CN104103513A - 一种高反压肖特基二极管制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高反压肖特基二极管制造工艺,属于半导体器件制造领域。本发明选用NiPt材料作为势垒金属,这样可以减少漏电,便于调整肖特基二极管的电参数。器件的终端设计成P+环结构,提高了肖特基二极管的反压。最终设计出高反压肖特基二极管,替代开关电源(SMPS)和功率因数校正(PFC)电路中的快恢复二极管,提高电路的开关速度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体分立器件制造领域,特别涉及一种高反压肖特基二极管制造工艺。
背景技术
在半导体分立器件领域,肖特基二极管是一种应用广泛的器件。具有低功耗、大电流、开关速度快的特点。它的正向压降可以达到0.4V左右,普通二极管则在0.7V左右。开关速度可以小到几纳秒,而整流电流可以达到上百安培。同时还具有噪声低、检波灵敏度高、稳定可靠等特点。在开关电源、整流滤波等电路中,作为高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用,或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。
虽然肖特基二极管有很多优点,但其反向击穿电压较低,目前大部分产品耐压都在100V以下,限制了其在高压电路中的应用,像在开关电源(SMPS)和功率因数校正(PFC)电路中功率开关器件的续流二极管、变压器次级用100V以上的高频整流二极管,都使用快恢复二极管,但其开关速度在20纳秒以上,压降等参数也达不到肖特基的指标。因此市场迫切需求更高反压肖特基二极管。
发明内容
本发明提供了一种高反压肖特基二极管制造工艺,提高了肖特基二极管的反向电压,替代开关电源(SMPS)和功率因数校正(PFC)电路中的快恢复二极管,提高了电路的开关速度。
本发明提供了一种高反压肖特基二极管及其制造工艺,包括:
提供一种半导体材料片;
高反压肖特基二极管的终端设计成P+环结构;
高反压肖特基二极管的势垒金属采用NiPt合金。
进一步的,所述半导体材料片由N型半导体衬底和外延层组成。
进一步的,在制造P+环前,半导体材料片需经过清洗、氧化、光刻、腐蚀工艺,制造出高反压肖特基二极管的P+环图形。
进一步的,在所述半导体材料片表面制造出P+环图形后,通过硼(B)注入、推结氧化工艺制造出高反压肖特基二极管的P+环。
进一步的,在所述半导体材料片表面制造出P+环后,通过光刻、腐蚀工艺制造出高反压肖特基二极管的势垒层图形。
进一步的,在所述半导体材料片表面制造出势垒层图形后,通过溅射、合金、腐蚀工艺制造出高反压肖特基二极管的势垒层。
进一步的,在所述半导体材料片表面制造出势垒层后,通过蒸发、光刻、腐蚀工艺制造出高反压肖特基二极管的正面金属。
进一步的,在所述半导体材料片表面制造出正面金属后,通过减薄工艺去除半导体衬底多余的部分。
进一步的,减薄工艺后,在所述半导体衬底背面通过蒸发工艺,制造出高反压肖特基二极管的背面金属。
本发明通过采用NiPt合金作为势垒金属,并将器件的终端设计成P+环结构,提高了肖特基二极管的反压。使肖特基二极管的应用扩展到高压电路领域,替代原有的快恢复二极管,提高了电路的开关速度。
附图说明
图1是本发明实施例的高反压肖特基二极管的剖面示意图。
图中:1-背面金属;2-半导体衬底;3-外延层;4-P+环;5-氧化层;6-势垒层;7正面金属。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种高反压肖特基二极管制造工艺,首先提供一种半导体材料片(包括半导体衬底和外延层),在所述半导体材料片上制造P+环,然后在所述半导体材料片上溅射势垒层,接着在所述半导体材料片正面制造正面金属,最后在所述半导体材料片背面减薄并蒸发背面金属。通过以上的工艺步骤,最终制造出的高反压肖特基二极管的反压大于200V,替代开关电源(SMPS)和功率因数校正(PFC)电路中的快恢复二极管,并提高了电路的开关速度。
下面结合具体的实施方案以及图1对本发明做进一步的说明。根据下面说明和要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精确的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明具体实施例的目的。
本实施例中,选用N型外延片作为半导体材料片,其中包括半导体衬底2和外延层3。半导体衬底2在制造过程中起到机械支撑的作用,为了减少导通时的压降,优选是重掺杂的衬底;外延层3是器件层,与普通半导体材料相比,外延层3的缺陷更少,制造出的器件成品率更高。较佳的,为了满足反压大于150V,外延层3的厚度为13.5-15.5μm,电阻率控制在4-5.5Ω·cm。
接下来进行高反压肖特基二极管的制造。
首先,进行氧化层生长。具体的,将半导体材料片进行超声处理,进行3#液清洗、漂酸、冲水、甩干。本实施例中所述半导体材料片包括半导体衬底2和外延层3,所述半导体衬底2为N形半导体衬底。将半导体材料片放入氧化炉中生长厚度为的氧化层5。其中3#液清洗条件是温度为110℃,时间为10-15分钟,漂酸是为了去除自然氧化层,可采用本领域技术人员常用的酸液进行漂酸工艺。
其次,进行一次光刻腐蚀制造出P+环的图形,之后进行B注入。在要形成P+环的区域注入硼(B)原子。然后,进行推结氧化工艺。推结氧化工艺是将B原子扩散到器件内部,形成P+环4,作为器件的终端结构,提高产品耐压。本实施例中,进行推结前氧化工艺前先使用3#液清洗半导体材料片,去除表面杂质。
然后,通过氧化工艺形成厚度为的氧化层,为势垒层的制造做准备。
接下来,进行二次光刻腐蚀,将待形成势垒层6的区域上的氧化层腐蚀掉,暴露出部分外延层3。
接下来,进行势垒层6的溅射。在所述半导体材料片表面溅射势垒金属。常见的势垒金属有Pt、Mo、Cr,实验发现,Pt势垒在相同条件下漏电流更低,因此选用Pt作为势垒金属,同时为了连续调整势垒高度,以优化肖特基的电性参数,在Pt中掺杂适量的Ni。最终确定使用NiPt合金材料作为本发明实施例的势垒金属,优选Ni的含量为30-45%之间。溅射厚度例如
接下来,进行一次合金工艺,使势垒金属与半导体材料片形成势垒层6。之后将未形成势垒层6的势垒金属通过腐蚀工艺去除。优选的,腐蚀液使用王水。
接下来,进行正面金属化工艺。在所述氧化层5和势垒层6表面依次蒸发V、Ni、Al,作为正面金属7。由于Al中自由电子较多,与势垒层6直接接触,会影响器件的电参数,因此优选的采用多层金属结构。从下至上依次为V、Ni和Al,其中,V作为接触层,Ni作为阻挡层,AL作为导电层。提高了器件的可靠性。
接下来,在进行完上述的正面金属化工艺后,进行三次光刻腐蚀。制造出肖特基二极管的正面金属7的图形。
接下来,进行二次合金,增强正面金属与氧化层5和势垒层6的粘附性。
接下来,进行背面减薄工艺。将半导体衬底2的厚度减薄。器件在制造过程中,半导体衬底2主要起到机械支撑的作用,做完二次合金后此项功能已不需要,而且衬底2厚度过大会增加器件的正向压降,通过减薄工艺可以降低肖特基二极管的正向压降。之后进行腐蚀工艺,这是因为减薄后半导体材料片由于应力的作用会有一定的形变,在后续的加工过程中容易造成碎片,通过腐蚀工艺消除应力的影响,减少形变。腐蚀液例如使用硝酸、氢氟酸的混合液,加入少量的硼酸。
最后,进行器件的背面金属化工艺。在所述半导体材料片的背面(本实施例中是指半导体衬底2的背面)依次蒸发V、Ni、Ag,作为肖特基二极管的背面金属1。
本发明使用NiPt材料作为势垒金属,NiPt材料可以降低肖特基二极管的漏电,同时通过调整Ni的含量可以改善器件的电参数,Ni含量增加,器件的正向压降降低,但是器件的温度特性变差,优化的,Ni含量在30-45%之间。半导体材料片选用N型衬底与外延层的组合。外延层相对于普通硅片有更低的缺陷,制造出的肖特基二极管的参数更好,良率更高。肖特基二极管的终端设计成P+环结构,改善器件的终端电场,提高了肖特基二极管的反压。最终制造出的肖特基二极管反压达到150V以上,使肖特基二极管的应用扩大到高压开关电源(SMPS)和功率因数校正(PFC)电路中,提高了电路的开关速度。进一步的,半导体材料片选用N型衬底与外延层的组合。外延层相对于普通硅片有更低的缺陷,制造出的肖特基二极管的参数更好,良率更高。
Claims (3)
1.一种高反压肖特基二极管制造工艺,其特征在于,包括:
提供半导体材料片;
在所述半导体材料片上制造P+环作为高反压肖特基二极管的终端;
在所述半导体材料片上使用NiPt材料制造势垒层,进而制造出高反压肖特基二极管。
2.根据要求1所述的高反压肖特基二极管制造工艺,其特征在于,所述半导体材料片包括N型半导体衬底和形成于所述N型半导体衬底上的外延层,所述P+环形成于所述外延层中。
3.根据要求1所述的高反压肖特基二极管制造工艺,其特征在于,所述NiPt材料中Ni的含量在30-45%之间。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: SINOSEMI ELECTRONICS INC. Document name: Notification of before Expiration of Request of Examination as to Substance |
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DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: SINOSEMI ELECTRONICS INC. Document name: Notification that Application Deemed to be Withdrawn |
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C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141015 |