專利名稱：一種在p+襯底上制備低壓二極管芯片的方法及其結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體芯片制造領域，尤其涉及低壓二極管芯片及其制造方法。
背景技術：
相對于高壓二極管而言，低壓二極管對器件的結構和制造工藝都會有特殊的要 求，這主要是考慮低壓二極管漏電較大的特點。理論上低壓二極管是由兩邊濃度極高的P+/ N+結構成，屬于齊納擊穿(也叫隧道擊穿)，I-V曲線擊穿點較軟，反向漏電較大。所以如 果在很濃的P+襯底上直接注入N+來形成P+/N+結，盡管電壓可能會達到5. IV以下，但漏 電會達到毫安級，基本上無法形成性能良好的二極管。目前常見采用的P+襯底上通過注入 或擴散引入N+的低壓二極管的器件結構和制備工藝見圖1，簡要介紹如下先在P+襯底上注入一層較濃的N+(N+濃度和深度視擊穿電壓決定)，由于補償作 用，P+襯底的表面一層厚度變為P-層；然后在P-層的有源區內再通過注入或擴散引入濃 度更高的N+區，就形成了低壓二極管，因此該二極管實際就是P-層和N+區形成的P-N結， 不同擊穿電壓可以通過第一次N+注入的濃度和深度拉偏來實現，需要說明1)兩次N+形成一般都是采用磷注入或擴散形成。2)采用此器件結構和工藝制備的性能良好的二極管擊穿電壓最低可以達到 5. 6V，漏電在幾十微安左右，片內電壓均勻性可以達到5 %以內。但此結構無法形成5. IV以 下性能良好的低壓二極管，主要原因是漏電會迅速增大(毫安級)，另外片內電壓均勻性會 迅速變差(>8%)。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有技術中的缺陷，提出了解決2. OV-5. IV低壓二 極管(P+襯底)漏電偏大和片內電壓均勻性差的兩個問題的技術方案，提出了一種在P+襯 底上制備低壓二極管芯片的方法及其結構。本發明提出的一種在P+襯底上制備低壓二極管芯片的方法包括如下步驟步驟1 在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層；步驟2 再在P-外延層的有源區內通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡， 后續形成的二極管不同電壓主要通過P+阱的濃度來實現；步驟3 :P阱退火；步驟4 通過光刻和刻蝕形成N-環區域；步驟5 :N-環退火；步驟6 通過光刻和刻蝕形成N+主結區；步驟7 :N+主結區退火；步驟8 刻蝕接觸孔，蒸發或濺射Al做正面電極；步驟9 背面減薄，蒸發Au做背面電極，至此P+襯底上的低壓二極管形成。本發明提出的一種在P+襯底上制備低壓二極管器件的結構是
(1)在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層；(2)再在P-外延層的有源區內通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡，后續 形成的二極管不同擊穿電壓主要通過P+阱的注入劑量來實現；(3)在低壓二極管的常見器件結構上加入了 N-分壓環，以保證N+/P+擊穿都在平 面上，避免側向擊穿，從而保證片內電壓均勻性；(4)最后在有源區內注入一層N+區，形成低壓二極管，因此該二極管實際就是P阱 和N+區形成的P-N結。本發明的創新工藝是將形成N+區時通常采用的磷注入或擴散工藝更改為砷注入 工藝，原因是砷擴散系數較小，一方面可以保證結深較淺，擊穿電壓較低；另一方面可以保 證P+/N+結基本是單邊突變結，降低漏電。本發明采用特有的P-外延、P+阱、N-分壓環器件結構和N+注砷工藝，可以將P+ 襯底上形成的二極管電壓降到5. IV以下，最低可以達到2. OV(不同擊穿電壓主要通過P+ 阱的劑量拉偏進行調整)，漏電在IOOuA以內，片內電壓均勻性在5 %以內，成功應用于低壓 穩壓二極管和低壓瞬態電壓抑制二極管領域。
圖1為常見P+襯底上制備低壓二極管芯片的器件結構截面示意圖；圖2為本發明中的P+襯底上制備低壓二極管芯片的器件結構截面示意圖；圖3為本發明中所采用的P+襯底截面示意圖；圖4為本發明中P+襯底上生長P-外延層后的截面示意圖；圖5為本發明中在P-外延層的有源區內注入P+阱的截面示意圖；圖6為本發明中引入N-分壓環后的截面示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進一步描述，特別是以圖2為例，具體實施方式
如下本發明提出的一種在P+襯底上制備低壓二極管芯片的方法包括如下步驟步驟1 :P+襯底電阻率約為0. 005 ^ P ^ 0. 008 Ω . cm，在1050°C條件下化學氣相 生長厚度3. 0-10. Oum,電阻率為1. 0-5. 0 Ω . cm的P-外延層。步驟2 在P-外延層上通過光刻和刻蝕形成有源區，然后在有源區內注硼形成P+ 講，P+阱的劑量視擊穿電壓而定(對于5. IV以下的低壓二極管，劑量大約在1E15-8E15)。步驟3 =P阱退火溫度在1100°C -1200°C，時間lh_2h。步驟4 通過光刻和刻蝕形成N-環區域，N-環劑量較淡，大約在1E14-8E14。步驟5 =N-環退火溫度在1100°C左右，時間lh_2h。步驟6 通過光刻和刻蝕形成N+主結區，N+主結區采用注砷工藝，劑量大約在 5E15-2E16。步驟7 =N+主結區退火溫度900°C左右，時間0. 5h_lh。步驟8 刻蝕接觸孔，蒸發或濺射Al做正面電極；步驟9 背面減薄到180 μ m,蒸發Au做背面電極，至此P+襯底上的低壓二極管基 本形成。
本發明提出的一種在P+襯底上制備低壓二極管器件的結構是(1)在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層。(2)再在P-外延層的有源區內通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡，后續 形成的二極管不同電壓主要通過P+阱的濃度來實現。(3)在低壓二極管的常見器件結構上加入了 N-分壓環，以保證N+/P+擊穿都在平 面上，避免側向擊穿，從而保證片內電壓均勻性。(4)最后再在有源區內注入一層N+區，形成低壓二極管，因此該二極管實際就是P 阱和N+區形成的P-N結。應當理解是，上述實施例只是對本發明的說明，而不是對本發明的限制，任何不超 出本發明實質精神范圍內的非實質性的替換或修改(例如將P+襯底換為N+襯底，采用 N-外延，N+阱，P-分壓環和P+注入的二極管器件結構)的發明創造均落入本發明保護范圍。
權利要求
1.一種在P+襯底上制備低壓二極管芯片的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟步驟1 在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層；步驟2 再在P-外延層的有源區內通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡，后續 所形成的二極管的不同擊穿電壓主要通過P+阱的注入劑量來實現；步驟3 =P阱退火；步驟4 通過光刻和刻蝕形成N-環區域；步驟5 =N-環退火；步驟6 通過光刻和刻蝕形成N+主結區；步驟7 =N+主結區退火；步驟8 刻蝕接觸孔，蒸發或濺射Al做正面電極；步驟9 背面減薄，蒸發Au做背面電極，至此P+襯底上的低壓二極管已形成。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟1進一步包括P+襯底電阻率 約為0. 005 ^ P ^ 0. 008 Ω . cm，在1050°C條件下化學氣相淀積生長厚度為3. 0-10. Oum,電 阻率為1. 0-5. 0 Ω . cm的P-外延層。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步驟2進一步包括所述的P+阱 的注入劑量視擊穿電壓而定，對于5. IV以下的低壓二極管，劑量在1E15-8E15范圍內。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步驟3進一步包括P阱退火溫度 在 IlOO0C -1200°C，時間 lh-2h。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步驟4進一步包括N-環劑量較 淡，在1E14-8E14范圍內。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步驟5進一步包括N-環退火溫度 在1100°C左右，時間lh-2h。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步驟6進一步包括N+主結區采用 注砷工藝，劑量在5E15-2E16范圍內。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步驟7進一步包括N+主結區退火 溫度900°C左右，時間0. 5h-2h。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步驟9進一步包括背面減薄到 180 μ m0
10.一種在P+襯底上制備低壓二極管器件的結構，其特征在于，所述的結構是(1)在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層；(2)再在P-外延層的有源區內通過注入硼，形成P+阱，其濃度比P+襯底淡，后續形成 的二極管的不同擊穿電壓主要通過P+阱的注入劑量來實現；(3)在低壓二極管的常見器件結構上加入了N-分壓環，以保證N+/P+擊穿都在平面上， 避免側向擊穿，從而保證片內電壓均勻性；(4)最后再在有源區內注入一層N+區，形成低壓二極管，因此該二極管實際就是P阱和 N+區形成的P-N結。
全文摘要
本發明公開了一種在P+襯底上制備低壓二極管芯片的方法及結構，所述的方法包括如下步驟在P+襯底上直接通過外延，形成P-外延層、通過注入硼，形成P+阱、P阱退火、通過光刻和刻蝕形成N-環區域、N-環退火通過光刻和刻蝕形成N+主結區、N+主結區退火、蒸發或濺射Al做正面電極等；其結構是本發明采用特有的P-外延、P+阱、N-分壓環器件結構和N+注砷工藝，以保證N+/P+擊穿都在平面上，避免側向擊穿，將P+襯底上形成的二極管電壓降到5.1V以下，最低可以達到2.0V，漏電在100uA以內，從而保證片內電壓的均勻性在5％以內，該二極管實際就是P阱和N+區形成的P-N結。該機構已經成功應用于低壓穩壓二極管和低壓瞬態電壓抑制二極管領域。
文檔編號H01L29/06GK102142370SQ20101060612
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者周瓊瓊, 張常軍, 王平 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司