[发明专利]一种齐纳二极管及其制造方法

说明书

本申请公开了一种齐纳二极管及其制造方法，包括：半导体衬底；第一外延层，位于半导体衬底上；阱区，位于第一外延层中；第二外延层，位于阱区上；掺杂区，位于第二外延层中，其中，半导体衬底、第一外延层、阱区分别为第一掺杂类型，掺杂区为第二掺杂类型，第一掺杂类型与第二掺杂类型相反，第一外延层的掺杂浓度高于第二外延层的掺杂浓度。第一掺杂类型为N型和P型之一，第二掺杂类型为N型和P型中的另一个。该齐纳二极管通过增加第二层外延层以及在第一外延层中由高能量的离子注入形成阱区可以同时改善击穿电压的稳定性和减小动态电阻。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地涉及一种齐纳二极管及其制造方法。

背景技术

现有技术的齐纳二极管结构图如图1a所示，包括重掺杂半导体衬底110、轻掺杂外延层120、阱区130、掺杂区140，其中掺杂区140与重掺杂半导体衬底110、轻掺杂外延层120、阱区130的掺杂类型相反，在阱区130和掺杂区140之间形成PN结。为了获得较高的击穿电压，需要增加热扩散时间，以保证阱区130的深度大于结击穿时的外延层120中耗尽层宽度。而当阱区130在外延层中扩散时，同时重掺杂半导体衬底110的掺杂杂质也会从外延层120的底部扩散至外延层120中，从而影响外延层120和阱130底部的掺杂浓度。

如果轻掺杂外延层120的厚度不够大，则重掺杂半导体衬底110向外扩散会增加外延层120和阱区130底部的浓度，其载流子浓度分布曲线如图1b所示实线a。由于该齐纳二极管的击穿电压主要由阱区130的掺杂浓度决定，阱区130的掺杂浓度越低，其击穿电压越高，因此该齐纳二极管的击穿电压受到半导体衬底110的影响，从而不稳定，当该齐纳二极管击穿时，如果耗尽层边缘接近于阱区的底部甚至延伸至外延层中，则在阱区130的底部甚至是外延层120中都存在电场，击穿电场分布如图1b的虚线b所示。

例如，击穿电压为70V的二极管，耗尽层宽度大约为4μm，半导体衬底电阻为0.0025～0.004Ω·cm。假如制备的外延层的厚度为6μm(大于耗尽层宽度)，在生产制造中实际的外延层会有一定的误差，一般误差会在±10％之内，即外延层厚度的分布范围大约为5.4μm～6.6μm。外延层和阱区底部的浓度的变化、半导体衬底的扩散、以及外延层厚度的变化会导致二极管击穿电压的变化范围为55V～85V。如果将外延层厚度从6um增加到9um，防止半导体衬底杂质扩散至阱区的底部，这样可以保证二极管的击穿电压稳定，但低浓度的外延层厚度的增加会增大二极管的导通电阻。例如对于击穿电压为70V的二极管，在其他参数相同的情况下，6um厚的外延层电阻约为1.5Ω，当外延层厚度增加到9um时，其电阻会增加到4Ω。由于低掺杂的外延层，相应的电流下钳位电压从80V增大至100V。

因此，现有技术的齐纳二极管的击穿电压以及电阻受轻掺杂外延层厚度的影响。在保证齐纳二极管的电阻较小的前提下，获得一个高稳定击穿电压具有一定的挑战性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种齐纳二极管及其制造方法，该齐纳二极管通过增加第二层外延层以及在第一外延层中由高能量的离子注入形成阱区，可以改善击穿电压的稳定性和减小动态电阻。

根据本发明的第一方面，提供一种齐纳二极管，包括：半导体衬底；第一外延层，位于所述半导体衬底上；阱区，位于所述第一外延层中；第二外延层，位于所述阱区上；掺杂区，位于所述第二外延层中，其中，所述半导体衬底、所述第一外延层、所述阱区分别为第一掺杂类型，所述掺杂区为第二掺杂类型，所述第一掺杂类型与所述第二掺杂类型相反。

优选地，所述阱区高能离子注入形成，注入能量大于1100KeV。

优选地，所述第一掺杂类型为N型和P型之一，所述第二掺杂类型为N型和P型中的另一个。

优选地，所述第一外延层的掺杂浓度为10¹⁴-10¹⁶原子/立方厘米。