CN100433274C - 一种功率肖特基器件势垒的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明的功率肖特基器件势垒方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：a.氧化；b.一次光刻；c.硼扩散；d.二次光刻；e.溅射势垒金属；f.正面蒸发多层金属；g.三次光刻；h.退火；i.背面减薄；j.背面蒸发多层金属；k.合金；l.测试及切割分片。本发明的有益效果是，降低了表面态的影响，提高器件的正向特性、反向特性、反向耐压和抗烧毁能力，有效避免了金属层氧化，工作时接触稳定可靠、紧密、粘附性好，接触损耗降低，延长了器件的使用寿命。扩散势垒的应用，避免各金属与硅化物等之间的互扩，提高器件的抗疲劳性能。采用磁控溅射工艺制备势垒金属，增强了器件的稳定性。

Description

一种功率肖特基器件势垒的制作方法

(一)技术领域

本发明涉及功率肖特基势垒二极管芯片制造技术，特别涉及一种功率肖特基器件势垒的制作方法。

(二)背景技术

功率肖特基器件不仅广泛应用于通信、计算机、汽车等电子信息领域，而且应用于航空、航天等国防重点工程，是开关电源中核心器件之一，其性能的改善可以直接提高电源效率从而减少电能浪费，功率肖特基器件的电性参数主要有：正向压降、反向电压、反向漏电等，现有工艺技术生产的肖特基器件存在以下缺点：

1.传统的金属-半导体接触，表面态影响较大，器件的正向特性、反向特性、反向耐压和抗烧毁能力较差。

2.退火温度掌握欠佳，影响了金属硅化物性能。氧和水汽是在势垒金属的蒸发和退火中最常见的环境污染物。当杂质污染物存在于氧和水汽中时，在硅化物的上表面将形成氧化物层，造成侧面效应，也造成很差的粘接性和很差的电气接触。缺少除去氧和水汽的措施。

3.使用单层金属电极，对电流密度大、结温高的器件，由于接触不良，使之在工作时退化，造成器件寿命短。

4.多层金属的刻蚀是肖特基二极管较为突出的工艺难点。在刻蚀多层金属时，如果管芯表面受到破坏(包括针孔、钻蚀等)，则上电极合金容易渗透扩散，造成势垒结的穿通失败，严重影响器件的电参数与可靠性，因此需要寻求各层金属的最佳腐蚀液。

5.势垒金属的选择和制备方法欠佳，使势垒金属的均匀性、重复性及台阶覆盖性、金属薄膜与衬底的机械黏附性较差。

(三)发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种能有效提高器件的各种性能、延长器件使用寿命的功率肖特基器件势垒的制作方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

a.氧化：对硅片进行氧化，在其表面生成氧化层SiO₂；

b.对硅片进行一次光刻；

c.硼扩散：采用固态片状硼微晶玻璃片的硼扩散方式在硅片和氧化层之间制成保护环；

d.二次光刻；

e.溅射势垒金属：采用磁控溅射方式在硅片和氧化层上制备势垒金属，势垒金属为钼Mo；

f.在硅片正面的势垒金属钼Mo上蒸发多层金属：使用电子束蒸发方式在势垒金属上制备多层金属电极，由内到外的第一层采用难熔金属钛(4)，第二层采用镍(5)，第三层采用银(6)，选择金属钛作为与势垒金属钼Mo与硅Si之间接触的扩散阻挡层；

g.三次光刻；该次光刻中多层金属刻蚀的最佳腐蚀液：银层金属腐蚀液为Fe(NO₃)₃的水溶液，钛、镍多层金属的腐蚀液为HNO₃与HF的混合液；

h.退火：使势垒金属钼与硅片之间生成金属硅化物MoSi₂；退火的同时通入H₂并在炉口点火，使氢气与氧气燃烧生成水蒸气从炉口排出，避免氧气进入石英管使金属层氧化；

i.背面减薄：采用机械磨削方法加工硅片背面；

j.背面蒸发多层金属；使用电子束蒸发方式在硅片上制备多层金属电极，由内到外的第一层采用钛，第二层采用镍，第三层采用银；

k.合金：在合金炉内加热器件，以减少器件多层金属间的接触电阻，改善正向I-V特性；

1.测试及切割分片。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，在步骤e中，氩气压力为0.5Pa，硅片加热温度为180℃-200℃，溅射功率为1.5KW，使溅射的金属薄膜效果好。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，在步骤f和j中，各层金属的厚度为，钛3000镍1000

银2μm。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，在步骤g中，银层金属腐蚀液为Fe(NO₃)₃∶H₂O＝500g∶2000ml，钛、镍多层金属的腐蚀液为HNO₃∶HF＝10∶1，以达到最佳刻蚀效果。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，在步骤h中，温度为450℃-550℃，时间为20-40分，最优条件为500℃持续30分。

本发明的有益效果是，选择金属硅化物-硅接触势垒，避免表面缺陷与沾污，且降低表面态的影响，提高器件的正向特性、反向耐压和抗烧毁能力。采用通H2的退火工艺形成金属硅化物，避免氧气进入石英管使金属层氧化。保护环增大了金属层边缘耗尽层的曲率半径，提高了反向耐压及反向特性。多层金属化电极及生产工艺，工作时接触稳定可靠、紧密、粘附性好，接触损耗降低，延长了器件的使用寿命。扩散势垒的应用，避免各金属与硅化物等之间的互扩，选择难熔金属钛作为扩散势垒，能有效地阻挡金属间的互扩，大大提高器件的抗疲劳性能。采用磁控溅射工艺制备势垒金属，增强金属与硅片氧化层的黏附性、稳定性、台阶覆盖性。选择钼势垒金属，使芯片反向漏电流小，既能满足高温性能的要求又能满足正向性能的要求。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明纵剖面的结构示意图。

图中，1保护环，2氧化层，3钼，4钛，5镍，6银，7钛，8镍，9银，10硅片。

(五)具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，包括以下步骤：氧化→一次光刻→硼扩散→二次光刻→溅射势垒金属→正面蒸发多层金属→三次光刻→退火→背面减薄→背面蒸发→合金→中间测试及划、分片。

具体步骤是：

a.氧化：对硅片进行氧化，在其表面生成氧化层SiO₂；

b.对硅片进行一次光刻；

c.硼扩散：采用固态片状硼微晶玻璃片的硼扩散方式在硅片和氧化层之间制成保护环；

d.二次光刻；

e.溅射势垒金属：采用磁控溅射方式在硅片和氧化层上制备势垒金属，势垒金属为钼Mo；

f.在硅片正面的势垒金属钼Mo上蒸发多层金属：使用电子束蒸发方式在势垒金属上制备多层金属电极，由内到外的第一层采用难熔金属钛(4)，第二层采用镍(5)，第三层采用银(6)，选择金属钛作为与势垒金属钼Mo与硅Si之间接触的扩散阻挡层；

g.三次光刻；该次光刻中多层金属刻蚀的最佳腐蚀液：银层金属腐蚀液为Fe(NO₃)₃的水溶液，钛、镍多层金属的腐蚀液为HNO₃与HF的混合液；

h.退火：使势垒金属钼与硅片之间生成金属硅化物MoSi₂；退火的同时通入H₂并在炉口点火，使氢气与氧气燃烧生成水蒸气从炉口排出，避免氧气进入石英管使金属层氧化；

i.背面减薄：采用机械磨削方法加工硅片背面；

j.背面蒸发多层金属；使用电子束蒸发方式在硅片上制备多层金属电极，由内到外的第一层采用钛，第二层采用镍，第三层采用银；

k.合金：在合金炉内加热器件，以减少器件多层金属间的接触电阻，改善正向I-V特性；

1.测试及切割分片。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，在步骤e中，氩气压力为0.5Pa，硅片加热温度为180℃-200℃，溅射功率为1.5KW，使溅射的金属薄膜效果好。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，在步骤f和j中，各层金属的厚度为，钛3000

镍1000

银2μm。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，在步骤g中，银层金属腐蚀液为Fe(NO₃)₃∶H₂O＝500g∶2000ml，钛、镍多层金属的腐蚀液为HNO₃∶HF＝10∶1，以达到最佳刻蚀效果。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，在步骤h中，温度为450℃-550℃，时间为20-40分，最优条件为500℃持续30分。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，利用金属硅化物MoSi₂-硅接触替代传统的金属-半导体接触，不仅能避免表面缺陷与沾污，而且能降低表面态的影响，从而有利于提高器件的正向特性，反向耐压和抗烧毁能力。选择势垒金属时，必须考虑接触的稳定性和可靠性，从势垒的稳定性考虑，对于N型硅，我们选择钼。MO不仅势垒高度低，而且它与Si在冶金学上是稳定的，所以MO有良好的高温稳定性。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，先要对硅片10进行氧化，在其表面生成氧化层2，即SiO₂。采用通H₂的退火工艺形成金属硅化物。退火时通入H₂在炉口点火，使氢气和氧气燃烧生成水蒸气从炉口排出，避免氧气进入石英管使金属层氧化。另外，还要保持淀积室、石英管道的干燥清洁。影响金属硅化物性能的主要工艺条件是退火温度，温度为500℃，时间为30分。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，为了提高反向耐压及反向特性，在势垒边缘增加一个保护环1，因为它能增大金属层边缘耗尽层的曲率半径。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，采用多层金属电极，多层金属结构是利用几种金属各自的优点相互取长补短，使多层金属之间的接触稳定、紧密、粘附性好，使金属之间及金属与硅化物等之间接触良好，接触损耗降低，提高器件的可靠性，延长使用寿命。采用电子束蒸发工艺制备多层金属电极，电子束蒸发是利用经高压加速并聚焦的电子束来加热蒸发源，使之蒸发并淀积于硅片表面形成金属薄膜。正面蒸发时，从内到外第一层采用钛4，厚度为3000

第二层采用镍5，厚度为1000

第三层采用银6，厚度为2μm。背面蒸发时，从内到外依次为钛7、镍8、银9，厚度与正面蒸发时相同。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，各层金属的最佳腐蚀液：银层金属腐蚀液的配方为：Fe(NO₃)₃∶H₂O＝500g∶2000ml，钛、镍多层金属的腐蚀液为HNO₃∶HF＝10∶1。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，选择金属Ti作为阻挡层，它能有效地阻挡各金属与硅化物等之间的互扩，大大提高器件的抗疲劳性能。硅化物不仅提供一个合适的肖特基势垒，而且还能防止电极金属和硅之间的反应，但是由于金属电极也和硅化物容易起反应，形成金属化合物，影响器件的电学特性，因此需要有一层扩散势垒。选择扩散势垒材料的最重要参数是再结晶温度、电阻率及原子扩散系数，因此采用难熔金属钛。

本发明的功率肖特基器件势垒的制作方法，采用磁控溅射工艺制备势垒金属，势垒金属为钼3。磁控溅射是与气体放电现象相联系的一种薄膜淀积技术，优点是不仅可以溅射各种合金与难熔金属，而且具有较好的均匀性、重复性及良好的台阶覆盖，金属薄膜与衬底的机械黏附性也较好。影响溅射金属薄膜的工艺因素为氩气压力、硅片加热温度、溅射功率。溅射时，氩气压力为0.5Pa，硅片加热温度为180℃-200℃，溅射功率为1.5KW。氩气压力太高，在碰撞中所损失的动能越多，影响淀积膜的致密性；压力太低，起不到辉光放电的作用，也就达不到轰击靶材的能力，不能溅射金属薄膜。硅片加热温度过低，硅片吸附的活性气体、微量油分子及水汽以及真空室腔体残存的活性气体就得不到释放；加热温度过高，就会给清洗干净的硅片造成新的氧化层，从而影响金属与硅片的接触。溅射功率过低，速度慢，膜层附着力差，结构疏松，台阶覆盖不好。

Claims (5)

1.一种功率肖特基器件势垒的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.氧化：对硅片(10)进行氧化，在其表面生成氧化层(2)SiO₂；

b.对硅片进行一次光刻；

c.硼扩散：采用固态片状硼微晶玻璃片的硼扩散方式在硅片和氧化层之间制成保护环(1)；

d.二次光刻；

e.溅射势垒金属：采用磁控溅射方式在硅片和氧化层上制备势垒金属，势垒金属为钼Mo(3)；

f.在硅片正面的势垒金属钼Mo上蒸发多层金属：使用电子束蒸发方式在势垒金属上制备多层金属电极，由内到外的第一层采用难熔金属钛(4)，第二层采用镍(5)，第三层采用银(6)，选择金属钛作为与势垒金属钼Mo与硅Si之间接触的扩散阻挡层；

g.三次光刻；该次光刻中多层金属刻蚀的最佳腐蚀液：银层金属腐蚀液为Fe(NO₃)₃的水溶液，钛、镍多层金属的腐蚀液为HNO₃与HF的混合液；

h.退火：使势垒金属钼与硅片之间生成金属硅化物MoSi₂；退火的同时通入H₂并在炉口点火，使氢气与氧气燃烧生成水蒸气从炉口排出，避免氧气进入石英管使金属层氧化；

i.背面减薄：采用机械磨削方法加工硅片(10)背面；

j.背面蒸发多层金属；使用电子束蒸发方式在硅片上制备多层金属电极，由内到外的第一层采用钛(7)，第二层采用镍(8)，第三层采用银(9)；

k.合金：在合金炉内加热器件；

l.测试及切割分片。

2.根据权利要求1所述的功率肖特基器件势垒的制作方法，其特征在于：在步骤e中，氩气压力为0.5Pa，硅片加热温度为180℃-200℃，溅射功率为1.5KW。

3.根据权利要求1所述的功率肖特基器件势垒的制作方法，其特征在于：在步骤f和j中，各层金属的厚度为，钛3000

，镍1000

银2μm。

4.根据权利要求1所述的功率肖特基器件势垒的制作方法，其特征在于：在步骤g中，银层金属腐蚀液为Fe(NO₃)₃∶H₂O＝500g∶2000ml，钛、镍多层金属的腐蚀液为HNO₃∶HF＝10∶1。

5.根据权利要求1所述的功率肖特基器件势垒的制作方法，其特征在于：在步骤h中，退火时，温度为450℃-550℃，时间为20-40分。

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