一種肖特基二極管的制造工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肖特基二極管的制造工藝方法，包括如下工藝步驟：1）在N+硅基片正面依次生長N-外延層、非摻雜的氧化硅、氮化硅硬掩膜層，光刻、干法刻蝕氮化硅硬掩膜層，形成底部斜切口；2）N-外延層上干法刻蝕深溝槽；3）熱氧化法生長柵極氧化膜；4）溝槽填充多晶硅；5）回刻多晶硅，氮化硅硬掩膜層上方多晶硅全部去除，溝槽內(nèi)多晶硅刻蝕到該硬掩膜層的2/3處；6）去除氮化硅硬掩膜層，停止在柵極氧化膜上，剩余多晶硅形貌呈T型；7）N+硅基片正面沉積接觸孔介質(zhì)膜；8）刻蝕接觸孔介質(zhì)膜，停止在N-外延層上，形成U形柵極氧化膜；9）淀積金屬陽極和金屬陰極。本發(fā)明解決了現(xiàn)有工藝導(dǎo)致器件漏電增大和BV電壓偏低的問題。
【專利說明】一種肖特基二極管的制造工藝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造工藝，尤其涉及一種肖特基二極管的制造工藝方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 溝槽MOS型肖特基二極管因?yàn)槠湔驅(qū)娮栊。聪蚱珘郝╇娦〉奶匦?，被廣 泛應(yīng)用在整流器等電力器件中?，F(xiàn)有的工藝流程如圖IA到圖IH所示，采用如下步驟：（1) 如圖IA所不，在N+娃基片101上使用外延的方法生長一層N-外延層102。用化學(xué)氣相沉 積工藝生長一層硬掩膜層二氧化硅103,厚度在1000A-3000A，然后光刻和干法刻蝕該硬掩 膜層二氧化硅103,去膠，干法刻蝕形成硅溝槽的圖形。（2)如圖IB所示，用濕法刻蝕去除 該硬掩膜層二氧化硅103,可以使用BOE等刻蝕二氧化硅的藥液。（3)如圖IC所示，使用熱 氧化法生長一層?xùn)艠O氧化膜105,因?yàn)檫@層氧化膜和器件的反向耐壓有直接關(guān)系，所以要選 用氧化膜質(zhì)量較好的熱氧化法，厚度一般在800-4000A之間。（4)如圖ID所示，用化學(xué)氣 相沉積法填充多晶硅106。（5)如圖IE所示，干法刻蝕多晶硅106,在非溝槽區(qū)域，刻蝕停 止在柵極氧化膜105上，在溝槽區(qū)域，多晶硅在溝槽內(nèi)有500-3000A的刻蝕量。（6)如圖IF 所示，用化學(xué)氣相沉積法沉積接觸孔（Contact)介質(zhì)膜107,一般這層介質(zhì)膜是摻雜硼或者 是磷的氧化膜，用于吸收金屬離子等雜質(zhì)，厚度在4000-10000A之間。（7)如圖IG所示，光 刻工藝定義出需要刻蝕的區(qū)域，用干法或者濕法刻蝕定義出接觸孔區(qū)域，因?yàn)闁艠O氧化膜 105和接觸孔介質(zhì)膜107沒有選擇比，同時(shí)接觸孔刻蝕要保證一定的過刻蝕量以保證沒有 氧化膜殘留，所以在硅片表面柵極氧化膜區(qū)域形成一個(gè)凹形的溝槽，這個(gè)凹槽介于N-外延 層102和硅溝槽內(nèi)填充的多晶硅106之間。（8)如圖IH所示，用化學(xué)氣相沉積（CVD)或者 物理氣相沉積（PVD)方法沉積一層金屬阻障層110和金屬陽極108,最后在N+硅基片101 背面形成金屬陰極109。因?yàn)榍懊嫣岬降陌疾鄣拇嬖?，金屬?huì)填充在凹槽中，在溝槽之間的 硅平臺(tái)邊緣會(huì)形成尖銳的半導(dǎo)體和金屬接觸，造成一定程度的漏電問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種肖特基二極管的制造工藝方法，解決現(xiàn)有工藝 在接觸孔刻蝕過程中溝槽柵極氧化膜在溝槽頂部的凹槽會(huì)導(dǎo)致溝槽MOS型肖特基二極管 器件的漏電增大和BV電壓偏低的問題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種肖特基二極管的制造工藝方法，包括如下 工藝步驟：
[0005] (1)準(zhǔn)備N+硅基片，在N+硅基片正面生長N-外延層；N-外延層上面生長非摻雜 的氧化硅，在非摻雜的氧化硅上方淀積氮化硅硬掩膜層，并進(jìn)行圖形化工藝，干法刻蝕氮化 硅硬掩膜層，刻蝕后形成底部斜切口形狀；
[0006] (2)去除光刻膠后，再通過干法刻蝕刻蝕出深溝槽，N-外延層上形成了規(guī)律排列的 溝槽；
[0007] (3)熱氧化法生長柵極氧化膜；
[0008] (4)溝槽中填充多晶硅；
[0009] (5)以氮化硅硬掩膜層作為刻蝕停止層回刻多晶硅，將氮化硅硬掩膜層上方的多 晶硅全部去除掉，溝槽內(nèi)多晶硅刻蝕到氮化硅硬掩膜層的2/3處；
[0010] (6)去除氮化硅硬掩膜層，刻蝕停止在柵極氧化膜上，由于多晶硅回刻刻蝕到氮化 硅硬掩膜層2/3處，去除氮化硅硬掩膜層后剩余多晶硅形貌呈T型；
[0011] (7)在N+硅基片正面沉積一層接觸孔介質(zhì)膜；
[0012] (8)刻蝕接觸孔介質(zhì)膜，停止在N-外延層上，T型多晶硅之下的柵極氧化膜得以保 留，形成U形的柵極氧化膜；
[0013] (9)在N+硅基片正面淀積金屬陽極，在N+硅基片背面淀積金屬陰極。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟（1)中，所述N-外延層的厚度在5-10μm，摻雜濃度在1E12到 lE15cm3 之間。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟（1)中，所述的非摻雜的氧化硅采用熱氧化法或常壓化學(xué)氣相沉積 法生長，其厚度在150-500A之間；所述氮化硅硬掩膜層采用化學(xué)氣相沉積法淀積，其厚度 在 1000-4500A之間。
[0016] 進(jìn)一步地，步驟（1)中，所述氮化硅硬掩膜層的干法刻蝕采用雙功率源刻蝕設(shè)備， 包含上部電源功率和偏轉(zhuǎn)功率；所述干法刻蝕分前段刻蝕和后段刻蝕，具體刻蝕參數(shù)設(shè)置 為：前段刻蝕中，腔體壓力為10?50毫托，上部電源功率為300?850W，偏轉(zhuǎn)功率為55? 250W，碳氟系氣體流量為50?250sccm;后段刻蝕的刻蝕參數(shù)：壓力為40?100毫托，上部 電源功率為600?900W，偏轉(zhuǎn)功率為40?100W，碳氟系氣體流量為10?300sccm。
[0017] 進(jìn)一步地，步驟（2)中，所述溝槽的深度在1μm-4μm之間。
[0018] 進(jìn)一步地，步驟（3)中，所述柵極氧化膜的厚度在500-4000A。
[0019] 進(jìn)一步地，步驟（6)中，所述去除氮化硅硬掩膜層采用濕法刻蝕，濕法藥液是熱磷 酸。
[0020] 進(jìn)一步地，步驟（9)中，所述金屬陽極的膜層結(jié)構(gòu)是單層金屬A1，或者是Ti/TiN/ Al的多層金屬結(jié)構(gòu)。
[0021] 進(jìn)一步地，步驟（9)中，如所述金屬陽極的膜層結(jié)構(gòu)是Ti/TiN/Al的多層金屬結(jié) 構(gòu)，則所述金屬陽極在沉積后可增加一步退火工藝，退火條件為690°C，N2, 30s。
[0022] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：對(duì)于溝槽MOS型肖特基二極管器件， 傳統(tǒng)工藝在接觸孔刻蝕過程中溝槽柵極氧化膜在溝槽頂部的凹槽會(huì)導(dǎo)致器件漏電增大，BV 電壓降低的問題。本發(fā)明通過避免溝槽柵極氧化膜凹槽的形貌甚至是形成凸出的U形溝槽 柵氧化膜的形貌，來改善肖特基二極管的漏電和耐壓問題。為了制造出上述物理形貌，本發(fā) 明通過優(yōu)化深溝槽硬質(zhì)掩膜的形貌，形成切口形貌，制造出具有絕緣層突出特征的結(jié)構(gòu)，避 免了漏電和BV偏低的問題。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，本發(fā)明的溝槽MOS型肖特基二極管的initial leakage(初始漏電）從KT3A降低到KT6A的水平，ImA時(shí)VR在100V以上，BV面內(nèi)均一性 有顯者提商。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖IA-圖IH是現(xiàn)有的工藝流程的斷面示意圖；其中，圖IA是現(xiàn)有的工藝流程的步 驟（1)完成后的斷面示意圖；圖IB是現(xiàn)有的工藝流程的步驟（2)完成后的斷面示意圖；圖 IC是現(xiàn)有的工藝流程的步驟（3)完成后的斷面示意圖；圖ID是現(xiàn)有的工藝流程的步驟（4) 完成后的斷面示意圖；圖IE是現(xiàn)有的工藝流程的步驟（5)完成后的斷面示意圖；圖IF是現(xiàn) 有的工藝流程的步驟（6)完成后的斷面示意圖；圖IG是現(xiàn)有的工藝流程的步驟（7)完成后 的斷面示意圖；圖IH是現(xiàn)有的工藝流程的步驟（8)完成后的斷面示意圖；
[0024] 圖2A-圖21是本發(fā)明的工藝流程的斷面示意圖；其中，圖2A是本發(fā)明方法的步驟 (1)完成后的示意圖；圖2B是本發(fā)明方法的步驟（2)完成后的示意圖；圖2C是本發(fā)明方法 的步驟（3)完成后的示意圖；圖2D是本發(fā)明方法的步驟（4)完成后的示意圖；圖2E是本 發(fā)明方法的步驟（5)完成后的示意圖；圖2F是本發(fā)明方法的步驟（6)完成后的示意圖；圖 2G是本發(fā)明方法的步驟（7)完成后的示意圖；圖2H是本發(fā)明方法的步驟（8)完成后的示 意圖；圖21是本發(fā)明方法的步驟（9)完成后的示意圖；
[0025] 圖中附圖標(biāo)記說明如下：
[0026] 101是N+娃基片；102是N-外延層；103是二氧化娃；104是氣化娃硬掩膜層；105 是柵極氧化膜；106是多晶娃；107是接觸孔介質(zhì)膜；108是金屬陽極；109是金屬陰極；110 是金屬阻障層。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0028] 參考圖2A-圖21，描述了一個(gè)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。
[0029] 本發(fā)明一種肖特基二極管的制造工藝方法，包括如下步驟：
[0030] (1)如圖2A所示，N+硅基片101是高摻雜N型的半導(dǎo)體基片，在N+硅基片101的 正面外延生長（印i) 一層低摻雜N型單晶硅，形成N-外延層102,N-外延層102的厚度在 5-1(^111之間，摻雜濃度在巧12-巧15〇^3之間。在^外延層102上面生長一層150-50(^ 的二氧化硅103,這一層二氧化硅103主要作用是消除氮化硅硬掩膜層和硅基板由于膨脹 系數(shù)不同造成的應(yīng)力問題，這一層氧化膜可以采用熱氧化法生長，也可以采用常壓化學(xué)氣 相沉積法生長。二氧化硅103上方使用化學(xué)氣相沉積方法沉積1000-4500A的氮化硅硬掩 膜層4,其厚度主要由刻蝕溝槽的深度決定。接著光刻膠圖形化和干法刻蝕氮化硅硬掩膜 層4,此步干法刻蝕分前段刻蝕和后段刻蝕，前段刻蝕形成相對(duì)垂直的刻蝕圖形，刻蝕厚度 在氮化硅硬掩膜層4的2/3處，在所述后段刻蝕中改變刻蝕參數(shù)使側(cè)向性刻蝕增強(qiáng)（即對(duì)邊 緣的刻蝕作用加大)，從而在氮化硅硬掩膜層4底部形成斜切口結(jié)構(gòu)(見圖2A)。具體的氮化 硅硬掩膜層4的干法刻蝕采用雙功率源刻蝕設(shè)備，包含上部電源功率和偏轉(zhuǎn)功率，具體刻 蝕參數(shù)設(shè)置為：前段刻蝕中，腔體壓力為10?50毫托，上部電源功率為300?850W，偏轉(zhuǎn) 功率為55?250W，碳氟系氣體(如CHF3,CF4,CH2F2,CH3F)流量為50?250sccm;后段刻蝕 的刻蝕參數(shù)：壓力為40?100毫托，上部電源功率為600?900W，偏轉(zhuǎn)功率為40?100W， 碳氟系氣體（如CHF3,CF4,CH2F2,CH3F)流量為 10 ?300sccm。
[0031] (2 )如圖2B所示，氮化硅硬掩膜層4刻蝕完去除光刻膠后，再通過干法刻蝕刻蝕出 深溝槽，N-外延層102上形成了規(guī)律排列的溝槽。溝槽深度在1μm-4μm之間。
[0032] (3)如圖2C所示，采用熱氧化法使用高溫爐管淀積500-4000A的柵極氧化膜105。
[0033] (4)如圖2D所示，使用化學(xué)氣相沉積法在溝槽內(nèi)填充多晶硅106,溝槽被多晶硅填
[0034] (5)如圖2E所示，使用干法刻蝕工藝將氮化硅硬掩膜層104上方的多晶硅全部去 除掉，氮化硅硬掩膜層104是刻蝕停止層，溝槽內(nèi)多晶硅刻蝕到氮化硅硬掩膜層104的2/3 處。
[0035] (6)如圖2F所示，濕法去除氮化硅硬掩膜層104,濕法藥液是熱磷酸，刻蝕停止在 二氧化硅103上。由于多晶硅只是刻蝕到氮化硅硬掩膜層104的2/3處，經(jīng)過濕法去除氮 化硅硬掩膜層104后，剩余多晶硅106形貌呈T型。
[0036] (7)如圖2G所示，在N+硅基片101正面沉積一層接觸孔介質(zhì)膜107。用化學(xué)氣相 沉積法沉積接觸孔介質(zhì)膜107, 一般這層介質(zhì)膜是摻雜硼或者是磷的氧化膜，用于吸收金屬 離子等雜質(zhì)，厚度在4000-10000A之間。
[0037] (8)如圖2H所示，在接觸孔圖形化以后，采用干法刻蝕去除接觸孔介質(zhì)膜107,刻 蝕停止在N-外延層102上。由于此步接觸孔介質(zhì)膜刻蝕對(duì)N-外延層及多晶硅選擇比都 比較高，所以T型多晶硅之下的氧化膜得以保留，形成U形的柵極氧化膜105,避免了介于 N-外延層102和硅溝槽之間凹槽的產(chǎn)生，這樣就很好的隔離了溝槽和N型的漂移區(qū)。
[0038] (9)如圖21所示，在N+硅基片101正面進(jìn)行金屬陽極108的沉積工藝，和晶圓背 面的沉積工藝。用化學(xué)氣相沉積（CVD)或者物理氣相沉積（PVD)方法在N+硅基片101正 面沉積一層金屬阻障層110和金屬陽極108,最后在N+硅基片101背面形成金屬陰極109。 金屬陽極108的膜層結(jié)構(gòu)可以是單層金屬，例如鋁，也可以是多層金屬，例如Ti/TiN/Al。如 果有Ti/TiN，可以在Ti/TiN沉積后增加一步退火，退火條件為690°CN230s。因?yàn)椴襟E（8) 提到的U形的柵極氧化膜105,避免了介于N-外延層102和硅溝槽之間凹槽的產(chǎn)生，這樣就 很好的隔離了溝槽和N型的漂移區(qū)，從而避免造成一定程度的漏電問題。
[0039] 在傳統(tǒng)的溝槽MOS型肖特基二極管基礎(chǔ)上，在溝槽和N型的漂移區(qū)之間是氧化膜 絕緣層（即柵極氧化膜105)，這層膜的質(zhì)量直接影響器件的耐壓特性，一般是用熱氧化法形 成。在溝槽之間形成一個(gè)半導(dǎo)體平臺(tái)，平臺(tái)和正電極接觸形成肖特基二極管。溝槽和半導(dǎo)體 之間的絕緣層會(huì)延伸到平臺(tái)頂部并高于肖特基二極管界面。用傳統(tǒng)的工藝方法在接觸孔刻 蝕（ContactEtch)時(shí)，有一定的過刻蝕量，因?yàn)榭涛g條件對(duì)氧化膜和單晶硅有高選擇比，在 半導(dǎo)體平臺(tái)區(qū)域是停在硅基板上，但是在溝槽絕緣膜區(qū)域有一定的損失，造成一個(gè)小溝槽， 陽極金屬會(huì)填入，造成漏電和BV偏低的問題。本發(fā)明通過改變工藝流程及優(yōu)化硬質(zhì)掩膜的 形貌，形成切口形貌，制造出具有絕緣層突出特征的結(jié)構(gòu)（即形成U形的柵極氧化膜105)， 避免了漏電和BV偏低的問題。
【權(quán)利要求】
1. 一種肖特基二極管的制造工藝方法，其特征在于，包括如下工藝步驟： (1) 準(zhǔn)備化娃基片，在化娃基片正面生長N-外延層；N-外延層上面生長非慘雜的氧 化娃，在非慘雜的氧化娃上方淀積氮化娃硬掩膜層，并進(jìn)行圖形化工藝，干法刻蝕氮化娃硬 掩膜層，刻蝕后形成底部斜切口形狀； (2) 去除光刻膠后，再通過干法刻蝕刻蝕出深溝槽，N-外延層上形成了規(guī)律排列的溝 槽； (3) 熱氧化法生長柵極氧化膜； (4) 溝槽中填充多晶娃； (5) W氮化娃硬掩膜層作為刻蝕停止層回刻多晶娃，將氮化娃硬掩膜層上方的多晶娃 全部去除掉，溝槽內(nèi)多晶娃刻蝕到氮化娃硬掩膜層的2/3處； (6) 去除氮化娃硬掩膜層，刻蝕停止在柵極氧化膜上，由于多晶娃回刻刻蝕到氮化娃硬 掩膜層2/3處，去除氮化娃硬掩膜層后剩余多晶娃形貌呈T型； (7) 在化娃基片正面沉積一層接觸孔介質(zhì)膜； (8) 刻蝕接觸孔介質(zhì)膜，停止在N-外延層上，T型多晶娃之下的柵極氧化膜得W保留， 形成U形的柵極氧化膜； (9) 在化娃基片正面淀積金屬陽極，在化娃基片背面淀積金屬陰極。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述N-外延層的厚度在 5-10 y m，慘雜濃度在lE12-lE15cm-3之間。
3. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述的非慘雜的氧化娃采用熱 氧化法或常壓化學(xué)氣相沉積法生長，其厚度在巧0-加0A之間；所述氮化娃硬掩膜層采用化 學(xué)氣相沉積法淀積，其厚度在1000-4500A之間。
4. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，所述氮化娃硬掩膜層的干法 刻蝕采用雙功率源刻蝕設(shè)備，包含上部電源功率和偏轉(zhuǎn)功率；所述干法刻蝕分前段刻蝕和 后段刻蝕，具體刻蝕參數(shù)設(shè)置為；前段刻蝕中，腔體壓力為10?50毫巧，上部電源功率為 300?850W，偏轉(zhuǎn)功率為55?250W，碳?xì)庀禋怏w流量為50?250sccm ;后段刻蝕的刻蝕參 數(shù)；壓力為40?100毫巧，上部電源功率為600?900W，偏轉(zhuǎn)功率為40?100W，碳?xì)庀禋?體流量為10?300sccm〇
5. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2)中，所述溝槽的深度在lym-4ym 之間。
6. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3)中，所述柵極氧化膜的厚度在 500-4000A。
7. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（6)中，所述去除氮化娃硬掩膜層采用 濕法刻蝕，濕法藥液是熱磯酸。
8. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（9)中，所述金屬陽極的膜層結(jié)構(gòu)是單 層金屬A1，或者是Ti/TiN/Al的多層金屬結(jié)構(gòu)。
9. 按權(quán)利要求1或8所述的方法，其特征在于，步驟（9)中，如所述金屬陽極的膜層結(jié) 構(gòu)是Ti/TiN/Al的多層金屬結(jié)構(gòu)，則所述金屬陽極在沉積后增加一步退火工藝，退火條件 為 690°C，噸，3〇3。
【文檔編號(hào)】H01L21/329GK104425243SQ201310382615
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】孫娟 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司