本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制作工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合二極管及其制作方法。

背景技術(shù)：

功率二極管是電路系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，廣泛適用于高頻逆變器、數(shù)碼產(chǎn)品、發(fā)電機(jī)、電視機(jī)等民用產(chǎn)品和衛(wèi)星接收裝置、導(dǎo)彈及飛機(jī)等各種先進(jìn)武器控制系統(tǒng)和儀器儀表設(shè)備的軍用場合。功率二極管正向著兩個(gè)重要方向拓展：(1)向幾千乃至上萬安培發(fā)展，可應(yīng)用于高溫電弧風(fēng)洞、電阻焊機(jī)等場合；(2)反向恢復(fù)時(shí)間越來越短，呈現(xiàn)向超快、超軟、超耐用方向發(fā)展，使自身不僅用于整流場合，在各種開關(guān)電路中有著不同作用。為了滿足低功耗、高頻、高溫、小型化等應(yīng)用要求對(duì)其的耐壓、導(dǎo)通電阻、開啟壓降、反向恢復(fù)特性、高溫特性等越來越高。

通常應(yīng)用的有肖特基二極管、PIN二極管。它們相互比較各有特點(diǎn):肖特基整流管具有較低的通態(tài)壓降，較大的漏電流，反向恢復(fù)時(shí)間幾乎為零。而PIN快恢復(fù)整流管具有較快的反向恢復(fù)時(shí)間，但其通態(tài)壓降很高。為了滿足快速開關(guān)器件應(yīng)用配套需要，將肖特基整流管和PIN整流管的優(yōu)點(diǎn)集于一體，研制出混合二極管，它不僅具有較高的反向阻斷電壓，而且其通態(tài)壓降很低，反向恢復(fù)時(shí)間很短，反向恢復(fù)峰值電流很小，具有軟的反向恢復(fù)特性。但是現(xiàn)有的混合二極管的抗擊穿能力、通態(tài)壓降和漏電流仍然限制了其應(yīng)用場合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種混合二極管及其制作方法，所涉及的混合二極管較現(xiàn)有的混合二極管的抗擊穿能力更強(qiáng)，通態(tài)壓降 更低，漏電流更小。

為此目的，一方面，本發(fā)明提出一種混合二極管，包括：

襯底、位于所述襯底上的N型外延層和位于所述N型外延層上的金屬層；其中，

所述N型外延層包括至少兩個(gè)溝槽，每個(gè)溝槽的側(cè)壁設(shè)置有氧化硅層，每個(gè)溝槽內(nèi)填充有P型多晶硅，每個(gè)溝槽的底部通過所述N型外延層和所述襯底接觸，

所述金屬層和所述溝槽中的P型多晶硅接觸。

另一方面，本發(fā)明提出一種混合二極管的制作方法，包括：

在襯底表面形成N型外延層；

使用光刻膠作為掩膜，對(duì)所述N型外延層的至少兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行干法刻蝕，從而在所述N型外延層內(nèi)形成至少兩個(gè)溝槽；

在每個(gè)溝槽側(cè)壁上形成氧化硅層；

在每個(gè)溝槽內(nèi)形成P型多晶硅；

在所述N型外延層的表面形成金屬層，并且所述金屬層和所述溝槽中的P型多晶硅接觸。

本發(fā)明實(shí)施例所述的混合二極管及其制作方法，所涉及的混合二極管，在該混合二極管上加載反向偏置電壓時(shí)，在該混合二極管的氧化硅層與N型外延層接觸的界面上，以及該混合二極管的底部會(huì)形成圓弧形的耗盡層，并且隨著該混合二極管上加載的反向偏置電壓的提高，圓弧形的耗盡層會(huì)逐漸增大，從而相鄰位置的耗盡層能夠連接起來，而耗盡層的電阻較大，從而能夠使該混合二極管的肖特基勢(shì)壘承擔(dān)的電壓減小，進(jìn)而使該混合二極管的肖特基勢(shì)壘具有更低的電場強(qiáng)度，從而使該混合二極管的抗擊穿能力提高；該混合二極管的N型外延層和溝槽內(nèi)填充的P型多晶硅形成的PN結(jié)的通態(tài)壓降較大，漏電流較小，該混合二極管的肖特基勢(shì)壘結(jié)的通態(tài)壓降較小，漏電流較大，因而該混合二極管相較于PIN二極管具有 較小的通態(tài)壓降，相較于肖特基二極管具有較大的漏電流。

附圖說明

圖1為本發(fā)明混合二極管一實(shí)施例的剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明混合二極管的制作方法一實(shí)施例的流程示意圖；

圖3～圖8為一實(shí)施例中混合二極管在制作過程中的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本實(shí)施例公開一種混合二極管，包括：

襯底1、位于所述襯底1上的N型外延層2和位于所述N型外延層2上的金屬層7；其中，

所述N型外延層2包括至少兩個(gè)溝槽3，每個(gè)溝槽3的側(cè)壁設(shè)置有氧化硅層4，每個(gè)溝槽3內(nèi)填充有P型多晶硅50，每個(gè)溝槽3的底部通過所述N型外延層2和所述襯底1接觸，

所述金屬層7和所述溝槽3中的P型多晶硅50接觸。

本發(fā)明實(shí)施例中，各個(gè)溝槽的寬度和間距可以相同，也可以不同。

本發(fā)明實(shí)施例所述的混合二極管，在該混合二極管上加載反向偏置電壓時(shí)，在該混合二極管的氧化硅層與N型外延層接觸的界面上，以及該混合二極管的底部會(huì)形成圓弧形的耗盡層，并且隨著該混合二極管上加載的反向偏置電壓的提高，圓弧形的耗盡層會(huì)逐漸增大，從而相鄰位置的耗盡層能夠連接起來，而耗盡層的電阻較大， 從而能夠使該混合二極管的肖特基勢(shì)壘的界面電壓減小，進(jìn)而使該混合二極管的肖特基勢(shì)壘具有更低的電場強(qiáng)度，從而使該混合二極管的抗擊穿能力提高；該混合二極管的N型外延層和溝槽內(nèi)填充的P型多晶硅形成的PN結(jié)的通態(tài)壓降較大，漏電流較小，該混合二極管的肖特基勢(shì)壘結(jié)的通態(tài)壓降較小，漏電流較大，因而該混合二極管相較于PIN二極管具有較小的通態(tài)壓降，相較于肖特基二極管具有較大的漏電流。

可選地，在本發(fā)明混合二極管的實(shí)施例中，所述氧化硅由所述N型外延層氧化形成。

可選地，在本發(fā)明混合二極管的實(shí)施例中，所述襯底為硅晶片，所述N型外延層為與所述襯底摻雜的離子濃度不同的硅晶片。

參看圖2，本實(shí)施例還公開一種制作如前述實(shí)施例所述的混合二極管的方法，包括：

S1、在襯底表面形成N型外延層；

S2、使用光刻膠作為掩膜，對(duì)所述N型外延層的至少兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行干法刻蝕，從而在所述N型外延層內(nèi)形成至少兩個(gè)溝槽；

S3、在每個(gè)溝槽側(cè)壁上形成氧化硅層；

S4、在每個(gè)溝槽內(nèi)形成P型多晶硅；

S5、在所述N型外延層的表面形成金屬層，并且所述金屬層和所述溝槽中的P型多晶硅接觸。

本發(fā)明實(shí)施例所述的混合二極管的制作方法，在按照該制作方法制成的混合二極管上加載反向偏置電壓時(shí)，在該混合二極管的氧化硅層與N型外延層接觸的界面上，以及該混合二極管的底部會(huì)形成圓弧形的耗盡層，并且隨著該混合二極管上加載的反向偏置電壓的提高，圓弧形的耗盡層會(huì)逐漸增大，從而相鄰位置的耗盡層能夠連接起來，而耗盡層的電阻較大，從而能夠使該混合二極管的肖特基勢(shì)壘承擔(dān)的電壓減小，進(jìn)而使該混合二極管的肖特基勢(shì)壘具有更 低的電場強(qiáng)度，從而使該混合二極管的抗擊穿能力提高；該混合二極管的N型外延層和溝槽內(nèi)填充的P型多晶硅形成的PN結(jié)的通態(tài)壓降較大，漏電流較小，該混合二極管的肖特基勢(shì)壘結(jié)的通態(tài)壓降較小，漏電流較大，因而該混合二極管相較于PIN二極管具有較小的通態(tài)壓降，相較于肖特基二極管具有較大的漏電流。

可選地，在本發(fā)明混合二極管的制作方法的實(shí)施例中，所述在每個(gè)溝槽側(cè)壁上形成氧化硅層，包括：

對(duì)所述N型外延層進(jìn)行熱氧化，在所述N型外延層的表面和所述至少兩個(gè)溝槽中形成連續(xù)的氧化硅層；

進(jìn)行干法刻蝕，去除所述N型外延層表面的氧化硅層和所述至少兩個(gè)溝槽底部的氧化硅層。

可選地，在本發(fā)明混合二極管的制作方法的實(shí)施例中，所述在每個(gè)溝槽內(nèi)形成P型多晶硅，包括：

在所述溝槽內(nèi)填充多晶硅；

使用光刻膠作為掩膜，對(duì)所述多晶硅進(jìn)行P型離子注入。

可選地，在本發(fā)明混合二極管的制作方法的實(shí)施例中，所述在所述溝槽內(nèi)填充多晶硅，包括：

在所述N型外延層的表面和所述溝槽中設(shè)置多晶硅；

進(jìn)行干法刻蝕，去除所述N型外延層表面的多晶硅。

下面對(duì)本發(fā)明混合二極管的制作方法的一實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。該制作過程分為以下幾個(gè)步驟：

步驟1，在硅晶片表面形成N型外延層，并使用光刻膠作為掩膜，進(jìn)行干法刻蝕，在硅晶片表面形成溝槽(該步驟形成的溝槽底部和硅晶片保持有一定距離)，該步驟完成后形成的器件結(jié)構(gòu)的剖面效果圖如圖3所示，圖3中1為硅晶片，圖3中2為N型外延層，圖3中3為溝槽。

步驟2，對(duì)圖3所示的硅晶片進(jìn)行熱氧化，在硅晶片表面形成氧 化硅層，該步驟完成后形成的器件結(jié)構(gòu)的剖面效果圖如圖4所示，圖4中4為氧化硅層。

步驟3，對(duì)圖4所示的硅晶片進(jìn)行干法刻蝕，去除硅晶片表面(包括N型外延層表面和溝槽底部)的氧化硅層，該步驟完成后在硅晶片表面只在溝槽側(cè)壁覆蓋有氧化硅層，該步驟完成后形成的器件結(jié)構(gòu)的剖面效果圖如圖5所示。

步驟4，在圖5所示的硅晶片表面填充多晶硅，該步驟完成后形成的器件結(jié)構(gòu)的剖面效果圖如圖6所示，圖6中5為多晶硅。

步驟5，對(duì)圖6所示的硅晶片進(jìn)行干法刻蝕，去除硅晶片表面的多晶硅，并使用光刻膠作為掩膜，進(jìn)行P型離子注入，形成P型多晶硅，該步驟完成后形成的器件結(jié)構(gòu)的剖面效果圖如圖7所示，圖7中50為P型多晶硅，6為光刻膠。

步驟6，去除圖7所示的硅晶片表面的光刻膠，該步驟完成后形成的器件結(jié)構(gòu)的剖面效果圖如圖8所示。

步驟7，在圖8所示的硅晶片表面制備金屬層，該步驟完成后形成的器件結(jié)構(gòu)的剖面效果圖如圖1所示，圖1中7為金屬層。

雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。