本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種高壓pin二極管結構及其制備方法。

背景技術：

pin型二極管是在p區(qū)與n區(qū)之間生成低摻雜n型雜質的i型層，通過控制其厚度和摻雜濃度來獲得所需要的電壓，并通過壽命控制技術的引入，得到導通壓降和反向恢復特性折中的高壓快恢復二極管。

目前，制備高壓pin二極管結構的方法一般為：首先在硅襯底上外延與襯底摻雜一致的具有第一導電類型的外延層，其濃度約在1e13cm^-3～5e14cm^-3，然后在外延層的正面注入與襯底不同的具有第二導電類型的離子，之后淀積氧化層，在有源區(qū)利用光刻在正反面形成圖案，并去除該區(qū)域的氧化層，以便金屬接觸，最后在正面淀積金屬和反面淀積金屬，形成陽極和陰極；然而，采用這種方法形成的高壓pin二極管結構外延厚度較厚，且正向導通壓降高，反向恢復性能不好，且無法獲取更高的魯棒性，這些都是本領域技術人員所不期望見到的。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種高壓pin二極管結構，包括：

具有第一導電類型的襯底，設置有正面和與所述正面相對的背面；

具有第一導電類型的半導體層，設置于所述襯底的正面，且所述半導體中形成有若干具有第二導電類型的摻雜立柱；

具有第一導電類型的外延層，設置于所述半導體層之上；

具有第二導電類型的摻雜層，設置于所述外延層之上；

陽極，設置于所述摻雜層的上表面；以及

陰極，設置于所述襯底的背面。

上述的高壓pin二極管結構，其中，所述第一導電類型為n型導電類型，且所述第二導電類型為p型導電類型；或

所述第一導電類型為p型導電類型，且所述第二導電類型為n型導電類型。

上述的高壓pin二極管結構，其中，所述半導體層中第一導電類型的離子濃度為1e15cm^-3～1e16cm^-3。

上述的高壓pin二極管結構，其中，所述半導體層的厚度為10～40um。

上述的高壓pin二極管結構，其中，所述摻雜立柱中，第二導電類型的離子濃度為1e15cm^-3～1e16cm^-3。

上述的高壓pin二極管結構，其中，所述外延層中，第一導電類型的離子濃度為1e13cm^-3～5e14cm^-3。

本發(fā)明公開了一種高壓pin二極管結構的制備方法，包括如下步驟：

步驟s1，提供一具有第一導電類型的襯底，所述襯底具有正面和與所述正面相對的背面；

步驟s2，于所述襯底的正面自下而上依次生長多層具有第一導電類型的半導體層，且在形成每層半導體層之后，緊接著向該層半導體層注入具有第二導電類型的離子，以于該層半導體層中形成具有第二導電類型的摻雜區(qū)，其中，任意兩層上下相鄰的半導體層中所形成的摻雜區(qū)均一一對應并上下重合；

步驟s3，于所述多層具有第一導電類型的半導體層之上形成具有第一導電類型的外延層；

步驟s4，進行離子注入工藝，以于所述外延層的上部形成具有第二導電類型的離子注入?yún)^(qū)；以及

步驟s5，于所述離子注入?yún)^(qū)之上形成陽極，并于所述第一導電類型的襯底的背面形成陰極。

上述的高壓pin二極管結構的制備方法，其中，所述第一導電類型為n型導電類型，且所述第二導電類型為p型導電類型；或

所述第一導電類型為p型導電類型，且所述第二導電類型為n型導電類型。

上述的高壓pin二極管結構的制備方法，其中，在所述步驟s2中，所述半導體層中，第一導電類型的離子濃度為1e15cm^-3～1e16cm^-3。

上述的高壓pin二極管結構的制備方法，其中，在所述步驟s2中，所述每層半導體層的厚度為3～6um。

上述的高壓pin二極管結構的制備方法，其中，在所述步驟s2中，所述摻雜立柱的高度為10～40um。

上述的高壓pin二極管結構的制備方法，其中，所述步驟s2中，所述摻雜立柱中，第二導電類型的離子濃度為1e15cm^-3～1e16cm^-3。

上述的高壓pin二極管結構的制備方法，其中，在所述步驟s3中，所述外延層中，第一導電類型的離子濃度為1e13cm^-3～5e14cm^-3。

上述的高壓pin二極管結構的制備方法，其中，所述步驟s5包括：

步驟s51，于所述半導體襯底的正面形成氧化層；

步驟s52，部分刻蝕所述氧化層以將位于有源區(qū)的所述摻雜區(qū)的上表面予以暴露；

步驟s53，分別于所述襯底的正面和背面沉積金屬，并于移除部分金屬后，形成所述陽極和所述陰極。

上述發(fā)明具有如下優(yōu)點或者有益效果：

本發(fā)明公開了一種高壓pin二極管結構及其制備方法，通過分段摻雜的工藝在具有第一導電類型的半導體層中形成具有第二導電類型的摻雜立柱(背面的浮空超結)，從而可以在更薄的外延厚度下實現(xiàn)同等耐壓，在降低正向導通壓降的同時，獲得更佳的反向恢復特性；同時可以通過調整超結區(qū)域p型和n型的濃度和寬度，來調整pn結的注入效率，并提供額外的空穴，以在很高的di/dt的反向恢復過程中，可以注入空穴來避免n-/n+邊界的不穩(wěn)定動態(tài)雪崩，進而獲得更高魯棒性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1是本發(fā)明實施例中高壓pin二極管結構的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中制備高壓pin二極管結構的方法流程圖；

圖3～11是本發(fā)明實施例中制備高壓pin二極管結構的方法流程結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。

實施例一

如圖1所示，本實施例涉及一種高壓pin二極管結構，具體的，該高壓pin二極管結構包括具有第一導電類型的襯底101、具有第一導電類型的半導體層102、具有第一導電類型的外延層104、具有第二導電類型的摻雜層105、陽極106以及陰極107；具體的，該具有第一導電類型的襯底101，設置有正面和與正面相對的背面；具有第一導電類型的半導體層102設置于襯底101的正面，且該半導體中形成有若干具有第二導電類型的摻雜立柱103，優(yōu)選的，若干摻雜立柱103之間相互平行；具有第一導電類型的外延層104設置于半導體層102之上；具有第二導電類型的摻雜層105設置于外延層104之上；陽極106設置于摻雜層105的上表面；以及陰極107設置于襯底101的背面，優(yōu)選的，陽極106和陰極107所采用的材質均為金屬。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述第一導電類型為n型導電類型，且第二導電類型為p型導電類型；或第一導電類型為p型導電類型，且第二導電類型為n型導電類型。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述半導體層102中第一導電類型的離子濃度為1e15cm^-3～1e16cm^-3。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述半導體層102的厚度為10～40um(例如10um、20um、25um或者40um)，且在本發(fā)明的實施例中，上述摻雜立柱103的高度與半導體層102的厚度相同，且若干摻雜立柱103之間相互平行。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述摻雜立柱103中，第二導電類型的離子濃度為1e15cm^-3～1e16cm^-3。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述外延層104中，第一導電類型的離子濃度為1e13cm^-3～5e14cm^-3。

實施例二

如圖2所示，本發(fā)明公開了一種高壓pin二極管結構的制備方法，具體的，該方法包括如下步驟：

步驟s1，提供一具有第一導電類型的201，201具有正面和與正面相對的背面，優(yōu)選的，該201可以為硅201；如圖3所示的結構。

步驟s2，于201的正面自下而上依次生長多層具有第一導電類型的半導體層(半導體結構層202)，且在形成每層半導體層之后，緊接著向該層半導體層注入具有第二導電類型的離子，以于該層半導體層中形成具有第二導電類型的摻雜區(qū)，其中，任意兩層上下相鄰的半導體層中所形成的摻雜區(qū)均一一對應并上下重合，如圖4～8所示的結構。

具體的，首先于201的正面形成一具有第一導電類型的半導體層2021，該半導體層2021的厚度為3～6um左右(例如3um、4.5um、5um或者6um等)，如圖4所示的結構；緊接著，于該半導體層2021之上進行光刻工藝，然后利用光刻工藝，形成注入圖形，然后于該半導體層2021中注入與襯底201摻雜不一致的第二導電類型的離子以于該半導體層2021中形成具有第二導電類型的摻雜區(qū)2031，且該第二導電類型的摻雜區(qū)2031的高度等于該半導體層2021的厚度，即第二導電類型的摻雜區(qū)2031貫穿設置于半導體層2021中，如圖5所示的結構；然后繼續(xù)形成厚度為3～6um左右且具有第一導電類型的半導體層2022，如圖6所示的結構；之后繼續(xù)于該半導體層中形成具有第二導電類型的摻雜區(qū)2032，如圖7所示的結構，反復上述形成半導體層和摻雜區(qū)的過程，最終形成由多層半導體層構成的半導體結構202和由多層摻雜區(qū)構成的摻雜立柱；且該摻雜立柱203的高度約10um～40um(例如10um、20um、25um或者40um)，一般來說，由于每層半導體層中的摻雜區(qū)的高度均與該層半導體的厚度相同，則摻雜立柱203的高度和半導體結構202的厚度相同。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述多層半導體層中，第一導電類型的離子濃度(此離子濃度是指在多層半導體層中第一導電類型的離子濃度)為1e15cm^-3～1e16cm^-3。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述摻雜立柱203中，第二導電類型的離子濃度(此離子濃度是指在靜態(tài)時摻雜立柱203中第二導電類型的離子濃度)為1e15cm^-3～1e16cm^-3。

步驟s3，于上述多層具有第一導電類型的半導體層之上形成具有第一導電類型的外延層204，如圖9所示的結構。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述外延層204中，第一導電類型的離子濃度(此離子濃度是指在靜態(tài)時外延層204中第一導電類型的離子濃度)為1e13cm^-3～5e14cm^-3。

步驟s4，進行離子注入工藝，以于摻雜層的上部形成具有第二導電類型的離子注入?yún)^(qū)205，如圖10所示的結構。

步驟s5，于上述離子注入?yún)^(qū)205之上形成陽極206，并于第一導電類型的201的背面形成陰極207，如圖11所示的結構。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述步驟s5具體包括：

步驟s51，于半導體201的正面形成氧化層。

步驟s52，部分刻蝕氧化層以將位于有源區(qū)的離子注入?yún)^(qū)205的上表面予以暴露，以便于金屬接觸；

步驟s53，分別于201的正面和背面沉積金屬，并于移除部分金屬后，形成上述陽極206和陰極207。

在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，第一導電類型為n型導電類型，且第二導電類型為p型導電類型；或

第一導電類型為p型導電類型，且第二導電類型為n型導電類型。

不難發(fā)現(xiàn)，本實施例為與上述高壓pin二極管結構的實施例相對應的方法實施例，本實施例可與上述高壓pin二極管結構的實施例互相配合實施。上述高壓pin二極管結構的實施例中提到的相關技術細節(jié)在本實施例中依然有效，為了減少重復，這里不再贅述。相應地，本實施例中提到的相關技術細節(jié)也可應用在上述高壓pin二極管結構的實施例中。

本領域技術人員應該理解，本領域技術人員在結合現(xiàn)有技術以及上述實施例可以實現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質內(nèi)容，在此不予贅述。

以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。