具有PN结的半导体结构及其制备方法与流程

本申请涉及半导体领域，尤其涉及一种具有pn结的半导体结构及其制备方法。

背景技术：

1、随着半导体集成电路的制造技术不断进步，半导体器件性能不断提升。pn结是半导体器件中最基本的结构单元，其具有正向导通、反向截止的单向导电特性，是电子技术中许多器件(例如半导体二极管、双极性晶体管)所利用的特性，主要应用在整流、放大、开关和隔离等应用场合。

2、请参阅图1，其为典型的pn结的示意图。如图1所示，通过在半导体衬底10(通常硅或锗或碳化硅等材料)的隔离结构19之间，采用不同的掺杂工艺，一边注入n型离子形成n阱区11、另一边注入p型离子形成p阱区12；在p阱区12和n阱区11的接触面101两侧形成空间电荷区，称为pn结(pn junction)13。空间电荷区的薄厚和掺杂物浓度有关。

3、pn结的反向耐压是其重要的参数之一，提高pn结的反向耐压是半导体研发的重点。提高pn结的反向耐压通常有如下方式：一、降低p型离子和n型离子的离子注入浓度；二、增加p阱区12和n阱区11的间距209，如图2所示；三、对离子注入区域进行局部分割、形成多个狭槽(slot)311、321，再通过热扩散进行均匀化，如图3所示。

4、采用降低p型离子和n型离子的离子注入浓度的方式，可有效提高pn结反向耐压，但同时会导致其它器件的电性改变；如相关类型注入的电阻值、电容值、晶体管沟道阈值电压等的改变；且降低离子注入浓度的方式，难以统一不同器件对同一道离子注入的浓度需求。采用图2所示增加间距的方式，也可以有效提高反向耐压，但对于高耐压需求，该方式会极大的增加pn结占用面积。采用图3所示方式，也可以有效提高反向耐压且无需增加pn结占用面积，单对于本身尺寸小的半导体结构，无法进行更细的区域分割，使得其实现工艺受限。

技术实现思路

1、本申请所要解决的技术问题是提供一种具有pn结的半导体结构及其制备方法，可以在现有工艺基础上无需增加额外工艺即可得到局部较低浓度的pn结，实现有效提高pn结的反向耐压。

2、为了解决上述问题，本申请提供了一种具有pn结的半导体结构的制备方法，包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有通过多个隔离结构分隔开的第一区与第二区，所有所述隔离结构的表面与所述半导体衬底的表面基本齐平；在所述半导体衬底的表面形成第一光阻层，所述第一光阻层具有第一开口，所述第一开口暴露所述第一区，所述第一光阻层具有位于所述第一开口边缘处的第一辅光阻层以及与所述第一辅光阻层相邻的第一主光阻层，且所述第一辅光阻层的厚度小于所述第一主光阻层的厚度；以所述第一光阻层为掩膜对所述半导体衬底进行第一导电类型离子注入形成第一阱区并去除所述第一光阻层，其中，所述第一阱区包括离子注入后的所述第一区以及第三区，所述第三区位于所述隔离结构远离所述半导体衬底的表面的一侧并与所述第一区相邻，所述第三区的离子注入浓度小于所述第一区的离子注入浓度；在所述半导体衬底的表面形成第二光阻层，所述第二光阻层具有第二开口，所述第二开口暴露所述第二区，所述第二光阻层具有位于所述第二开口边缘处的第二辅光阻层以及与所述第二辅光阻层相邻的第二主光阻层，且所述第二辅光阻层的厚度小于所述第二主光阻层的厚度；以所述第二光阻层为掩膜对所述半导体衬底进行第二导电类型离子注入形成第二阱区并去除所述第二光阻层，其中，所述第二阱区包括离子注入后的所述第二区以及第四区，所述第四区位于所述隔离结构远离所述半导体衬底的表面的一侧并与所述第二区相邻，所述第四区的离子注入浓度小于所述第二区的离子注入浓度，所述第四区与所述第三区相接触，从而在接触面两侧区域形成pn结，所述第一导电类型和所述第二导电类型相反。

3、为了解决上述问题，本申请还提供了一种具有pn结的半导体结构，包括：半导体衬底，所述半导体衬底内具有通过多个隔离结构分隔开的第一区与第二区；具有第一导电类型的第一阱区，所述第一阱区包括离子注入后的所述第一区以及第三区，所述第三区位于所述隔离结构远离所述半导体衬底的表面的一侧并与所述第一区相邻，所述第三区的离子注入浓度小于所述第一区的离子注入浓度；具有第二导电类型的第二阱区，所述第二阱区包括离子注入后的所述第二区以及第四区，所述第四区位于所述隔离结构远离所述半导体衬底的表面的一侧并与所述第二区相邻，所述第四区的离子注入浓度小于所述第二区的离子注入浓度，所述第一导电类型和所述第二导电类型相反；pn结，形成于所述第四区与所述第三区相接触的接触面两侧区域。

4、上述技术方案，通过改变光阻层形貌，使得pn结的离子注入浓度较低、可有效提高pn结反向耐压，且不会增加pn结占用面积；同时阱区其它区域的离子注入浓度正常，避免了对其它器件的电性改变。

5、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

技术特征：

1.一种具有pn结的半导体结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在所述半导体衬底上形成第一光阻层的步骤进一步包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一开口的底部为所述半导体衬底，所述第一开口的两相对侧边为所述第一光阻层并且以与所述半导体衬底的表面呈锐角夹角的方式向远离所述半导体衬底的方向延伸；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在垂直于所述半导体衬底的表面的方向上，所述第一开口与所述第二开口的截面均为倒梯形。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底的材料为硅、碳化硅或者氮化硅中的任意一种。

9.一种具有pn结的半导体结构，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的具有pn结的半导体结构，其特征在于，所述第三区的离子注入浓度沿远离所述第一区的方向逐渐减小；

11.根据权利要求9所述的具有pn结的半导体结构，其特征在于，还包括：

12.根据权利要求9所述的具有pn结的半导体结构，其特征在于，所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型。

技术总结
本申请提供一种具有PN结的半导体结构及其制备方法。本申请具有PN结的半导体结构通过改变光阻层形貌，设置开口边缘处的光阻层的厚度小于其它区域的光阻层的厚度，使得在开口边缘处对应的局部区域由于光阻层的厚度较小从而离子注入浓度较小，开口中心区域离子注入正常从而获得正常的离子注入浓度，使得PN结的离子注入浓度较低、可有效提高PN结反向耐压，且不会增加PN结占用面积；同时阱区其它区域的离子注入浓度正常，避免了对其它器件的电性改变。

技术研发人员：廖黎明,仇峰,胡林辉,张蔷
受保护的技术使用者：上海积塔半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15