具有更高反向浪涌能力和更小漏電流的含多晶硅層齊納二極管的制作方法
【專利說明】具有更高反向浪涌能力和更小漏電流的含多晶括層齊納二 極管
【背景技術(shù)】
[0001] 齊納二極管是二端子電子器件，當(dāng)將正向偏壓施加到該二端子電子器件時，齊納 二極管充當(dāng)傳統(tǒng)二極管，即具有單向傳導(dǎo)性，但是當(dāng)反向偏壓高于某一闊值電壓時，則電流 反向傳導(dǎo)。傳統(tǒng)上將術(shù)語"齊納二極管"應(yīng)用到由Si等常規(guī)半導(dǎo)體材料形成的P-N結(jié)所組成 的器件上，該結(jié)在大于例如約5伏的反向偏壓下遭受雪崩擊穿，并且此類器件可用于電壓調(diào) 節(jié)W及電路保護(hù)電路。
[0002] 圖1例示了理想齊納二極管的電流(I)與電壓(V)曲線圖，從該圖中顯然可看出：當(dāng) 所施加的反向偏壓高于某一電壓（即高于齊納闊值電壓，該齊納闊值電壓通常高于例如5 伏)時，對于Si基器件而言，會發(fā)生反向電流的突然升高。因此，當(dāng)施加正向偏壓時，齊納二 極管的功能類似普通整流器，但是當(dāng)施加反向偏壓時，齊納二極管的I-V曲線呈現(xiàn)出拐點(diǎn)或 睹直崩跌。齊納雪崩或擊穿的特征在于:一旦在反向偏壓下發(fā)生電流傳導(dǎo)，則在進(jìn)一步增加 反向電流，達(dá)到最大允許功耗額定值之前，器件上的電壓基本上保持恒定。由于具有運(yùn)種特 性，齊納二極管尤其適合用作穩(wěn)壓器、電壓基準(zhǔn)、和過電壓保護(hù)器。
[0003] 在浪涌期間，最好將限制器件上的電壓降限制為最小值。因此，齊納二極管的重要 特性是其反向浪涌能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，例如齊納二極管。所述半導(dǎo)體器件 包括第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料和第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體材料，所述第二半導(dǎo)體 材料與第一半導(dǎo)體材料接觸W形成二者之間的結(jié)。第一氧化物層設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體材 料的一部分上方，使得所述第二半導(dǎo)體材料的剩余部分露出。多晶娃層設(shè)置在第二半導(dǎo)體 材料的露出部分和所述第一氧化物層的一部分上。第一導(dǎo)電層設(shè)置在所述多晶娃層上。第 二導(dǎo)電層設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體材料的表面上，所述表面位于所述第一半導(dǎo)體材料與所述 第二半導(dǎo)體材料接觸面的反方向。。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。所述方法包括在半 導(dǎo)體襯底的一部分上形成第一氧化物層，所述半導(dǎo)體襯底由第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材 料構(gòu)成，，使得所述半導(dǎo)體襯底的剩余部分露出。在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面和所述第一 氧化物層上形成保護(hù)層。將所述第二導(dǎo)電類型的滲雜劑通過所述保護(hù)層引入所述半導(dǎo)體襯 底W形成結(jié)層，所述結(jié)層限定半導(dǎo)體襯底的結(jié)。在所述結(jié)層上形成第一導(dǎo)電層。在所述半導(dǎo) 體襯底與所述第一表面相反的第二表面上形成第二導(dǎo)電層。。
【附圖說明】
[0006] 圖1顯示了理想齊納二極管的電流(I)與電壓(V)曲線圖。
[0007] 圖2顯示了具有更高反向浪涌能力和更小漏電流的齊納二極管的一個示例。
[000引圖3-圖9顯示了了可用于制造圖2所示齊納二極管的一系列工藝步驟的一個示例。
【具體實施方式】
[0009] 如下詳細(xì)所述，本發(fā)明提供了一種具有更高反向浪涌能力和更小漏電流的齊納二 極管。雖然描述運(yùn)種改進(jìn)時將W-種示例性齊納二極管為例，但本文所述的方法和技術(shù)同 樣適用于各類齊納二極管構(gòu)型W及其他類型的瞬態(tài)電壓抑制器。
[0010] 圖2顯示了具有更高反向浪涌能力的齊納二極管的一個示例。如圖所示，齊納二極 管100包括重滲雜第一導(dǎo)電類型滲雜劑的半導(dǎo)體襯底110,本例中的所述滲雜劑為P型滲雜 劑。在所述半導(dǎo)體襯底110中形成第二導(dǎo)電類型結(jié)層120。在本例中，結(jié)層120具有N+型導(dǎo)電 性。P-N結(jié)位于所述半導(dǎo)體襯底110和所述結(jié)層120之間的界面處。多晶娃層130設(shè)置在所述 結(jié)層上。作為電極的第一導(dǎo)電材料140設(shè)置在所述多晶娃層130上。同樣，作為電極的第二導(dǎo) 電材料150設(shè)置在所述襯底110的背面。所述齊納二極管100還包括設(shè)置在所述襯底110上的 第一氧化物層160,并且所述第一氧化物層的形成和蝕刻過程為光刻工藝的一部分，所述光 刻工藝用于形成所述結(jié)層120。此外，所述齊納二極管還包括第二氧化物層170,例如低溫氧 化物化TO)，所述第二氧化物層的第一部分設(shè)置在所述第一氧化物層160上，而所述第二氧 化物層的第二部分插入所述多晶娃層130和所述第一導(dǎo)電材料140之間。所述第二氧化物層 170的形成和蝕刻過程為光刻工藝的一部分，所述光刻工藝用于形成所述第一導(dǎo)電材料 140。
[0011] 在制造圖2所示齊納二極管的過程中，最好在形成結(jié)層120之前形成所述多晶娃層 130。然后使用注入或其他滲雜工藝將滲雜劑沉積在所述多晶娃層130上。隨后應(yīng)用熱處理 使所述滲雜劑穿過所述多晶娃層130并且進(jìn)入所述襯底110。根據(jù)發(fā)現(xiàn)，W運(yùn)種方式使用所 述多晶娃層130可W同時改善齊納二極管的反向浪涌能力和漏電流。
[0012] 在不受任何操作作原理約束的情況下，多晶娃層被認(rèn)為可W減少形成所述結(jié)層 120的滲雜工藝所造成的缺陷。當(dāng)通過注入或類似方法將所述滲雜劑直接引入到所述襯底 110中時，通常在襯底的一定深度內(nèi)造成缺陷。運(yùn)些缺陷可能對所獲得器件的反向浪涌性能 和漏電流產(chǎn)生不利影響。然而，通過將所述滲雜劑引入多晶娃層表面和內(nèi)部，可W減少襯底 中的缺陷。
[0013] 下文結(jié)合圖3-圖9說明了可用于制造圖2所示齊納二極管的方法示例。
[0014] 圖3是半導(dǎo)體襯底和氧化物層的剖視圖。在一個實施例中，襯底210為一種低電阻 率P+型< 111〉取向單晶娃，所述單晶娃的電阻率范圍為約1 X 1 (T3Ohm-Cm至5 X 1 (T3Ohm-Cm。娃 晶格取向可任選地為<100〉。在另一個實施例中，襯底210由其他類型的半導(dǎo)體材料(諸如神 化嫁)構(gòu)成。另外，可W理解的是，對制造工藝進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整之后也可W使用N型襯底。在一 個實施例中，在P+型娃襯底中滲雜了棚。當(dāng)然，可W理解的是，也可使用其他滲雜劑作為替 代。
[0015] 接下來，形成氧化物層220。在一個實施例中，將晶片置于約1000°C的環(huán)境中約200 分鐘，再置于約1200°C的環(huán)境中200分鐘，W形成氧化物層220。在此期間，被加熱的半導(dǎo)體 材料與氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔锝佑|。在一個實施例中，在此結(jié)構(gòu)表面生成了厚度從約1400埃 至約1800埃的二氧化娃層?？蒞理解的是，本發(fā)明可能設(shè)及使用形成氧化物層的其他工藝。 另外，所述氧化物層可能具有不同厚度。
[0016] 接下來，進(jìn)行光刻步驟W在氧化物層中形成開口。首先，如圖4所示，將光致抗蝕劑 材料222涂抹于所述氧化物層220的表面。在一個實施例中，所述光致抗蝕劑的涂抹厚度約 1.3微米。所述光致抗蝕劑材料222通過圖案掩膜接受光照，然后去除所述氧化物層表面暴 露在外的光致抗蝕劑材料。在一個實施例中，根據(jù)轉(zhuǎn)移到光致抗蝕劑上的詳細(xì)圖案，使用反 應(yīng)性離子蝕刻（"RIE")技術(shù)蝕刻結(jié)構(gòu)表面的所述氧化物。還可W理解的是，可W使用其他氧 化物蝕刻工藝替代反應(yīng)性離子蝕刻工藝。在蝕刻工藝中，不去除光致抗蝕劑所覆蓋區(qū)域下 面的氧化物區(qū)域。
[0017] 如圖5所示，采用上述方式對所述氧化物層220的中屯、部分進(jìn)行蝕刻W形成窗口 215。區(qū)域220a對應(yīng)于氧化物層220尚未被蝕刻的部分。在一個實施例中，在下一個步驟之前 利用光致抗蝕劑剝離液去除晶片上的剩余光致抗蝕劑。接下來將多晶娃沉積在襯底210W 及至少部分氧化物層220a的表面，W形成多晶娃層250,所述多晶娃可W是未滲雜的。在一 些實施例中，多晶娃層250的厚度可介于1和4微米之間。
[0018] 接下來進(jìn)行離子注入。尚未被蝕刻掉的剩余氧化物形成硬掩模W防止離子穿過， 使得離子無法進(jìn)入襯底210。在一些情況下，大約1.3微米厚的剩余光致抗蝕劑材料可留在 晶片上，直至完成離子注入，W幫助氧化物在暴露窗口之外的區(qū)域吸收離子。
[0019] 離子注入過程如圖5中由箭頭225所示。箭頭225表示被引入到多晶娃層250上的N+ 型滲雜劑，諸如憐或神。在一個實施例中，采用憐離子注入法滲雜N+型滲雜劑，滲雜劑量為 1.72 X 1013個離子/cm2,能量為140KeV，形成深度約為1微米的滲雜層。在另一個實施例中， 在離子注入工藝中可W使用非常低的能量。在高溫下進(jìn)行后續(xù)擴(kuò)散步驟，W推動注入的離 子進(jìn)一步深入襯底210,從而形成如圖6所示的化型結(jié)層240。
[0020] 如圖7所示，在多晶娃層250上形成氧化層260。在一些實施例中，所述氧化物層260 為低溫氧化物化TO)層260。
[0021] 圖8顯示了采用上述光刻技術(shù)蝕刻LTO層260之后獲得的區(qū)域260a，W形成用于沉 積可選純化層(未顯示)和導(dǎo)電材料的開口。