[发明专利]一种在P+衬底上制备低压二极管芯片的方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造领域，尤其涉及低压二极管芯片及其制造方法。

背景技术

相对于高压二极管而言，低压二极管对器件的结构和制造工艺都会有特殊的要求，这主要是考虑低压二极管漏电较大的特点。理论上低压二极管是由两边浓度极高的P+/N+结构成，属于齐纳击穿(也叫隧道击穿)，I-V曲线击穿点较软，反向漏电较大。所以如果在很浓的P+衬底上直接注入N+来形成P+/N+结，尽管电压可能会达到5.1V以下，但漏电会达到毫安级，基本上无法形成性能良好的二极管。目前常见采用的P+衬底上通过注入或扩散引入N+的低压二极管的器件结构和制备工艺见图1，简要介绍如下：

先在P+衬底上注入一层较浓的N+(N+浓度和深度视击穿电压决定)，由于补偿作用，P+衬底的表面一层厚度变为P-层；然后在P-层的有源区内再通过注入或扩散引入浓度更高的N+区，就形成了低压二极管，因此该二极管实际就是P-层和N+区形成的P-N结，不同击穿电压可以通过第一次N+注入的浓度和深度拉偏来实现，需要说明：

1)两次N+形成一般都是采用磷注入或扩散形成。

2)采用此器件结构和工艺制备的性能良好的二极管击穿电压最低可以达到5.6V，漏电在几十微安左右，片内电压均匀性可以达到5％以内。但此结构无法形成5.1V以下性能良好的低压二极管，主要原因是漏电会迅速增大(毫安级)，另外片内电压均匀性会迅速变差(＞8％)。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺陷，提出了解决2.0V-5.1V低压二极管(P+衬底)漏电偏大和片内电压均匀性差的两个问题的技术方案，提出了一种在P+衬底上制备低压二极管芯片的方法及其结构。

本发明提出的一种在P+衬底上制备低压二极管芯片的方法包括如下步骤：

步骤1：在P+衬底上直接通过外延，形成P-外延层；

步骤2：再在P-外延层的有源区内通过注入硼，形成P+阱，其浓度比P+衬底淡，后续形成的二极管不同电压主要通过P+阱的浓度来实现；

步骤3：P阱退火；

步骤4：通过光刻和刻蚀形成N-环区域；

步骤5：N-环退火；

步骤6：通过光刻和刻蚀形成N+主结区；

步骤7：N+主结区退火；

步骤8：刻蚀接触孔，蒸发或溅射Al做正面电极；

步骤9：背面减薄，蒸发Au做背面电极，至此P+衬底上的低压二极管形成。

本发明提出的一种在P+衬底上制备低压二极管器件的结构是：

(1)在P+衬底上直接通过外延，形成P-外延层；

(2)再在P-外延层的有源区内通过注入硼，形成P+阱，其浓度比P+衬底淡，后续形成的二极管不同击穿电压主要通过P+阱的注入剂量来实现；

(3)在低压二极管的常见器件结构上加入了N-分压环，以保证N+/P+击穿都在平面上，避免侧向击穿，从而保证片内电压均匀性；

(4)最后在有源区内注入一层N+区，形成低压二极管，因此该二极管实际就是P阱和N+区形成的P-N结。

本发明的创新工艺是将形成N+区时通常采用的磷注入或扩散工艺更改为砷注入工艺，原因是砷扩散系数较小，一方面可以保证结深较浅，击穿电压较低；另一方面可以保证P+/N+结基本是单边突变结，降低漏电。

本发明采用特有的P-外延、P+阱、N-分压环器件结构和N+注砷工艺，可以将P+衬底上形成的二极管电压降到5.1V以下，最低可以达到2.0V(不同击穿电压主要通过P+阱的剂量拉偏进行调整)，漏电在100uA以内，片内电压均匀性在5％以内，成功应用于低压稳压二极管和低压瞬态电压抑制二极管领域。

附图说明

图1为常见P+衬底上制备低压二极管芯片的器件结构截面示意图；

图2为本发明中的P+衬底上制备低压二极管芯片的器件结构截面示意图；

图3为本发明中所采用的P+衬底截面示意图；

图4为本发明中P+衬底上生长P-外延层后的截面示意图；

图5为本发明中在P-外延层的有源区内注入P+阱的截面示意图；

图6为本发明中引入N-分压环后的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述，特别是以图2为例，具体实施方式如下：

本发明提出的一种在P+衬底上制备低压二极管芯片的方法包括如下步骤：

步骤1：P+衬底电阻率约为0.005≤ρ≤0.008Ω.cm，在1050℃条件下化学气相生长厚度3.0-10.0um，电阻率为1.0-5.0Ω.cm的P-外延层。