專利名稱：一種肖特基二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及肖特基器件。更具體地，本實(shí)用新型涉及一種肖特基二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前肖特基二極管芯片生產(chǎn)工藝中，普遍采用鈦鎳銀三層金屬與N-外延層形成肖特基勢(shì)壘結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)目前存在兩個(gè)弊端，其一，對(duì)鈦鎳銀濕法腐蝕的工藝精度要求非常高，該關(guān)鍵工藝的穩(wěn)定性，往往制約著肖特基二極管的特征參數(shù)的好壞。濕法腐蝕工藝稍有不慎，極易造成肖特基二極管低的反向擊穿電壓和大的漏電流，因而影響了肖特基二極管的性能和芯片的成品率。其次，以鈦鎳銀工藝生產(chǎn)的芯片，易受環(huán)境濕度的影響而表面氧化。在芯片的后序加工過(guò)程中，例如在芯片封裝中的壓焊工序，由于芯片表面的銀已被氧化，導(dǎo)致壓焊絲不能焊接或焊接不牢而產(chǎn)生廢品，這無(wú)疑就增加了生產(chǎn)成本。因此，需要一種能夠易于制造并具有高的成品率的肖特基二極管及其制造方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種肖特基二極管以解決上述技術(shù)問(wèn)題。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面提供一種肖特基二極管，該肖特基二極管包括陰極金屬層，陰極金屬層上的N型硅芯片，該N型硅芯片上具有開(kāi)口的絕緣層，位于所述開(kāi)口中及所述絕緣層上的陽(yáng)極金屬層，并且該肖特基二極管進(jìn)一步包括，該N型硅芯片中位于所述陽(yáng)極金屬層下方的金屬硅化物層，以及該N型硅芯片中位于所述金屬硅化物層周圍的高濃度P型摻雜內(nèi)環(huán)和位于所述高濃度P型內(nèi)環(huán)外側(cè)的高濃度P型摻雜外環(huán)。優(yōu)選地，所述高濃度P型摻雜內(nèi)環(huán)和高濃度P型摻雜外環(huán)的濃度相等或不等。優(yōu)選地，所述高濃度P型摻雜外環(huán)形成在該肖特基二極管邊緣處。優(yōu)選地，所述金屬硅化物層是硅化鎳層。 優(yōu)選地，所述陽(yáng)極金屬層包括第一金屬層和第二金屬層。優(yōu)選地，所述第一金屬層是鈦金屬層，所述第二金屬層是鋁金屬層。優(yōu)選地，所述N型硅芯片進(jìn)一步包括高濃度N型硅襯底和其上的低濃度N型外延層。根據(jù)本實(shí)用新型的肖特基二極管及其制造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。其一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，根據(jù)本實(shí)用新型的肖特基二極管，在低濃度N型(N-)摻雜外延層中形成了兩個(gè)高濃度P型(P+)環(huán)的雙環(huán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。兩個(gè)P+環(huán)的內(nèi)環(huán)可被稱作分壓環(huán)，也可稱為保護(hù)環(huán)，而外環(huán)可被稱為終端環(huán)，其中分壓環(huán)的部分區(qū)域與金屬硅化物層和陽(yáng)極金屬層接觸。設(shè)置雙P+環(huán)的目的是肖特基金屬層在接觸P+環(huán)區(qū)域后在器件外加反偏電壓時(shí)，肖特基勢(shì)壘的耗盡區(qū)首先通過(guò)內(nèi)環(huán)P+分壓環(huán)的耗盡層一次擴(kuò)展再經(jīng)過(guò)外環(huán)P+終端環(huán)的耗盡層進(jìn)一步擴(kuò)展延伸，可以提高肖特基二極管反向擊穿電壓，同時(shí)利用外環(huán)的P+終端環(huán)耗盡層擴(kuò)展的夾斷作用可進(jìn)一步抑制反向漏電流。通過(guò)將終端環(huán)設(shè)置在該二極管的外側(cè)，即將該終端環(huán)設(shè)置在二極管芯片劃片區(qū)域中，在不增加芯片面積的情況下，進(jìn)一步擴(kuò)展了 P+內(nèi)環(huán)的保護(hù)作用，有效降低了器件制造工藝中可能引入的離子沾污對(duì)二極管參數(shù)的影響，有效提高成品率。其二，根據(jù)本實(shí)用新型，位于N-外延層中的兩個(gè)P+環(huán)可以相同的工藝步驟形成。與形成單環(huán)P+環(huán)的肖特基二極管相比，在不增加工藝步驟的情況下，具有兩個(gè)P+環(huán)結(jié)構(gòu)的肖特基二極管顯著提高了產(chǎn)品的成品率，降低了器件的成本。其三，在制造工藝方面，本實(shí)用新型采用鎳金屬與N-外延層形成肖特基勢(shì)壘，以及鈦鋁金屬形成的陽(yáng)極。鎳鈦鋁金屬是半導(dǎo)體芯片制造工藝中常見(jiàn)材料，其特性與鈦鎳銀比較，相對(duì)穩(wěn)定、成本低。在后道工序的加工過(guò)程中適應(yīng)性更廣泛。并且該新工藝在實(shí)施過(guò)程中，無(wú)論鎳鈦鋁的淀積還是腐蝕方法，都更易于實(shí)際操作，且重復(fù)性好。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的肖特基二極管的剖面示意圖；圖2是沿圖1所示肖特基二極管L線的橫向剖面示意圖；圖3A-3K示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型的肖特基二極管的制作步驟。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。各圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，為便于說(shuō)明，各區(qū)域的大小未按比例繪制。圖1和圖2示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型的肖特基二極管100的結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)本實(shí)用新型的肖特基二極管100包括由金屬層I形成的陰極引出端。優(yōu)選地，該陰極金屬層可由鈦鎳銀合金，例如依次淀積的鈦層、鎳層和銀層形成，或由金構(gòu)成。位于陰極金屬層I上的是N型硅芯片。該N型硅芯片包括高濃度N型摻雜(N+)硅襯底2和其上的低濃度N型摻雜(N-)外延層3。優(yōu)選地，該N+硅襯底可以是單晶硅襯底，位于該N+硅襯底2上的是通過(guò)外延生長(zhǎng)的一層濃度較低的N型摻雜硅層，即N-外延層3。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)肖特基器件的參數(shù)要求設(shè)計(jì)該N-外延層的電阻率和厚度。該N-外延層3的上部形成有肖特基器件勢(shì)壘區(qū)和勢(shì)壘擴(kuò)展區(qū)域，這也是器件的參數(shù)的形成區(qū)。該勢(shì)壘區(qū)和勢(shì)壘擴(kuò)展區(qū)包括硅化鎳區(qū)，包圍硅化鎳區(qū)的高濃度P型摻雜(P+)內(nèi)環(huán)7和位于P+內(nèi)環(huán)外側(cè)的P+外環(huán)5。該P(yáng)+外環(huán)5是P+雙環(huán)中的終端環(huán)，優(yōu)選地位于芯片外側(cè)，處于芯片的劃片區(qū)域內(nèi)。優(yōu)選地，該P(yáng)+外環(huán)5與P+內(nèi)環(huán)7以相同的工藝步驟形成，并具有相同的摻雜濃度。在N-外延層中，P+內(nèi)環(huán)區(qū)域?yàn)殡p環(huán)中的分壓環(huán)。圖1中顯示為左右對(duì)稱的兩個(gè)U型結(jié)構(gòu)7，在圖2中如內(nèi)環(huán)7所示。P+分壓環(huán)區(qū)域的作用是提高器件的反向擊穿電壓。P+外環(huán)5在圖1中顯示為左右對(duì)稱的兩個(gè)半U(xiǎn)型結(jié)構(gòu)，在圖2中如外環(huán)5所示。當(dāng)肖特基器件在加反向電壓時(shí)，P+外環(huán)5進(jìn)一步延伸了內(nèi)環(huán)P+勢(shì)魚區(qū),提高了反向擊穿電壓，同時(shí)抑制了器件從陰極流向陽(yáng)極的反向漏電流。另一方面，P+外環(huán)5進(jìn)一步擴(kuò)展了 P+內(nèi)環(huán)的保護(hù)作用，有效降低了器件制造工藝中可能引入的離子沾污對(duì)二極管參數(shù)的影響，有效提高成品率。肖特基二極管100進(jìn)一步包括形成在N-外延層上的氧化硅層6。該氧化硅層具有用于形成陽(yáng)極金屬層的陽(yáng)極開(kāi)口，該開(kāi)口部分地暴露出上述P+內(nèi)環(huán)勢(shì)壘區(qū)的一部分和P+內(nèi)環(huán)勢(shì)壘區(qū)內(nèi)的區(qū)域。在該陽(yáng)極開(kāi)口下方的N-外延層中形成有硅化物例如硅化鎳層。在位于N-外延層上的開(kāi)口中以及部分絕緣層上，優(yōu)選地依次包括陽(yáng)極緩沖區(qū)8和陽(yáng)極引出端9作為陽(yáng)極金屬層。例如緩沖區(qū)8由金屬鈦形成用于提高肖特基器件參數(shù)的穩(wěn)定性和可靠性，陽(yáng)極引出端9由金屬鋁構(gòu)成。陽(yáng)極金屬層在絕緣層上的邊界位于P+內(nèi)外環(huán)之間。下面將參照?qǐng)D3A-3K來(lái)描述根據(jù)本實(shí)用新型的肖特基二極管的制作方法。在N+硅襯底2生長(zhǎng)一定厚度的N-外延層3，見(jiàn)圖3A。在N-外延層3上通過(guò)熱氧化生長(zhǎng)0.5μπι Iym二氧化硅，見(jiàn)圖3Β。利用第一刻蝕工藝，包括光刻掩膜和腐蝕工藝，在熱氧化得到的二氧化硅絕緣層中刻蝕出用于形成P+環(huán)的內(nèi)環(huán)開(kāi)口和外環(huán)開(kāi)口，見(jiàn)圖3C。內(nèi)環(huán)和外環(huán)優(yōu)選同心設(shè)置。以所述絕緣層為掩膜，通過(guò)離子注入工藝對(duì)芯片進(jìn)行硼離子(Bll+)摻雜注入，注入劑量例如為I X IO14離子/厘米2 I X IO15離子/厘米2，見(jiàn)圖3D。隨后芯片在溫度1000 1150°C下進(jìn)行退火處理，使芯片上硼離子(Bll+)擴(kuò)散2微米左右的深度，該退火處理同時(shí)在芯片上進(jìn)一步形成熱氧化二氧化硅絕緣層6，見(jiàn)圖3E。該離子注入和退火步驟在N-外延層中與所述內(nèi)環(huán)開(kāi)口和外環(huán)開(kāi)口對(duì)應(yīng)的位置分別形成P+內(nèi)環(huán)7和位于P+內(nèi)環(huán)外側(cè)的P+外環(huán)5。P+內(nèi)環(huán)7和P+外環(huán)5可以具有相同或不同的摻雜濃度，優(yōu)選地，二者具有相同的摻雜濃度。利用包括光刻掩膜和腐蝕的第二刻蝕工藝，在絕緣層6上刻蝕出用于形成肖特基器件勢(shì)壘的摻雜區(qū)和陽(yáng)極電極開(kāi)口，暴露P+內(nèi)環(huán)的一部分及其內(nèi)的N-外延層區(qū)域，見(jiàn)圖3F中的區(qū)域10。在整個(gè)芯片上濺射金屬鎳Ni，厚度例如為0.04μπι 0.1 μ m，見(jiàn)圖3G。對(duì)形成有金屬鎳層的芯片進(jìn)行退火處理。優(yōu)選地，退火溫度為380 600°C，時(shí)間為0.5-2小時(shí)，在芯片表面P+內(nèi)環(huán)7中間的區(qū)域中形成硅化鎳層作為金屬勢(shì)壘層。隨后，利用刻蝕工藝去除芯片及絕緣層6表面的金屬鎳，暴露開(kāi)口部分中的芯片表面，見(jiàn)圖3H。在得到的上述芯片結(jié)構(gòu)上依次濺射厚度為0.20 μ m 0.50 μ m的金屬鈦Ti和厚度為2μπι以上金屬鋁Al，見(jiàn)圖31。利用第三光刻掩膜、腐蝕工藝，刻蝕陽(yáng)極區(qū)域以外的鈦鋁層，即形成肖特基器件的陽(yáng)極金屬層。優(yōu)選地，該陽(yáng)極金屬層的邊界位于P+內(nèi)環(huán)和P+外環(huán)之間，見(jiàn)圖3J。最后，對(duì)硅襯底背面進(jìn)行處理，形成陰極金屬層I。先將硅襯底背面減薄，優(yōu)選減薄到150 μ m 300 μ m。清洗后，通過(guò)蒸發(fā)金Au或?yàn)R射鈦鎳銀三層金屬TiNiAg，在硅襯底背面形成陰極金屬層，即形成芯片內(nèi)引線陰極，見(jiàn)圖3K。由此可得到如圖1所示根據(jù)本實(shí)用新型的肖特基二極管。實(shí)例采用如上所述制造方法，制作一種反向擊穿電壓為30V的肖特基二極管。該肖特基二極管中P+內(nèi)環(huán)寬度dl約為18 μ m, P+外環(huán)寬度d2約為40 μ m。硼離子注入劑量約為I X IO14厘米_2，P+內(nèi)環(huán)和外環(huán)的深度 分別約為2 μ m,其設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)為，反向擊穿電壓Ve 彡 30V, Ve=20V 時(shí) Ik 彡 45 μ A。[0040]對(duì)得到的肖特基二極管進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為，VK=42V左右，VK=20V時(shí)Ik ≤ 3 μ A0從該芯片參數(shù)測(cè)試結(jié)果可以看出，與未采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)肖特基二極管反向擊穿電壓小于35V相比，根據(jù)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的肖特基二極管反向擊穿電壓提高到大于42V的高擊穿電壓，漏電流從原來(lái)的毫安級(jí)降低到微安級(jí)，并且參數(shù)的一致性得到了很好的控制。此夕卜，芯片合格率和產(chǎn)出率從未采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)的90%左右提高到98%以上。由此可見(jiàn)，采用具有根據(jù)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的肖特基二極管其制造方法，不僅改善了器件的參數(shù)，更重要的是簡(jiǎn)化了兩個(gè)關(guān)鍵制造工藝，即器件的陽(yáng)極蒸發(fā)和腐蝕工藝，提高了腐蝕工藝的穩(wěn)定性，節(jié)約了生產(chǎn)成本。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種肖特基二極管，包括 陰極金屬層； 陰極金屬層上的N型硅芯片； 該N型硅芯片上具有開(kāi)口的絕緣層； 位于所述開(kāi)口中及所述絕緣層上的陽(yáng)極金屬層； 其特征在于，該肖特基二極管進(jìn)一步包括， 該N型硅芯片中位于所述陽(yáng)極金屬層下方的金屬硅化物層，以及 該N型硅芯片中位于所述金屬硅化物層周圍的高濃度P型摻雜內(nèi)環(huán)和位于所述高濃度P型內(nèi)環(huán)外側(cè)的高濃度P型摻雜外環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述高濃度P型摻雜內(nèi)環(huán)和高濃度P型摻雜外環(huán)的摻雜濃度相等或不等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述高濃度P型摻雜外環(huán)形成在該肖特基二極管邊緣處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述金屬硅化物層是硅化鎳層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述陽(yáng)極金屬層包括第一金屬層和第二金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的肖特基二極管，其特征在于，所述第一金屬層是鈦金屬層，所述第二金屬層是鋁金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述N型硅芯片進(jìn)一步包括高濃度N型硅襯底和其上的低濃度N型外延層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種肖特基二極管。該肖特基二極管，包括陰極金屬層，陰極金屬層上的N型硅芯片，該N型硅芯片上具有開(kāi)口的絕緣層，位于所述開(kāi)口中及所述絕緣層上的陽(yáng)極金屬層。該肖特基二極管進(jìn)一步包括該N型硅芯片中位于所述陽(yáng)極金屬層下方的金屬硅化物層，以及該N型硅芯片中位于所述金屬硅化物層周圍的高濃度P型摻雜內(nèi)環(huán)和位于所述高濃度P型內(nèi)環(huán)外側(cè)的高濃度P型摻雜外環(huán)；所述陽(yáng)極金屬層由鈦鋁金屬構(gòu)成。根據(jù)本實(shí)用新型制作而得的肖特基二極管，不僅其性能參數(shù)得到了改善，并且在不增加工藝步驟的情況下其生產(chǎn)制作的成品率獲得顯著提高。
文檔編號(hào)H01L29/872GK202996845SQ201220735418
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者王劍敏 申請(qǐng)人:北京燕東微電子有限公司