功率二极管的制备方法技术

本发明专利技术提供一种功率二极管的制备方法，包括：提供衬底，在所述衬底的正面生长N型层；形成终端保护环；形成氧化层，对所述终端保护环进行推结；用有源区光刻板光刻并刻蚀掉有源区区域的所述氧化层，去胶后，在所述有源区区域的所述N型层的正面形成栅氧化层；在所述栅氧化层上淀积形成多晶硅层；用多晶硅光刻板光刻，并以光刻胶为掩蔽层注入P型离子，通过离子散射在所述多晶硅层下方形成P型体区；形成N型重掺杂区；形成P+区；进行热退火，激活注入的杂质；进行正面金属化及背面金属化处理。上述功率二极管的制备方法，通过在多晶硅刻蚀之前，直接利用离子注入的散射形成P型体区作为MOS沟道，简化了流程并降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
功率二极管的制备方法
本专利技术涉及半导体制备
，特别是涉及一种功率二极管的制备方法。
技术介绍
功率二极管是电力电子电路最基本的组成单元，它的单向导电性可用于电路的整流、箝位、续流。合理应用功率二极管的性能是电力电子电路的重要内容。为提高二极管的性能，目前国内外已经提出了结势垒控制整流器、MOS控制二极管MCD等器件。MOSFETDiodes是一种发展迅速、应用广泛的电力电子器件，它是利用垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管开关速度快、电流密度大的优点优化的新器件，具有低正向压降、短反向恢复时间和低漏电流等特点。针对这种MOSFETDiodes结构，传统的制备方法流程较为复杂、制备成本较高。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种流程简便且制备成本低的功率二极管的制备方法。一种功率二极管的制备方法，包括：提供衬底，在所述衬底的正面生长N型层；在所述N型层的正面形成终端保护环；在所述N型层的正面形成氧化层，对所述终端保护环进行推结；用有源区光刻板光刻并刻蚀掉有源区区域的所述氧化层，去胶后，在所述有源区区域的所述N型层的正面形成栅氧化层；在所述栅氧化层上淀积形成多晶硅层；用多晶硅光刻板光刻，并以光刻胶为掩蔽层注入P型离子，通过离子散射在所述多晶硅层下方形成P型体区；以所述光刻胶作为掩蔽层刻蚀所述多晶硅层，并向被刻蚀开的区域下面的P型体区内注入N型离子，形成N型重掺杂区；以所述光刻胶作为掩蔽层，先后进行栅氧化层刻蚀和硅刻蚀，并通过离子注入向被刻蚀开的区域下方注入P型离子，形成P+区；进行热退火，激活注入的杂质；进行正面金属化及背面金属化处理。在其中一个实施例中，所述在所述N型层的正面形成终端保护环的步骤包括：在所述N型层的正面形成薄垫氧化层，用终端保护环光刻板进行光刻，以光刻胶作为掩蔽层注入P型离子，在所述薄垫氧化层下方形成P型终端保护环。在其中一个实施例中，所述以所述光刻胶作为掩蔽层，先后进行栅氧化层刻蚀和硅刻蚀，并通过离子注入向被刻蚀开的区域下方注入P型离子，形成P+区的步骤中，被刻蚀去除的硅厚度为0.15～0.3微米。在其中一个实施例中，所述用多晶硅光刻板光刻，并以光刻胶为掩蔽层注入P型离子，通过离子散射在所述多晶硅层下方形成P型体区的步骤中，所述P型离子为硼离子；所述以所述光刻胶作为掩蔽层刻蚀所述多晶硅层，并向被刻蚀开的区域下面的P型体区内注入N型离子，形成N型重掺杂区的步骤中，所述N型离子为砷离子；所述以所述光刻胶作为掩蔽层，先后进行栅氧化层刻蚀和硅刻蚀，并通过离子注入向被刻蚀开的区域下方注入P型离子，形成P+区的步骤中，所述P型离子包括硼离子和BF2。在其中一个实施例中，所述用多晶硅光刻板光刻，并以光刻胶为掩蔽层注入P型离子，通过离子散射在所述多晶硅层下方形成P型体区的步骤中，所述硼离子注入能量为30～50KeV，注入剂量为1×1013～5×1013㎝-2；所述以所述光刻胶作为掩蔽层刻蚀所述多晶硅层，并向被刻蚀开的区域下面的P型体区内注入N型离子，形成N型重掺杂区的步骤中，所述砷离子注入能量为30～50KeV，注入剂量为1×1015～1×1016㎝-2；所述以所述光刻胶作为掩蔽层，先后进行栅氧化层刻蚀和硅刻蚀，并通过离子注入向被刻蚀开的区域下方注入P型离子，形成P+区的步骤中，所述硼离子注入剂量为1×1013～5×1013㎝-2，注入能量为80～100KeV，BF2注入能量为20～40KeV，注入剂量为6×1014～1×1015㎝-2。在其中一个实施例中，所述用多晶硅光刻板光刻，并以光刻胶为掩蔽层注入P型离子，通过离子散射在所述多晶硅层下方形成P型体区的步骤中，所述P型离子是分为多次进行注入。在其中一个实施例中，所述推结的温度小于或等于1100摄氏度，时间为60～200分钟，且在无氧环境下进行。在其中一个实施例中，所述多晶硅层的厚度为800～6000埃。在其中一个实施例中，所述N型层的厚度为3～20微米，电阻率为0.5～10Ω·cm。在其中一个实施例中，所述衬底为晶向<100>的N型硅片。上述功率二极管的制备方法，通过在多晶硅刻蚀之前，直接利用注入离子的散射形成P型体区作为MOS沟道，简化了流程并降低了成本。附图说明图1为一实施例中功率二极管的制备方法的流程图；图2～图10为一实施例中采用功率二极管的制备方法制备的功率二极管在制备过程中的局部剖视图；图11为一实施例中采用功率二极管的制备方法制备的功率二极管的剖视图。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。图1为一实施例中功率二极管的制备方法的流程图，包括下列步骤：S102，提供衬底，在衬底的正面生长N型层。衬底10的材质可以为硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或者锗硅等半导体材料。在本实施例中，衬底10为晶向<100>的N型硅片。在本实施例中，在衬底10的正面（形成功率二极管的正面结构的一面）外延生长一定厚度以及电阻率的N型层20。N型层20的厚度为3～20μm，电阻率为0.5～10Ω·cm。N型层20的厚度根据需要制备的功率二极管对耐压需求进行设定，在一个实施例中，当功率二极管为100V耐压的器件时，其厚度为10μm，电阻率为2Ω·cm。S104，在N型层的正面形成终端保护环。在N型层的正面生成薄垫氧化层30。然后采用终端保护环（ring）光刻板进行光刻，以光刻胶40为掩蔽层注入P型离子，在薄垫氧化层30的下方形成P型终端保护环（Pring）。图2中示出了三个终端保护环31、32以及33，其中终端保护环31处于有源区区域，终端保护环32部分位于有源区区域。在其他的实施例中，终端保护环的数量并不限于本实施例的终端保护环的数量，可以根据器件实际需要进行选择和设置。在本实施例中，注入的P型离子301为硼离子，注入能量为50～80KeV，剂量为1×1013～1×1014㎝-2。在其他的实施例中，也可以用其他的P型离子进行替代。图2为完成步骤S104后的功率二极管的局部剖视图。S106，在N型层的正面形成氧化层，对终端保护环进行推结。去除光刻胶40后，在N型层20的正面淀积厚度为1000～5000埃的氧化层50，并对P型终端保护环进行推结。图3为完成步骤S106后的功率二极管的局部剖视图。在本实施例中，推结过程为无氧环境，温度小于或等于1100℃，时间为60～200分钟。为节约成本，在其它实施例中，可以将本步骤中形成氧化层50和推结过程结合为有氧推结热过程。S108，用有源区光刻板光刻并刻蚀掉有源区区域的氧化层，去胶后在有源区区域的N型层的正面形成栅氧化层。在需要制备器件的区域采用有源区光刻板（active光刻板）进行有源区刻蚀。刻蚀掉有源区区域的氧化层50后，去除光刻胶，热生长形成栅氧化层60。在本实施例中，栅氧化层60的厚度为20～100埃。图4为完成步骤S108后的功率二极管的局部剖视图。S110，在栅氧化层上淀积形成多晶硅层。在栅氧化层60上淀积形成多晶硅层70。在本实施例中，多晶硅层70为原位掺杂多晶硅，厚度为800～6000埃。通过对多晶硅层70厚度的调节，可以对掺杂区的杂质分布进行调节，从而达到降低器件正向压降Vf的目的。图5为完成步骤S110后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率二极管的制备方法，包括：提供衬底，在所述衬底的正面生长N型层；在所述N型层的正面形成终端保护环；在所述N型层的正面形成氧化层，对所述终端保护环进行推结；用有源区光刻板光刻并刻蚀掉有源区区域的所述氧化层，去胶后，在所述有源区区域的所述N型层的正面形成栅氧化层；在所述栅氧化层上淀积形成多晶硅层；用多晶硅光刻板光刻，并以光刻胶为掩蔽层注入P型离子，通过离子散射在所述多晶硅层下方形成P型体区；以所述光刻胶作为掩蔽层刻蚀所述多晶硅层，并向被刻蚀开的区域下面的P型体区内注入N型离子，形成N型重掺杂区；以所述光刻胶作为掩蔽层，先后进行栅氧化层刻蚀和硅刻蚀，并通过离子注入向被刻蚀开的区域下方注入P型离子，形成P+区；进行热退火，激活注入的杂质；进行正面金属化及背面金属化处理。

【技术特征摘要】
1.一种功率二极管的制备方法，包括：提供衬底，在所述衬底的正面生长N型层；在所述N型层的正面形成终端保护环；在所述N型层的正面形成氧化层，对所述终端保护环进行推结；用有源区光刻板光刻并刻蚀掉有源区区域的所述氧化层，去胶后，在所述有源区区域的所述N型层的正面形成栅氧化层；在所述栅氧化层上淀积形成多晶硅层；用多晶硅光刻板光刻，并以光刻胶为掩蔽层注入P型离子，通过离子散射在所述多晶硅层下方形成P型体区；以所述光刻胶作为掩蔽层刻蚀所述多晶硅层，并向被刻蚀开的区域下面的P型体区内注入N型离子，形成N型重掺杂区；以所述光刻胶作为掩蔽层，先后进行栅氧化层刻蚀和硅刻蚀，并通过离子注入向被刻蚀开的区域下方注入P型离子，形成P+区；进行热退火，激活注入的杂质；进行正面金属化及背面金属化处理；其中，所述N型重掺杂区位于所述P型体区内，所述P型体区下方设有P+区。2.根据权利要求1所述的功率二极管的制备方法，其特征在于，所述在所述N型层的正面形成终端保护环的步骤包括：在所述N型层的正面形成薄垫氧化层，用终端保护环光刻板进行光刻，以光刻胶作为掩蔽层注入P型离子，在所述薄垫氧化层下方形成P型终端保护环。3.根据权利要求1所述的功率二极管的制备方法，其特征在于，所述以所述光刻胶作为掩蔽层，先后进行栅氧化层刻蚀和硅刻蚀，并通过离子注入向被刻蚀开的区域下方注入P型离子，形成P+区的步骤中，被刻蚀去除的硅厚度为0.15～0.3微米。4.根据权利要求1所述的功率二极管的制备方法，其特征在于，所述用多晶硅光刻板光刻，并以光刻胶为掩蔽层注入P型离子，通过离子散射在所述多晶硅层下方形成P型体区的步骤中，所述P型离子为硼离子；所述以所述光刻胶作为掩蔽层刻蚀所述多晶硅层，并向被刻蚀开的区域下面的P型体区内注入N型离子，形成N型重掺杂区的步骤中，所述N型离子为砷离子；所述以所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟圣荣，王根毅，邓小社，周东飞，
申请(专利权)人：无锡华润上华半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32