[发明专利]二极管结构及其制备方法

说明书

本申请涉及二极管结构及其制备方法，该二极管结构包括半导体衬底；阱区，具有第一导电类型，形成于半导体衬底内；栅区，包括形成于部分阱区上的栅氧层和形成于栅氧层上的多晶硅栅层，多晶硅栅层具有第二导电类型，多晶硅栅层的费米能级与半导体衬底的禁带中心的能带距离小于或等于0.3eV；及N型区和P型区，分别形成于栅区两侧的阱区内。通过控制多晶硅栅层的功函数，使其费米能级位于半导体衬底禁带中心附近，减小多晶硅栅层与其下方阱区的功函数差，降低两者之间的接触电势，可解决漏电流、耐压不稳定等问题。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种二极管结构及二极管结构的制备方法。

背景技术

横向二极管结构中的P型区和N型区均形成于半导体衬底的顶层，其中，P型区和N型区构成PN结。为增强PN结的耐压，将N型区与P型区间隔设置，并在N型区和P型区之间设置隔离结构以提高PN结的耐压。然而，在N型区与P型区之间设置隔离结构后，会使得二极管结构的漏电流较大，反向击穿电压不稳定，从而导致二极管结构不稳定。在特殊应用场合如高温、高湿及太空辐射等环境下，二极管的性能将快速退化，可靠性降低而最终导致失效。

发明内容

基于此，有必要针对上述至少一个技术问题，提出一种新的二极管结构。

一种二极管结构，包括：

半导体衬底；

阱区，具有第一导电类型，形成于所述半导体衬底内；

栅区，包括形成于部分所述阱区上的栅氧层和形成于栅氧层上的多晶硅栅层，所述多晶硅栅层具有第二导电类型，所述多晶硅栅层的费米能级与所述半导体衬底的禁带中心的能带距离小于或等于0.3eV；及

N型区和P型区，分别形成于所述栅区两侧的阱区内。

上述二极管结构，N型区和P型区形成于阱区内，N型区和P型区形成PN结，且N型区和P型区之间的阱区上形成有栅区，通过栅区可以调控P型区和N型区之间阱区载流子的分布，从而提高PN结的耐压。其中，阱区具有第一导电类型，多晶硅栅层具有第二导电类型，阱区的费米能级位于半导体衬底禁带中心的一侧，多晶硅栅层的费米能级位于半导体衬底禁带中心的另一侧，调节多晶硅栅层的费米能级，使多晶硅栅层的费米能级处于半导体衬底的禁带中心的附近，使多晶硅栅层的费米能级与半导体衬底的禁带中心的能带距离小于或等于0.3eV，多晶硅栅层和多晶硅栅层下方的阱区之间的功函数差较小，使得多晶硅栅层与阱区之间的接触电势较小，多晶硅栅层与阱区之间的接触电势越小，则在P型区和N型区之间的阱区形成反型层的作用越小，通过栅区控制提高PN结耐压的同时，还可使得N型区和P型区之间的漏电流较小，使二极管结构耐压更加稳定，从而提高二极管结构的可靠性。

在其中一个实施例中，所述半导体衬底包括底层衬底、顶层衬底和形成于所述底层衬底和顶层衬底之间的隔离层，所述阱区形成于所述顶层衬底内。

在其中一个实施例中，所述多晶硅栅层上形成有第一金属硅化物，所述P型区上形成有第二金属硅化物，所述N型区上形成有第三金属硅化物，所述第一金属硅化物上形成有栅极，所述第二金属硅化物上形成有所述二极管结构的阳极，所述第三金属硅化物上形成有所述二极管结构的阴极。

在其中一个实施例中，所述多晶硅栅层的掺杂剂量的数量级范围为10¹³cm^-2-10¹⁴cm^-2。

在其中一个实施例中，所述阱区的掺杂剂量的数量级为10¹²cm^-2，所述N型区和所述P型区的掺杂剂量的数量级为10¹⁵cm^-2。

在其中一个实施例中，所述多晶硅栅层的介电常数的范围为8～10。