注入区中形成N型离子注入区，在所述第一次P型离子注入区中形成第二次P型离子注入区；

在所述多晶硅层上方形成金属层，所述金属层接触所述第二次P型离子注入区和所述N型离子注入区。

优选地，所述在所述N型外延层上制备氧化硅层包括：

在所述N型外延层上方通过热氧化形成氧化硅层。

优选地，所述刻蚀所述氧化硅层和多晶硅层的预设位置以形成沟槽包括：

在所述多晶硅层上形成光刻胶掩膜，在所述光刻胶掩膜上预设位置形成有刻蚀窗口；

干法刻蚀所述氧化硅层和所述多晶硅层，在与所述刻蚀窗口对应的位置形成沟槽，所述沟槽底部与所述N型外延层相接触。

优选地，所述在所述N型外延层对应于所述沟槽的位置形成第一次P型离子注入区包括：

在所述N型外延层对应于所述沟槽的位置形成第一次P型离子注入区；

对所述功率二极管进行热退火处理。

优选地，所述在所述第一次P型离子注入区中形成N型离子注入区包括：

在所述第一次P型离子注入区内注入N型离子，形成N型离子注入区，所述N型离子注入区的深度小于所述第一次P型离子注入区。

优选地，所述在所述第一次P型离子注入区中形成第二次P型离 子注入区包括：

在所述多晶硅层表面和沟槽中生长连续的介质材料；

干法刻蚀掉所述多晶硅层上表面和所述沟槽底部的介质材料，仅保留所述沟槽侧壁上的介质材料以在所述沟槽的侧壁上形成介质侧墙；

在所述第一次P型离子注入区进行第二次P型离子注入，形成第二次P型离子注入区，所述第二次P型离子注入区的深度小于所述第一次P型离子注入区；

干法刻蚀掉所述N型外延层的部分N型离子注入区，使沟槽底部与所述第二次P型离子注入区相接触。

优选地，所述介质材料为氧化硅或氮化硅。

本发明还提供了一种通过上述制造方法制造的功率二极管。

优选地，所述功率二极管的N型外延层对应于所述沟槽的位置形成有第一次P型离子注入区，在所述第一次P型离子注入区中形成有N型离子注入区和第二次P型离子注入区，并且所述N型离子注入区位与所述第二次P型离子注入区不相接触。

优选地，所述功率二极管的多晶硅层上方形成有金属层，所述金属层接触所述第二次P型离子注入区和所述N型离子注入区。

本发明公开了一种功率二极管的制造方法及功率二极管，所述制造方法通过介质在外延层上形成第一次P型离子注入区，并且所述第一次离子注入区中形成有第二次P型离子注入区和N型离子注入区，通过介质侧墙使所述第二次P型离子注入区和所述N型离子注入区不接触，再在多晶硅层上方形成金属层，使金属层接触第二次P型离子注入区和N型离子注入区。用这种方法制成的功率二极管反向阻断电压较高，并且通态压降较小于传统结构的二极管，并且泄漏电流水平要远低于传统器件；在生产工艺上，通过控制沟槽和沟槽的介质侧墙来形成NPN结构，工艺比较简单，而且降低了器件的制造成本。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1(a)～(k)是本发明的实施例一的功率二极管的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：

本实施例提供了一种功率二极管的制造方法，包括以下步骤：

步骤一：如图1(a)所示，提供半导体衬底1，并在半导体衬底1的一面上制备N型外延层2，半导体衬底1的另一面作为功率二极管的阴极。

步骤二：如图1(b)所示，采用热氧化方法在N型外延层2上方制备氧化硅层3。

步骤三：如图1(c)所示，在氧化硅层3上方制备多晶硅层4。

步骤四：如图1(d)所示，在多晶硅层4上形成光刻胶掩膜，在光刻胶掩膜上预设位置形成有刻蚀窗口，干法刻蚀氧化硅层3和多晶硅层4，在与刻蚀窗口对应的位置形成沟槽，使沟槽底部与N型外延层2相接触。

步骤五：如图1(e)所示，在沟槽下方的N型外延层2内注入P型离子，形成第一次P型离子注入区5。

步骤六：如图1(f)所示，在第一次P型离子注入区5内注入N型离子，形成N型离子注入区6，N型离子注入区6的深度小于第一次P型离子注入区5。

步骤七：如图1(g)所示，在多晶硅层4表面和沟槽中生长连续的介质材料；这里生长介质材料的目的是为了在沟槽的侧壁上形成 介质侧墙8。在具体实施时，介质材料可以为氧化硅或氧化硅，以及能够实现本发明目的的其他介质材料。

步骤八：如图1(h)所示，干法刻蚀掉多晶硅层4上表面和沟槽底部的介质材料，仅保留沟槽侧壁上的介质材料以在沟槽的侧壁上形成介质侧墙8；这里形成介质侧墙8目的是为了调整第二次P型离子注入7的区域范围。

步骤九：如图1(i)所示，在第一次P型离子注入区5进行第二次P型离子注入，形成第二次P型离子注入区7，第二次P型离子注入区7的深度小于第一次P型离子注入区5。

步骤十：如图1(j)所示，干法刻蚀掉N型外延层2的N型离子注入区6，使沟槽底部与第二次P型离子注入区7相接触。也就是说N型离子注入区6和第一次P型离子注入区5以及N型外延层2，形成PNP结构。

步骤十一：如图1(k)所示，在多晶硅层4上方形成金属层9，金属层9作为功率二极管的阳极。在本实施例中，当对功率二极管施加正向电压时，N型离子注入区6和第二次P型离子注入区7相短路，N型离子注入区6和第二次P型离子注入区7和第一次P型离子注入区5以及N型外延层2形成沟道，功率二极管导通。

综上，本发明公开了一种功率二极管的制造方法，制造方法通过介质在N型外延层2上形成第一次P型离子注入区5，并且第一次离子注入区5中形成有第二次P型离子注入区7和N型离子注入区6，通过介质侧墙8使第二次P型离子注入区7和N型离子注入区6不接触，再在多晶硅层4上方形成金属层9，使金属层9接触第二次P型离子注入区7和N型离子注入区6。用这种方法制成的功率二极管反向阻断电压较高，并且通态压降较小于传统结构的二极管，并且泄漏电流水平要远低于传统器件；在生产工艺上，通过控制沟槽和沟槽的介质侧墙8来形成NPN结构，工艺比较简单，而且降低了器件的 制造成本。

实施例二：

本发明还提供了一种根据实施例一的制造方法制成的功率二极管，功率二极管的结构如图1(k)所示。下面对本实施例的功率二极管的结构做详细的描述。

在本实施例中，功率二极管的N型外延层6对应于沟槽的位置形成有第一次P型离子注入区5，在第一次P型离子注入区5中形成有N型离子注入区6和第二次P型离子注入区7，并且N型离子注入区5与第二次P型离子注入区7不相接触。

进一步地，N型离子注入区6和第二次P型离子注入区7和第一次P型离子注入区5以及N型外延层6形成NPN结构。

在本实施例中，功率二极管的多晶硅层4上方形成有金属层9，金属层9接触第二次P型离子注入区7和N型离子注入区6。

进一步地，当对功率二极管施加正向电压时，N离子注入区6和第二次P型离子注入区7相短路，N型离子注入区6和第二次P型离子注入区7和第一次P型离子注入区5以及N型外延层2形成沟道，功率二极管导通。

综上，本发明公开了一种功率二极管的制造方法及功率二极管，制造方法通过在N型外延层6上形成第一次P型离子注入区5，并且第一次离子注入区5中形成有第二次P型离子注入区7和N型离子注入区6，通过介质侧墙8使第二次P型离子注入区7和N型离子注入区6不接触，再在多晶硅层4上方形成金属层9，使金属层9接触第二次P型离子注入区7和N型离子注入区6。用这种方法制成的功率二极管反向阻断电压较高，并且通态压降较小于传统结构的二极管，并且泄漏电流水平要远低于传统器件。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样 的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。