一種垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管及制造方法，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二極管為半導(dǎo)體領(lǐng)域最為常見(jiàn)的元器件之一，在電子行業(yè)以及工業(yè)有廣泛用途。在現(xiàn)有技術(shù)中，主要存在有以下兩種二極管:以硅、鍺為等半導(dǎo)體材質(zhì)制成的半導(dǎo)體二極管，以及以肖特基二極管為代表的金屬-半導(dǎo)體二極管。半導(dǎo)體二極管在正向?qū)〞r(shí)，具有較高的死區(qū)電壓，大約為0.5V~0.8V，當(dāng)正向電壓超過(guò)死區(qū)電壓時(shí)，二極管才會(huì)導(dǎo)通，因此開(kāi)關(guān)效率較低，且耗能高。肖特基二極管具有較低的死區(qū)電壓，大約為0.2V，且導(dǎo)通速度較快，但是肖特基二極管無(wú)法耐高壓，不適合應(yīng)用在高壓場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有極低的導(dǎo)通電壓，導(dǎo)通速度快，同時(shí)可以耐高壓的垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管及制造方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于:包括襯底，襯底上方為與襯底類(lèi)型相同的外延層，外延層的上端面向下間隔開(kāi)有多個(gè)溝槽，溝槽內(nèi)填充有與外延層的交界面形成P-N結(jié)的填充介質(zhì)，在襯底的下部以及溝槽的上部分別設(shè)置有作為陰極的底層金屬層和作為陽(yáng)極的頂層金屬層；在兩相鄰的所述溝槽之間以及位于兩端的溝槽的外側(cè)還設(shè)置有重?fù)诫s型區(qū)，重?fù)诫s型區(qū)與外延層類(lèi)型相同，位于外延層的上端且與溝槽上端平齊。
[0005]優(yōu)選的，所述的填充介質(zhì)包括填充在溝槽內(nèi)的多晶硅以及設(shè)置在多晶硅與溝槽內(nèi)邊沿之間的單晶硅層。
[0006]優(yōu)選的，所述的填充介質(zhì)為填充在溝槽內(nèi)的單晶硅。
[0007]—種垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管的制造方法，其特征在于:包括如下步驟:
步驟1，在襯底上部首先形成外延層，然后在外延層上依次形成重?fù)诫s區(qū)和氧化層； 步驟2，對(duì)重?fù)诫s區(qū)和氧化層進(jìn)行等間距的刻蝕；
步驟3，以未刻蝕的氧化層作為硬掩膜，在外延層的上方間隔刻蝕出多個(gè)溝槽；
步驟4，在溝槽內(nèi)通過(guò)填充工藝填充與外延層的交界面形成P-N結(jié)的填充介質(zhì)；
步驟5，去除上部多余的填充介質(zhì)以及氧化層；
步驟6，在芯片上、下兩端分別作出頂層金屬層和底層金屬層。
[0008]優(yōu)選的，步驟4中所述的填充工藝，包括如下步驟:
步驟4-1，在溝槽內(nèi)表面生成單晶硅層；
步驟4_2，在溝槽內(nèi)填充多晶娃。
[0009]優(yōu)選的，步驟4所述的填充工藝，包括如下步驟:
步驟4-1，在溝槽內(nèi)填充單晶硅。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是: 1、本垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管，由于采用場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)，相比較傳統(tǒng)的半導(dǎo)體二極管，不存在常規(guī)P-N結(jié)二極管在導(dǎo)通時(shí)所存在的死區(qū)電壓，當(dāng)加載了正向電壓之后，本垂直場(chǎng)效應(yīng)管立即導(dǎo)通，因此具有提高正向?qū)ㄐ实膬?yōu)點(diǎn)。
[0011]2、本垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管，沒(méi)有普通P-N結(jié)二極管的開(kāi)通及關(guān)斷的多子與少子的注入及抽走的過(guò)程，所以開(kāi)關(guān)速度大幅提高，開(kāi)關(guān)頻率可以大幅提升，開(kāi)關(guān)損耗也可降低。
[0012]3、在外延層的上方進(jìn)行重?fù)诫s，形成重?fù)诫s區(qū)域，與金屬層之間實(shí)現(xiàn)了較好的歐姆接觸。
[0013]4、外延層的厚度可根據(jù)實(shí)際需要的耐壓等級(jí)調(diào)節(jié)，因此相比較肖特基二極管可應(yīng)用于電壓較高的場(chǎng)合。
[0014]5、在對(duì)溝槽內(nèi)進(jìn)行填充時(shí)，優(yōu)選首先通過(guò)離子注入的形式形成單晶硅層，然后填充多晶硅，以離子注入的手段，相比較直接填充單晶硅的手段，單晶硅層形成的可靠性更高，對(duì)工藝要求較低。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2~圖9為垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管實(shí)施例1制造方法流程不意圖。
[0017]圖10為垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖11~圖12為垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管實(shí)施例2制造方法流程不意圖。
[0019]圖13為垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖14為垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管實(shí)施例4結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中:1、頂層金屬層2、N+型層3、P型多晶硅4、P型單晶硅層5、底層金屬層6、N型襯底7、N型外延層8、氧化層9、溝槽10、P型單晶硅11、N型多晶硅12、N型單晶硅層13、P型外延層14、P型襯底15、P+型層16、N型單晶硅。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1~9是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1~14對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]實(shí)施例1:
如圖1所示，一種垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管，包括N型襯底6，N型襯底6上方為N型外延層7，自N型外延層7的上端向下間隔設(shè)置有多個(gè)溝槽9，溝槽9與N型外延層7的交界面設(shè)置有P型單晶硅層4，在溝槽9內(nèi)填充有P型多晶硅3。在相鄰兩溝槽9之間以及位于兩端的溝槽9的外側(cè)還設(shè)置有重?fù)诫s的N+型層2，N+型層2位于N型外延層7的上端且與溝槽9上端平齊，通過(guò)重?fù)诫s的N+型層2可以實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸。在N型襯底6的下部以及溝槽9和N+型層2的上部分別設(shè)置有底層金屬層5和頂層金屬層1，頂層金屬層I同時(shí)將溝槽9中的P型多晶硅3以及N+型層2連接，在實(shí)際使用時(shí)，頂層金屬層I作為本垂直場(chǎng)效應(yīng)管的陽(yáng)極，底層金屬層5作為本垂直場(chǎng)效應(yīng)管的陰極。
[0024]如圖2~9所示，本垂直場(chǎng)效應(yīng)管的制造工藝，包括如下步驟:
步驟a，形成N型外延層7和N+型層2。
[0025]在N型襯底6的上部首先形成N型外延層7，在N型外延層7的頂層做出N+型層2，如圖2所示。
[0026]N型外延層7為單晶硅層，其厚度根據(jù)本垂直場(chǎng)效應(yīng)管的耐壓等級(jí)調(diào)節(jié)，因此相比較傳統(tǒng)的肖特基二極管，具有良好的耐高壓特性，可應(yīng)用在高壓場(chǎng)合。位于N型外延層7頂部側(cè)N+型層2可通過(guò)離子注入的方式生成。
[0027]步驟b，在N+型層2上方沉積形成氧化層8，如圖3所示。
[0028]步驟C，通過(guò)光刻等方式對(duì)氧化層8進(jìn)行等間距的刻蝕，如圖4所示。
[0029]步驟d，在N型外延層7上部形成溝槽9。
[0030]以未刻蝕的氧化層8作為硬掩膜，在N型外延層7的上方間隔刻蝕出多個(gè)垂直溝槽9，如圖5所示。
[0031]步驟e，在溝槽9內(nèi)生成P型單晶硅層4。
[0032]利用P型摻雜劑以離子注入的形式在所有溝槽9內(nèi)生成P型單晶硅層4，形成P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，如圖6~7所示。
[0033]步驟f，填充多晶硅；
在形成了 P型單晶硅層4的溝槽9中填充P型多晶硅3，如圖8所示。
[0034]在步驟e~f中，優(yōu)選首先通過(guò)離子注入的形式形成P型單晶硅層4，然后填充P型多晶硅3，相比較直接填充單晶硅的手段，P型單晶硅層4形成的可靠性更高，對(duì)工藝要求較低。
[0035]步驟g，去除上部多余的P型多晶娃3以及氧化層8。
[0036]利用化學(xué)腐蝕或物理拋光的方式將頂部多余的P型多晶硅3以及步驟c中未進(jìn)行刻蝕的氧化層8去除，使芯片上部露出N+型層2以及與N+型層2平齊的P型單晶硅層4和P型多晶娃3，如圖9所不。
[0037]步驟h，在芯片上、下兩端分別作出頂層金屬層I和底層金屬層5，完成如圖1所述的垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管。
[0038]本垂直場(chǎng)效應(yīng)管的工作過(guò)程及工作原理如下:
當(dāng)對(duì)本垂直場(chǎng)效應(yīng)管的施加正向電壓(即正極連接頂層金屬層1，負(fù)極連接底層金屬層5)時(shí)，由于N+型層2、N型外延層7以及N型襯底6均為導(dǎo)體，因此電流由頂層金屬層I依次向下穿過(guò)N+型層2、N型外延層7以及N型襯底6組成的電流通道流至底層金屬層5，此時(shí)，本垂直場(chǎng)效應(yīng)二極管正向?qū)ā?br>[0039]