CN105226103A - 含定向扩散结的肖特基器件及制造方法 - Google Patents
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Abstract
<b>含定向扩散结的肖特基器件及制造方法。</b><b>P</b><b>型岛区将占用</b><b>15%</b><b>以上的肖特基势垒区面积，影响</b><b>JBS</b><b>肖特基器件的参数性能，现在很多芯片加工厂，不能制作出性能优良的</b><b>JBS</b><b>肖特基器件。本发明方法包括：硅单晶基片（</b><b>1</b><b>），所述的硅单晶基片上具有外延层（</b><b>2</b><b>），所述的外延层上设置有肖特基势垒区（</b><b>3</b><b>），所述的肖特基势垒区与一组台面凸点</b><b>P</b><b>型区（</b><b>4</b><b>）配合，所述的肖特基势垒区上部装有阳极金属层（</b><b>8</b><b>），所述的阳极金属层两侧设置有金属场板（</b><b>6</b><b>），所述的阳极金属层两侧与厚氧化层（</b><b>7</b><b>）连接，所述的厚氧化层下部装有</b><b>P+</b><b>环（</b><b>5</b><b>），所述的硅单晶基片下部装有阴极金属层（</b><b>9</b><b>）。本发明用于制造含定向扩散结的肖特基器件。</b>
Description
技术领域：
本发明涉及一种含定向扩散结的肖特基器件及制造方法。
背景技术：
一般功率半导体器件的加工厂使用的光刻机，刻开最小尺寸也要在0.4微米以上，因此P型岛的最小尺寸在1微米以上，这种情况下，一般P型岛区将占用15%以上的肖特基势垒区面积，影响JBS肖特基器件的参数性能；正是鉴于此种原因，现在很多芯片加工厂，不能制作出性能优良的JBS肖特基器件。
发明内容：
本发明的目的是提供一种含定向扩散结的肖特基器件及制造方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种含定向扩散结的肖特基器件，其组成包括：硅单晶基片，所述的硅单晶基片上具有外延层，所述的外延层上设置有肖特基势垒区，所述的肖特基势垒区与一组台面凸点P型区配合，所述的肖特基势垒区上部装有阳极金属层，所述的阳极金属层两侧设置有金属场板，所述的阳极金属层两侧与厚氧化层连接，所述的厚氧化层下部装有P+环，所述的硅单晶基片下部装有阴极金属层。
所述的含定向扩散结的肖特基器件，所述的硅单晶基片为重掺杂的N型硅单晶基片，所述的外延层为低掺杂的N-外延层，所述的肖特基势垒区设置有台面凹面，所述的台面凸点P型区和所述的肖特基势垒区共同形成整流结。
所述的含定向扩散结的肖特基器件，所述的台面凸点P型区为硼杂质注入后经过高温扩散形成，所述的台面凸点P型区结深比所述的肖特基势垒区的台面凹面深度深，但低于所述的P+环的结深，所述的台面凸点P型区的硼浓度从上向下逐渐降低，且在同水平线方向上，表面浓度低于体内浓度，呈倒置的“小蘑菇”状；所述的肖特基势垒区为所述的外延层刻蚀形成的台面凹面，凹面表面浓度与所述的外延层的掺杂浓度相同。
所述的含定向扩散结的肖特基器件的制造方法，在重掺杂的N型硅单晶片上，采用CVD技术外延生长一层低浓度的N-外延层，通过热氧化在外延层上表面形成薄氧化层，经过第一次光刻、腐蚀工步，将P+环安装的区域刻开，进行第一次注入硼杂质，硼杂质可透过薄氧化层厚度注入到N-外延层硅体内，经过高温推结形成终端保护P+环；再进行第二次光刻，将终端区用光刻胶阻挡后，进行第二次硼杂质注入，硼杂质大面积注入到内部源区的外延层硅体内；去除光刻胶后，再进行第三次光刻，将台面凹面区域刻开，经过湿法腐蚀去除氧化层后，再进行硅腐蚀，形成台面凹面和台面凸点，硅腐蚀的台面凹面深度比第二次硼杂质注入的深度要深；高温氧化、推结同时进行，在腐蚀的台面表面生长厚的氧化层，并在终端形成厚的氧化层，台面凸点P型区硼推结的结深要大于台面凹面的深度，形成台面凸点P型区；使用第二次光刻用的光刻版进行第四次光刻，将内部源区刻开，经过湿法腐蚀，将内部源区的台面凹面、台面凸点的表面的氧化层全部腐蚀去除；通过溅射势垒金属，经过势垒金属合金，在台面凸点P型区间形成肖特基势垒结，再在表面进行金属蒸发形成金属层，经过金属层光刻、腐蚀，形成正面阳极金属层及边缘金属场板；将硅单晶基片底部减薄，再进行背面金属蒸镀形成阴极金属层，整个肖特基器件结构形成。
有益效果：
1.本发明在重掺杂的N型硅单晶片上，采用CVD技术外延生长一层低浓度的N-外延层，通过热氧化在外延层上表面形成薄氧化层，经过第一次光刻、腐蚀工步，将P+环安装的区域刻开，进行第一次注入硼杂质，硼杂质可透过薄氧化层厚度注入到N-外延层硅体内，经过高温推结形成终端保护P+环；再进行第二次光刻，将终端区用光刻胶阻挡后，进行第二次硼杂质注入，硼杂质大面积注入到内部源区的外延层硅体内；去除光刻胶后，再进行第三次光刻，将台面凹面区域刻开，经过湿法腐蚀去除氧化层后，再进行硅腐蚀，形成台面凹面和台面凸点，硅腐蚀的台面凹面深度比第二次硼杂质注入的深度要深；高温氧化、推结同时进行，在腐蚀的台面表面生长厚的氧化层，并在终端形成厚的氧化层，台面凸点P型区硼推结的结深要大于台面凹面的深度，形成台面凸点P型区；使用第二次光刻用的光刻版进行第四次光刻，将内部源区刻开，经过湿法腐蚀，将内部源区的台面凹面、台面凸点的表面的氧化层全部腐蚀去除；通过溅射势垒金属，经过势垒金属合金，在台面凸点P型区间形成肖特基势垒结，再在表面进行金属蒸发形成金属层，经过金属层光刻、腐蚀，形成正面阳极金属层及边缘金属场板；将硅单晶基片底部减薄，再进行背面金属蒸镀形成阴极金属层，整个肖特基器件结构形成。
本发明在传统的JBS肖特基制造流程上进行整合优化，增加硅腐蚀工步，形成台面凸点及台面凹面，由于腐蚀存在侧向腐蚀的性质及热氧化消耗硅本体的特点，台面凸点区比光刻机极限能力刻出的尺寸还要小，克服加工厂的光刻机的能力瓶颈；另外在推结前进行的硅腐蚀，使得硼杂质掺杂源只在台面凸点中存在，在推结过程同时进行热氧化，由于热氧化存在吸硼排磷的性质，使得台面凸点P型区体内的硼浓度在同水平线方向上，台面凸点P型区的表面硼浓度低于体内浓度的效果，浓度决定扩散速度，因此推结体现出横向扩散短，而纵向扩散的深，台面凸点P型区呈现倒置的“小蘑菇”型，这正是JBS肖特基器件需要的结构。此结构可降低P型区所占用的肖特基势垒区面积，进而在同等面积下，具有低的正向饱和压降，可提高本发明的肖特基器件的参数性能，可提升竞争优势。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2为本发明的肖特基器件的台面凸点P型区的掺杂浓度分布图；
附图3为采用本发明的肖特基器件反向V-I曲线与传统JBS肖特基器件比较图；
附图4为采用本发明的肖特基器件正向I-V曲线与传统JBS肖特基器件比较图。
具体实施方式：
实施例1：
一种含定向扩散结的肖特基器件，其组成包括：硅单晶基片，所述的硅单晶基片上具有外延层，所述的外延层上设置有肖特基势垒区，所述的肖特基势垒区与一组台面凸点P型区配合，所述的肖特基势垒区上部装有阳极金属层，所述的阳极金属层两侧设置有金属场板，所述的阳极金属层两侧与厚氧化层连接，所述的厚氧化层下部装有P+环，所述的硅单晶基片下部装有阴极金属层。
实施例2：
根据实施例1所述的含定向扩散结的肖特基器件，所述的硅单晶基片为重掺杂的N型硅单晶基片，所述的外延层为低掺杂的N-外延层，所述的肖特基势垒区设置有台面凹面，所述的台面凸点P型区和所述的肖特基势垒区共同形成整流结。
实施例3：
根据实施例1或2所述的含定向扩散结的肖特基器件，所述的台面凸点P型区为硼杂质注入后经过高温扩散形成，所述的台面凸点P型区结深比所述的肖特基势垒区的台面凹面深度深，但低于所述的P+环的结深，所述的台面凸点P型区的硼浓度从上向下逐渐降低，且在同水平线方向上，表面浓度低于体内浓度，呈倒置的“小蘑菇”状；所述的肖特基势垒区为所述的外延层刻蚀形成的台面凹面，凹面表面浓度与所述的外延层的掺杂浓度相同。
实施例4：
一种利用实施例1或2或3所述的含定向扩散结的肖特基器件的制造方法，在重掺杂的N型硅单晶片上，采用CVD技术外延生长一层低浓度的N-外延层，通过热氧化在外延层上表面形成薄氧化层，经过第一次光刻、腐蚀工步，将P+环安装的区域刻开，进行第一次注入硼杂质，硼杂质可透过薄氧化层厚度注入到N-外延层硅体内，经过高温推结形成终端保护P+环；再进行第二次光刻，将终端区用光刻胶阻挡后，进行第二次硼杂质注入，硼杂质大面积注入到内部源区的外延层硅体内；去除光刻胶后，再进行第三次光刻，将台面凹面区域刻开，经过湿法腐蚀去除氧化层后，再进行硅腐蚀，形成台面凹面和台面凸点，硅腐蚀的台面凹面深度比第二次硼杂质注入的深度要深；高温氧化、推结同时进行，在腐蚀的台面表面生长厚的氧化层，并在终端形成厚的氧化层，台面凸点P型区硼推结的结深要大于台面凹面的深度，形成台面凸点P型区；使用第二次光刻用的光刻版进行第四次光刻，将内部源区刻开，经过湿法腐蚀，将内部源区的台面凹面、台面凸点的表面的氧化层全部腐蚀去除；通过溅射势垒金属，经过势垒金属合金，在台面凸点P型区间形成肖特基势垒结，再在表面进行金属蒸发形成金属层，经过金属层光刻、腐蚀，形成正面阳极金属层及边缘金属场板；将硅单晶基片底部减薄，再进行背面金属蒸镀形成阴极金属层，整个肖特基器件结构形成。
实施例5：
根据实施例1-4所述的含定向扩散结的肖特基器件，其特征是：附图2中的30曲线为硼注入后硼杂质的分布边缘，呈直线，台面凸点边缘与中心硼离子浓度相同、深度相同；而31曲线、32曲线、33曲线、34曲线为随推结时间增加，台面凸点的P型区的硼杂质边界分布；随着推结时间的增加，台面凸点的中心与边缘的推结深度相差越来越大，且当结深超过台面凹面后，横向扩散的长度也低于纵向的扩散深度，形成倒置的“小蘑菇”形状，这比同等情况下的常规JBS肖特基器件的P型岛区的横向扩散长度小；附图3示出了管芯尺寸同为55mil、钛金属为势垒金属的150V肖特基产品，采用本发明的一种含定向扩散结的肖特基器件与传统JBS肖特基器件及传统普通肖特基器件的反向V-I曲线的比较图；该图为图示仪测试的反向V-I曲线，使用本发明的肖特基器件反向击穿曲线23与传统JBS肖特基器件反向击穿曲线24及传统普通肖特基器件反向击穿曲线25的测试曲线图比较；其中，传统普通肖特基的反向漏电流IR随方向击穿电压VR的增加而快速增加，且增加幅度逐渐增加；而本发明的肖特基器件反向漏电IR与传统的JBS肖特基器件，反向漏电流IR随反向电压VR的增加而缓慢增加，呈现饱和趋势，两者在数值上相当；采用本发明的肖特基器件反向特性与传统JBS肖特基器件反向性能无明显差异，两者较传统普通肖特基器件的反向漏电流IR要低；图4示出了使用相同版图尺寸为55mil、钛金属为势垒金属的150V肖特基产品，采用本发明的一种含定向扩散结的肖特基器件与传统JBS肖特基器件正向I-V曲线比较图；该图为图示仪测试的正向I-V曲线，使用本发明的肖特基器件正向导通曲线21与传统JBS肖特基器件正向导通曲线22的测试曲线比较图，本发明的肖特基势垒器件正向饱和压降VF比传统的JBS肖特基器件正向饱和压降VF低，约低9%，在IF=2A时,本发明的肖特基器件正向饱和压降VF比传统的JBS肖特基器件正向饱和压降VF低52mV；采用本发明的肖特基器件VF性能存在明显竞争优势。
Claims (4)
1.一种含定向扩散结的肖特基器件，其组成包括：硅单晶基片，其特征是：所述的硅单晶基片上具有外延层，所述的外延层上设置有肖特基势垒区，所述的肖特基势垒区与一组台面凸点P型区配合，所述的肖特基势垒区上部装有阳极金属层，所述的阳极金属层两侧设置有金属场板，所述的阳极金属层两侧与厚氧化层连接，所述的厚氧化层下部装有P+环，所述的硅单晶基片下部装有阴极金属层。
2.根据权利要求1所述的含定向扩散结的肖特基器件，其特征是：所述的硅单晶基片为重掺杂的N型硅单晶基片，所述的外延层为低掺杂的N-外延层，所述的肖特基势垒区设置有台面凹面，所述的台面凸点P型区和所述的肖特基势垒区共同形成整流结。
3.根据权利要求1或2所述的含定向扩散结的肖特基器件，其特征是：所述的台面凸点P型区为硼杂质注入后经过高温扩散形成，所述的台面凸点P型区结深比所述的肖特基势垒区的台面凹面深度深，但低于所述的P+环的结深，所述的台面凸点P型区的硼浓度从上向下逐渐降低，且在同水平线方向上，表面浓度低于体内浓度，呈倒置的“小蘑菇”状；所述的肖特基势垒区为所述的外延层刻蚀形成的台面凹面，凹面表面浓度与所述的外延层的掺杂浓度相同。
4.一种利用权利要求1或2或3所述的含定向扩散结的肖特基器件的制造方法，其特征是：在重掺杂的N型硅单晶片上，采用CVD技术外延生长一层低浓度的N-外延层，通过热氧化在外延层上表面形成薄氧化层，经过第一次光刻、腐蚀工步，将P+环安装的区域刻开，进行第一次注入硼杂质，硼杂质可透过薄氧化层厚度注入到N-外延层硅体内，经过高温推结形成终端保护P+环；再进行第二次光刻，将终端区用光刻胶阻挡后，进行第二次硼杂质注入，硼杂质大面积注入到内部源区的外延层硅体内；去除光刻胶后，再进行第三次光刻，将台面凹面区域刻开，经过湿法腐蚀去除氧化层后，再进行硅腐蚀，形成台面凹面和台面凸点，硅腐蚀的台面凹面深度比第二次硼杂质注入的深度要深；高温氧化、推结同时进行，在腐蚀的台面表面生长厚的氧化层，并在终端形成厚的氧化层，台面凸点P型区硼推结的结深要大于台面凹面的深度，形成台面凸点P型区；使用第二次光刻用的光刻版进行第四次光刻，将内部源区刻开，经过湿法腐蚀，将内部源区的台面凹面、台面凸点的表面的氧化层全部腐蚀去除；通过溅射势垒金属，经过势垒金属合金，在台面凸点P型区间形成肖特基势垒结，再在表面进行金属蒸发形成金属层，经过金属层光刻、腐蚀，形成正面阳极金属层及边缘金属场板；将硅单晶基片底部减薄，再进行背面金属蒸镀形成阴极金属层，整个肖特基器件结构形成。
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