具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu) 的臺(tái)面二極管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體器件的性能和穩(wěn)定性與半導(dǎo)體表面性質(zhì)有很密切的關(guān)系。為了避免周圍 環(huán)境氣氛和其他外界因素對(duì)半導(dǎo)體器件性能的影響，需要在器件周圍加入終端結(jié)構(gòu)。對(duì)半 導(dǎo)體表面進(jìn)行終端保護(hù)可以減少器件表面的各種電荷、增強(qiáng)器件對(duì)外來(lái)離子沾污的阻擋能 力、控制和穩(wěn)定半導(dǎo)體表面的電特性、保護(hù)器件以及防止器件受到機(jī)械和化學(xué)損傷。
[0003] 對(duì)于臺(tái)面結(jié)構(gòu)的二極管尤其需要終端及鈍化保護(hù)。當(dāng)臺(tái)面表面存在正電荷層或 負(fù)電荷層時(shí)，在結(jié)的邊緣都會(huì)引起結(jié)表面的空間電荷區(qū)擴(kuò)展，這種擴(kuò)展達(dá)到一定程度會(huì)引 起表面電場(chǎng)分布的變化，影響了器件的性質(zhì)，造成擊穿電壓降低、漏電增大，器件可靠性變 差等。為保證器件擊穿電壓，需要精確控制臺(tái)面溝槽腐蝕工藝，保證溝槽寬度及深度的一致 性。
[0004] 臺(tái)面結(jié)構(gòu)二極管最常用終端結(jié)構(gòu)是采用鈍化層保護(hù)如二氧化硅，但二氧化硅膜是 多孔性的結(jié)構(gòu)，因而有它固有的缺點(diǎn)，即缺乏抗堿金屬離子的迀移和防止水汽或者其他雜 質(zhì)（如鋁，氧等）滲透的能力，往往使器件或電路性能變壞甚至失效。另一種常見(jiàn)的鈍化層 是氮化硅，氮化硅的優(yōu)點(diǎn)在于具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性及極強(qiáng)阻擋鈉離子等雜質(zhì) 離子的作用，但是氮化硅與硅界面應(yīng)力大，會(huì)使硅片產(chǎn)生形變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的 臺(tái)面二極管及其制備方法，該臺(tái)面二極管采用二氧化硅-摻雜的多晶硅-氮化硅的復(fù)合鈍 化層作為二極管臺(tái)面上的結(jié)構(gòu)終端，其中摻雜的多晶硅起到場(chǎng)板的作用提高器件的擊穿 電壓，同時(shí)能夠吸附雜質(zhì)離子，降低漏電流。采用傳統(tǒng)鈍化層的臺(tái)面二極管擊穿電壓基本 在600V以下，本發(fā)明的臺(tái)面二極管的擊穿電壓到達(dá)1000V以上，而反向漏電流可以控制在 5 μΑ以下，對(duì)于高壓二極管來(lái)說(shuō)，本發(fā)明能夠極大提高器件的性能。
[0006] 本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，包括背面襯底3、N-型外延層2、 陽(yáng)極有源區(qū)P+型層1和終端結(jié)構(gòu)，所述終端結(jié)構(gòu)為二極管臺(tái)面上的復(fù)合鈍化層，所述復(fù)合 鈍化層包括由下至上依次分布的二氧化硅層4、多晶硅層5和氮化硅層6。
[0008] 上述的具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，所述二氧化硅層4的厚度為 500Α~2000Α。
[0009] 上述的具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，所述的多晶硅層5為淀積的多 晶硅經(jīng)過(guò)擴(kuò)磷工藝處理形成，其中，所述多晶硅層5的厚度為3000Α~6000凡擴(kuò)磷工藝 處理后的方塊電阻為4Ω .cm~20 Ω · cm。
[0010] 上述的具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，所述氮化硅層6的厚度為 2000A ~6000A。
[0011] -種制備上述的具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管的方法，包括如下步 驟：
[0012] (1)、選取硅外延片作為基材，采用臺(tái)面工藝加工得到具備臺(tái)面二極管背面襯底3、 臺(tái)面二極管的N-型外延層2、臺(tái)面二極管陽(yáng)極有源區(qū)P+型層1的臺(tái)面二極管；
[0013] (2)、在所述臺(tái)面二極管的上表面生長(zhǎng)一層二氧化硅；
[0014] (3)、在步驟（2)得到的二氧化硅層上淀積多晶硅，并進(jìn)行擴(kuò)磷處理，即在所述二 氧化硅層上形成多晶硅層；
[0015] (4)、在步驟（3)形成的多晶硅層上淀積氮化硅，形成氮化硅層；
[0016] (5)、采用光刻工藝依次在所述氮化硅層和多晶硅層進(jìn)行刻蝕，得到設(shè)定圖形的氮 化娃層和多晶娃層；
[0017] (6)、采用腐蝕工藝對(duì)經(jīng)過(guò)步驟（5)處理后裸露出的二氧化硅層進(jìn)行腐蝕處理，得 到設(shè)定圖形的二氧化硅層。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] (1)、本發(fā)明采用二氧化硅-摻雜的多晶硅-氮化硅的復(fù)合鈍化層作為二極管臺(tái) 面結(jié)構(gòu)的終端，其中摻雜的多晶硅起到場(chǎng)板的作用提高器件的擊穿電壓，適合制造高壓 (1000V以上）二極管，同時(shí)能夠吸附雜質(zhì)離子，降低漏電流；
[0020] (2)、本發(fā)明終端結(jié)構(gòu)提高二極管的擊穿電壓，可以降低對(duì)二極管制備中對(duì)加工工 藝精度的要求，實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)化，并確保二極管的工作性能；
[0021] (3)、本發(fā)明中設(shè)定二氧化硅層的厚度為500A~2000A,多晶硅層的厚度為 3000A~6000A,氮化硅層的厚度為2000A~6000A,該厚度數(shù)據(jù)為經(jīng)過(guò)了大量試驗(yàn)得 到的優(yōu)選厚度數(shù)據(jù)，可以有效確保臺(tái)面二極管的耐高壓和低漏電性能。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明臺(tái)面二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明在臺(tái)面二極管的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)二氧化硅后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明在臺(tái)面二極管的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上淀積多晶硅并摻雜后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明在臺(tái)面二極管的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上淀積氮化硅后結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖5為本發(fā)明的具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：
[0028] 本發(fā)明提供的一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，包括臺(tái)面二極管背 面襯底3、臺(tái)面二極管的N-型外延層2、臺(tái)面二極管陽(yáng)極有源區(qū)P+型層1和終端結(jié)構(gòu)，該終 端結(jié)構(gòu)為二極管臺(tái)面上的復(fù)合鈍化層。
[0029] 本發(fā)明采用的復(fù)合鈍化層包括由下至上依次分布的二氧化硅層4、多晶硅層5和 氮化硅層6,其中，二氧化硅層4的厚度為500A~2000A;所述的多晶硅層（5)為淀積的多 晶硅經(jīng)過(guò)擴(kuò)磷工藝處理形成，其中，所述多晶硅層（5)的厚度為3000A~6000A，擴(kuò)磷工 藝處理后的方塊電阻為4Ω ^cm~20Ω ·_;所述氮化硅層6的丨V:度為2000A~6000A。
[0030] 本發(fā)明提供的制備上述的具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管的方法，包括 如下步驟：
[0031] (1)、選取硅外延片作為基材，采用臺(tái)面工藝加工得到具備臺(tái)面二極管背面襯底3、 臺(tái)面二極管的N-型外延層2、臺(tái)面二極管陽(yáng)極有源區(qū)P+型層1的臺(tái)面二極管；該臺(tái)面二極 管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示；
[0032] (2)、在所述臺(tái)面二級(jí)管的上表面生長(zhǎng)一層二氧化硅；經(jīng)過(guò)該步制備后的臺(tái)面二極 管的結(jié)構(gòu)如圖2所示；
[0033] (3)、在步驟（2)得到的二氧化硅層上淀積多晶硅，并進(jìn)行擴(kuò)磷處理，即在所述二 氧化硅層上形成多晶硅層；經(jīng)過(guò)該步制備后的臺(tái)面二極管的結(jié)構(gòu)如圖3所示；
[0034] (4)、在步驟（3)形成的多晶硅層上淀積氮化硅，形成氮化硅層；經(jīng)過(guò)該步制備后 的臺(tái)面二極管的結(jié)構(gòu)如圖4所示；
[0035] (5)、采用光刻工藝依次在所述氮化硅層和多晶硅層進(jìn)行刻蝕，得到設(shè)定圖形的氮 化娃層和多晶娃層；
[0036] (6)、采用腐蝕工藝對(duì)經(jīng)過(guò)步驟（5)處理后裸露出的二氧化硅層進(jìn)行腐蝕處理，得 到設(shè)定圖形的二氧化硅層，完成本發(fā)明的臺(tái)面二極管的制備，制備得到的臺(tái)面二極管的結(jié) 構(gòu)示意圖如圖5所示。
[0037] 采用傳統(tǒng)鈍化層的臺(tái)面二極管擊穿電壓基本在600V以下，而本發(fā)明通過(guò)上述方 法制備的臺(tái)面二極管的擊穿電壓到達(dá)1000V以上，而反向漏電流可以控制在5 μΑ以下，對(duì) 于高壓二極管來(lái)說(shuō)，本發(fā)明能夠極大提高器件的性能。
[0038] 以上所述，僅為本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0039] 本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，包括臺(tái)面二極管背面襯底（3)、臺(tái) 面二極管的N-型外延層（2)、臺(tái)面二極管陽(yáng)極有源區(qū)P+型層（1)和終端結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述終端結(jié)構(gòu)為所述二極管臺(tái)面上的復(fù)合鈍化層，所述復(fù)合鈍化層包括由下至上依次分布 的二氧化硅層（4)、多晶硅層（5)和氮化硅層（6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，其特征在 于：所述二氧化硅層⑷的厚度為500A~2000A。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，其特征在 于：所述的多晶硅層（5)為淀積的多晶硅經(jīng)過(guò)擴(kuò)磷工藝處理形成，其中，所述多晶硅層（5) 的厚度為3000A~6000A,擴(kuò)磷工藝處理后的方塊電阻為4Ω .cm~20Ω .cm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管，其特征在 于：所述氮化硅層（6)的厚度為2000A~6000A。
5. 權(quán)利要求1所述的一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管的制備方法，其特 征在于包括如下步驟： (1) 、選取硅外延片作為基材，采用臺(tái)面工藝加工得到具備臺(tái)面二極管背面襯底（3)、臺(tái) 面二極管的N-型外延層（2)、臺(tái)面二極管陽(yáng)極有源區(qū)P+型層（1)的臺(tái)面二極管； (2) 、在所述臺(tái)面二級(jí)管的上表面生長(zhǎng)一層二氧化硅； (3) 、在步驟（2)得到的二氧化硅層上淀積多晶硅，并進(jìn)行擴(kuò)磷處理，即在所述二氧化 娃層上形成多晶娃層； (4) 、在步驟（3)形成的多晶硅層上淀積氮化硅，形成氮化硅層； (5) 、采用光刻工藝依次在所述氮化硅層和多晶硅層進(jìn)行刻蝕，得到設(shè)定圖形的氮化硅 層和多晶娃層； (6) 、采用腐蝕工藝對(duì)經(jīng)過(guò)步驟（5)處理后裸露出的二氧化硅層進(jìn)行腐蝕處理，得到設(shè) 定圖形的二氧化硅層。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具備低漏電高耐壓終端結(jié)構(gòu)的臺(tái)面二極管及其制備方法，該臺(tái)面二極管包括背面襯底、N-型外延層、陽(yáng)極有源區(qū)P+型層和二極管臺(tái)面上的復(fù)合鈍化層，該復(fù)合鈍化層包括二氧化硅層、多晶硅層和氮化硅層，本發(fā)明的制備方法步驟如下：1、制備普通的臺(tái)面二極管；2、在二極管的上表面生長(zhǎng)一層二氧化硅；3、在二氧化硅層上淀積多晶硅，并進(jìn)行擴(kuò)磷處理形成多晶硅層；4、在多晶硅層上淀積氮化硅形成氮化硅層；5、在所述氮化硅層和多晶硅層進(jìn)行刻蝕，得到設(shè)定圖形的氮化硅層和多晶硅層；6、采用腐蝕工藝對(duì)裸露出的二氧化硅層進(jìn)行腐蝕處理，得到設(shè)定圖形的二氧化硅層；本發(fā)明能夠提高器件的性能，工藝實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
【IPC分類】H01L21-329, H01L29-06, H01L29-861
【公開(kāi)號(hào)】CN104681633
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510010197
【發(fā)明人】姚全斌, 趙元富, 王成杰, 王傳敏, 殷麗, 李光北, 馮幼明, 吳立成, 張文敏, 趙昕
【申請(qǐng)人】北京時(shí)代民芯科技有限公司, 北京微電子技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日