一种齐纳二极管及其制造方法技术

技术编号:18291183 阅读:25 留言:0更新日期:2018-06-24 06:37
本申请公开了一种齐纳二极管及其制造方法,包括:半导体衬底;第一外延层,位于半导体衬底上;阱区,位于第一外延层中;第二外延层,位于阱区上;掺杂区,位于第二外延层中,其中,半导体衬底、第一外延层、阱区分别为第一掺杂类型,掺杂区为第二掺杂类型,第一掺杂类型与第二掺杂类型相反,第一外延层的掺杂浓度高于第二外延层的掺杂浓度。第一掺杂类型为N型和P型之一,第二掺杂类型为N型和P型中的另一个。该齐纳二极管通过增加第二层外延层以及在第一外延层中由高能量的离子注入形成阱区可以同时改善击穿电压的稳定性和减小动态电阻。

【技术实现步骤摘要】
一种齐纳二极管及其制造方法
本专利技术涉及半导体制造
,更具体地涉及一种齐纳二极管及其制造方法。
技术介绍
现有技术的齐纳二极管结构图如图1a所示,包括重掺杂半导体衬底110、轻掺杂外延层120、阱区130、掺杂区140,其中掺杂区140与重掺杂半导体衬底110、轻掺杂外延层120、阱区130的掺杂类型相反,在阱区130和掺杂区140之间形成PN结。为了获得较高的击穿电压,需要增加热扩散时间,以保证阱区130的深度大于结击穿时的外延层120中耗尽层宽度。而当阱区130在外延层中扩散时,同时重掺杂半导体衬底110的掺杂杂质也会从外延层120的底部扩散至外延层120中,从而影响外延层120和阱130底部的掺杂浓度。如果轻掺杂外延层120的厚度不够大,则重掺杂半导体衬底110向外扩散会增加外延层120和阱区130底部的浓度,其载流子浓度分布曲线如图1b所示实线a。由于该齐纳二极管的击穿电压主要由阱区130的掺杂浓度决定,阱区130的掺杂浓度越低,其击穿电压越高,因此该齐纳二极管的击穿电压受到半导体衬底110的影响,从而不稳定,当该齐纳二极管击穿时,如果耗尽层边缘接近于阱区的底部甚至延伸至外延层中,则在阱区130的底部甚至是外延层120中都存在电场,击穿电场分布如图1b的虚线b所示。例如,击穿电压为70V的二极管,耗尽层宽度大约为4μm,半导体衬底电阻为0.0025~0.004Ω·cm。假如制备的外延层的厚度为6μm(大于耗尽层宽度),在生产制造中实际的外延层会有一定的误差,一般误差会在±10%之内,即外延层厚度的分布范围大约为5.4μm~6.6μm。外延层和阱区底部的浓度的变化、半导体衬底的扩散、以及外延层厚度的变化会导致二极管击穿电压的变化范围为55V~85V。如果将外延层厚度从6um增加到9um,防止半导体衬底杂质扩散至阱区的底部,这样可以保证二极管的击穿电压稳定,但低浓度的外延层厚度的增加会增大二极管的导通电阻。例如对于击穿电压为70V的二极管,在其他参数相同的情况下,6um厚的外延层电阻约为1.5Ω,当外延层厚度增加到9um时,其电阻会增加到4Ω。由于低掺杂的外延层,相应的电流下钳位电压从80V增大至100V。因此,现有技术的齐纳二极管的击穿电压以及电阻受轻掺杂外延层厚度的影响。在保证齐纳二极管的电阻较小的前提下,获得一个高稳定击穿电压具有一定的挑战性。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种齐纳二极管及其制造方法,该齐纳二极管通过增加第二层外延层以及在第一外延层中由高能量的离子注入形成阱区,可以改善击穿电压的稳定性和减小动态电阻。根据本专利技术的第一方面,提供一种齐纳二极管,包括:半导体衬底;第一外延层,位于所述半导体衬底上;阱区,位于所述第一外延层中;第二外延层,位于所述阱区上;掺杂区,位于所述第二外延层中,其中,所述半导体衬底、所述第一外延层、所述阱区分别为第一掺杂类型,所述掺杂区为第二掺杂类型,所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型相反,所述第一外延层的掺杂浓度高于所述第二外延层的掺杂浓度。优选地,所述阱区高能离子注入形成,注入能量大于1100KeV。优选地,所述第一掺杂类型为N型和P型之一,所述第二掺杂类型为N型和P型中的另一个。优选地,所述第一外延层的掺杂浓度为1014-1016原子/立方厘米。优选地,所述第二外延层的掺杂浓度为1013-1014原子/立方厘米。优选地,所述半导体衬底的掺杂浓度为2×1019-1×1020原子/立方厘米。优选地,所述阱区的掺杂浓度峰值位于所述第一外延层的内部。优选地,根据所述阱区的掺杂剂分布选择所述第一外延层的厚度,使得所述阱区的掺杂剂扩散至邻接所述半导体衬底。优选地,根据所述齐纳二极管的击穿电压选择所述第二外延层的厚度。优选地,还包括:沟槽隔离结构,环绕所述第一外延层、所述阱区、所述第二外延层以及所述掺杂区,并且延伸进所述半导体衬底中;介质层,位于所述沟槽隔离结构以及所述掺杂区上;第一电极,位于所述电介质层上,所述第一电极至少部分穿透所述介质层连接至所述掺杂区;钝化层,位于所述第一电极上的边缘处;第二电极,位于所述半导体衬底与所述第一外延层相对的表面上。根据本专利技术的第二方面,提供一种齐纳二极管的制作方法,包括:在所述半导体衬底上形成第一外延层;在所述第一外延层中通过高能量的离子注入形成阱区,以使得所述阱区的掺杂浓度峰值位于所述第一外延层的内部;在所述阱区上形成第二外延层;在所述第二外延层中形成掺杂区,其中,所述半导体衬底、所述第一外延层、所述阱区分别为第一掺杂类型,所述掺杂区为第二掺杂类型,所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型相反,所述第一外延层的掺杂浓度高于所述第二外延层的掺杂浓度。优选地,在所述第一外延层中通过高能量的离子注入形成所述阱区的注入能量大于1100KeV。优选地,在所述阱区形成后进行热处理工艺,根据所述阱区的掺杂剂分布选择所述第一外延层的厚度,使得所述阱区在所述第一外延层中扩散至邻接所述半导体衬底。优选地,所述第一掺杂类型为N型和P型之一,所述第二掺杂类型为N型和P型中的另一个。优选地,所述第一外延层的掺杂浓度为1014-1016原子/立方厘米。优选地,所述第二外延层的掺杂浓度为1013-1014原子/立方厘米。优选地,所述半导体衬底的掺杂浓度为2×1019-1×1020原子/立方厘米。优选地,还包括:形成沟槽隔离结构,环绕所述第一外延层、所述阱区、所述第二外延层以及所述掺杂区,并且延伸进所述半导体衬底中;在所述沟槽隔离结构以及所述掺杂区上形成介质层;在所述电介质层上形成第一电极,使得所述第一电极穿透所述介质层与掺杂区连接;在所述半导体衬底与所述第一外延层相对的表面上形成第二电极。根据本专利技术实施例的齐纳二极管,包括第一外延层和第二外延层,其中,第一外延层的掺杂浓度高于第二外延层的掺杂浓度,并且在第一外延层中形成高能量掺杂的阱区,可以同时改善击穿电压的稳定性和减小动态电阻。在优选的实施例中,根据所述阱区的掺杂剂分布选择所述第一外延层的厚度,在热处理工艺之后,使得所述阱区的掺杂剂扩散至邻接所述半导体衬底。因此,该齐纳二极管的击穿电压主要由第二外延层的厚度和浓度决定,减小了第一外延层掺杂浓度变化对其击穿电压的影响,从而进一步改善击穿电压的稳定性。相对于现有技术的齐纳二极管在耗尽区外是低浓度外延层,优选实施例中耗尽区外是高浓度阱区与衬底相连的重掺杂,可以进一步减小齐纳二极管的动态电阻。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述,本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:图1a示出根据现有技术的齐纳二极管的截面图;图1b示出根据现有技术的齐纳二极管掺杂浓度分布曲线以及击穿电场分布图;图2示出根据本专利技术的实施例的齐纳二极管的截面图;图3a至图3f示出根据本专利技术的实施例的制造齐纳二极管的方法的各个阶段的截面图;图4示出根据本专利技术的实施例的齐纳二极管掺杂浓度分布曲线以及击穿电场分布图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本专利技术。在各个附图中,相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,可能未示出某些公知的部分。为了简明起见,可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。应当理本文档来自技高网
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一种齐纳二极管及其制造方法

【技术保护点】
1.一种齐纳二极管,包括:半导体衬底;第一外延层,位于所述半导体衬底上;阱区,位于所述第一外延层中;第二外延层,位于所述阱区上;掺杂区,位于所述第二外延层中,其中,所述半导体衬底、所述第一外延层、所述阱区分别为第一掺杂类型,所述掺杂区为第二掺杂类型,所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型相反,所述第一外延层的掺杂浓度高于所述第二外延层的掺杂浓度。

【技术特征摘要】
1.一种齐纳二极管,包括:半导体衬底;第一外延层,位于所述半导体衬底上;阱区,位于所述第一外延层中;第二外延层,位于所述阱区上;掺杂区,位于所述第二外延层中,其中,所述半导体衬底、所述第一外延层、所述阱区分别为第一掺杂类型,所述掺杂区为第二掺杂类型,所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型相反,所述第一外延层的掺杂浓度高于所述第二外延层的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中,所述阱区通过离子注入在所述第一外延层中形成,注入能量大于1100KeV。3.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中,所述第一掺杂类型为N型和P型之一,所述第二掺杂类型为N型和P型中的另一个。4.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中,所述第一外延层的掺杂浓度为1014-1016原子/立方厘米。5.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中,所述第二外延层的掺杂浓度为1013-1014原子/立方厘米。6.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中,所述半导体衬底的掺杂浓度为2×1019-1×1020原子/立方厘米。7.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中,所述阱区的掺杂浓度峰值位于所述第一外延层的内部。8.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中,根据所述阱区的掺杂剂分布选择所述第一外延层的厚度,使得所述阱区的掺杂剂扩散至邻接所述半导体衬底。9.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中,根据所述齐纳二极管的击穿电压选择所述第二外延层的厚度。10.根据权利要求1所述的齐纳二极管,还包括:沟槽隔离结构,环绕所述第一外延层、所述阱区、所述第二外延层以及所述掺杂区,并且延伸进所述半导体衬底中;介质层,位于所述沟槽隔离结构以及所述掺杂区上;第一电极,位于所述电介质层上,所述第一电极至少部分穿透所述介质层连接至所述掺杂区;钝化层,位于所述第一电极上的边缘处;第二...

【专利技术属性】
技术研发人员:殷登平赵豹王世军姚飞
申请(专利权)人:矽力杰半导体技术杭州有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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