CN105336606A - 一种降低二次击穿比率的40v肖特基二极管的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低二次击穿比率的40V肖特基二极管的制作工艺，本发明的肖特基二极管主要制作工艺流程：硅片外延参数制定（外延厚度：5.2-5.4um电阻率0.84-0.92Ω.cm，初始氧化5000-7000à，注入剂量2E-3E+15；退火1070-1080℃；本发明采用了2E-3E+15的高剂量离子注入，增大了PN结的杂质浓度，同时采用高的退火温度增加了器件结深及均匀性。掺杂浓度越大，结深越深，器件的耐压能力越强。肖特基二极管为表面浅结器件，二次击穿比率低5%以下，肖特基击穿曲线好，在器件使用过程中可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及二极管工艺技术领域，具体涉及一种降低二次击穿比率的40V肖特基二极管的制作工艺。
背景技术
目前使用的肖特基二极管主要制作工艺流程：
① 硅片外延参数制定偏薄，一般在（外延厚度：4.6-5.1
um 电阻率0.84-0.92Ω.cm）
② 初始氧化
5000-7000À
③ 注入剂量
5E+14-1.5E+15
④ 退火
1050-1060℃
此工艺缺点：二次击穿比率高30%-100%，肖特基击穿曲线差，在器件使用过程中可靠性差。
目前使用的肖特基二极管主要工艺外延厚度薄，注入掺杂浓度低，退火温度低造成结浅，推结不均匀，造成二次击穿比率高，肖特基击穿曲线差。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种降低二次击穿比率的40V肖特基二极管的制作工艺。
为解决本发明存在的技术问题采用如下技术方案：
一种降低二次击穿比率的40V肖特基二极管制作工艺（只应用到40V中）其步骤为：
a、衬底硅片清洗:衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在75±5℃各清洗10分钟，清洗后的衬底硅片冲水10±1分钟，甩干后待用；
b、初始氧化：完成步骤a 的衬底硅片进行初始氧化工艺，首先将硅片放入石英舟，然后进舟到石英炉管，舟速20±1cm/s，进舟结束，盖好磨口，在750±3℃通入氮气，每分钟6±1升，通入30±1分钟，温度从750℃升至950℃，温度保持在950±3℃，停止氮气改通入氧气，氧气通入10±1分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为140±1分钟，其中，氧气通入速度为每分钟3.5±1升，氢气通入速度为每分钟6.5±1升，氢氧合成结束后再通入氧气30±1分钟，其中，氧气通入速度为每分钟3.5±1升，然后通入三氯乙烷10±1分钟，三氯乙烷每分钟为80±1毫升，再通氮气，每分钟6±1升，温度由950℃降到750℃，取下磨口，出舟，舟速20±1cm/s，在石英舟上取片，工艺结束；
c、基区光刻：对完成步骤b的具有氧化层的衬底硅片进行光刻，其步骤为：
①涂胶：光刻胶粘度为100±1SC，涂胶厚度为28500±2000Å；
②前烘：将涂胶后的衬底硅片在85±5℃的烘箱中烘干30±1分钟；
③对位：在衬底硅片上设置掩膜版，将设置好的掩膜版的衬底硅片在光刻机的汞灯下曝光22±1秒，使掩膜版图形成像到衬底硅片表面；
④显影、定影：先用二甲苯显影10±1秒，然后用乙酸丁脂定影8±1秒；
⑤坚膜：将定影后的衬底硅片在140-155℃烘箱中烘干30±1分钟；
⑥氧化层腐蚀：将坚膜的衬底硅片用质量浓度40%的HF与质量浓度40%的NH4F按体积比1：6混合成腐蚀液腐蚀10±1分钟；
⑦去胶：将氧化层腐蚀后的衬底硅片用H2SO4：H2O2=3：1浸泡液浸泡 10±1分钟去除光刻胶；
d、注入：完成步骤c基区光刻后进行注入，硼注入剂量为2E-3E+15，能量为50-80Kev；
e、退火：将完成注入的晶片放入石英管中，然后进舟到石英炉管，舟速20±1cm/s，进舟结束，盖好磨口，在700±3℃通入氮气，每分钟6±1升，74±1分钟，温度从700℃升至1070℃，温度保持在1070±3℃，停止氮气改通氧气，氧气通入10±1分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为60±1分钟，其中氧气通入速度为每分钟3.5±1升，氢气通入速度为每分钟6.5±1升，氢氧合成结束后再通入氧气20±1分钟，其中氧气通入速度为每分钟3.5±1升，然后通入三氯乙烷10±1分钟，其中三氯乙烷每分钟为80±1毫升，再通氮气，每分钟6±1升，温度由1070℃降到700℃，取下磨口，出舟，舟速20±1cm/s，在石英舟上取片，工艺结束。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种40V肖特基二极管降低二次击穿比率的制作工艺，采用了2E-3E+15的高剂量离子注入，增大了PN结的杂质浓度，同时采用高的退火温度增加了器件结深及均匀性。掺杂浓度越大，结深越深，器件的耐压能力越强。肖特基二极管为表面浅结器件，改进前结深为0.6±0.2um，工艺改进后结深为1±0.2um。通过两种工艺试验对比在保证VBR情况下，注入剂量越大，退火温度越高，相对掺杂浓度高，退火均匀性越好，工艺缺陷越少，结深越深二次击穿比率越低。改进后的肖特基二极管二次击穿比率在5%以下。本发明工艺：①硅片外延参数制定（外延厚度：5.2 -5.4 um 电阻率0.84-0.92Ω.cm）
②初始氧化 5000-7000À
③注入剂量 2E-3E+15
⑤ 退火
1070-1080℃
此工艺优点：二次击穿比率不仅在5%以下，肖特基击穿曲线好，在器件使用过程中可靠性高。
附图说明
图1.为本发明结构示意图；
图2.为图1的俯视图；
图3.不合格肖特基击穿曲线；
图4.合格肖特基击穿曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
实施例
1
一种降低二次击穿比率的40V肖特基二极管制作工艺（只应用到40V中）其步骤为：
a、衬底硅片清洗:衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在75℃各清洗10分钟，清洗后的衬底硅片冲水10分钟，甩干后待用；
b、初始氧化：完成步骤a的衬底硅片进行初始氧化工艺，首先将硅片放入石英舟，然后进舟到石英炉管,舟速20cm/s，进舟结束，盖好磨口，在750℃通入氮气,每分钟6升,30分钟，温度从750℃升至950℃，温度保持在950℃，停止氮气改通氧气，氧气通入10分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为140分钟，其中氧气通入速度为每分钟3.5升，氢气通入速度为每分钟6.5升，氢氧合成结束后再通入氧气30分钟，其中氧气通入速度为每分钟3.5升，然后通入三氯乙烷10分钟，其中三氯乙烷每分钟为80毫升，再通氮气，每分钟6升，温度由950℃降到750℃，取下磨口，出舟,舟速20cm/s，在石英舟上取片，工艺结束。工艺结束后测试氧化层厚度5160Å。
c、基区光刻：对完成步骤b的具有氧化层的衬底硅片进行光刻，其步骤为：
①涂胶：光刻胶粘度为100SC，涂胶厚度为28500Å；
②前烘：将涂胶后的衬底硅片在85℃的烘箱中烘干30分钟；
③对位：在衬底硅片上设置掩膜版，将设置好的掩膜版的衬底硅片在光刻机的汞灯下曝光22秒，使掩膜版图形成像到衬底硅片表面；
④显影、定影：先用二甲苯显影10秒，然后用乙酸丁脂定影8秒；
⑤坚膜：将定影后的衬底硅片在150℃烘箱中烘干30分钟；
⑥氧化层腐蚀：将坚膜的衬底硅片用质量浓度40%的HF与质量浓度40%的NH4F按体积比1：6混合成腐蚀液腐蚀10分钟；
⑦去胶：将氧化层腐蚀后的衬底硅片用硫酸：双氧水=3：1浸泡液浸泡 10分钟去除光刻胶；
d、注入：完成步骤c基区光刻后进行注入，硼注入剂量为5E+14-1.5E+15，能量为50Kev；
e、退火：将完成注入的晶片放入石英管中，然后进舟到石英炉管,舟速20cm/s，进舟结束，盖好磨口，在700℃通入氮气,每分钟6升,74分钟，温度从700℃升至1070℃，温度保持在1070℃，停止氮气改通氧气，氧气通入1 0分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为60分钟，其中氧气通入速度为每分钟3.5升，氢气通入速度为每分钟6.5升，氢氧合成结束后再通入氧气20分钟，其中氧气通入速度为每分钟3.5升，然后通入三氯乙烷10分钟，其中三氯乙烷每分钟为80毫升，再通氮气,每分钟6升，温度由1070℃降到700℃，取下磨口，出舟,舟速20cm/s，在石英舟上取片，工艺结束。工艺结束后氧化层厚度为：5920Å。
f、二次击穿比率测试试验
二次击穿比率测试试验设备及测试工艺条件
二次击穿比率测试仪：TYPE 576 CURVE TRACER
测试方法：
1）测试片选用正面金属制作完成肖特基二极管4英寸圆片 ；
2）每片总管芯数：6800只，抽测点数：每片16点测试，测试10片；
3）二次击穿幅度：≥2V判定不合格，记录不合格点数，具体不合格与合格肖特基击穿曲线判定示意图见图3、图4；
4）不合格点数除以总测试点数为二次击穿比率数据；
5）二次击穿比率目标≤5%
具体实际测试二次击穿曲线个数：5个，比率为：3.125%
实施例
2
一种降低二次击穿比率的40V肖特基二极管制作工艺（只应用到40V中）其步骤为：
a、衬底硅片清洗:衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在70℃各清洗9分钟，清洗后的衬底硅片冲水9分钟，甩干后待用；
b、初始氧化：完成步骤a的衬底硅片进行初始氧化工艺，首先将硅片放入石英舟，然后进舟到石英炉管,舟速19cm/s，进舟结束，盖好磨口，在747℃通入氮气,每分钟5升,29分钟，温度从747℃升至947℃，温度保持在947℃，停止氮气改通氧气，氧气通入9分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为139分钟，其中氧气通入速度为每分钟2.5升，氢气通入速度为每分钟5.5升，氢氧合成结束后再通入氧气29分钟，其中氧气通入速度为每分钟2.5升，然后通入三氯乙烷9分钟，其中三氯乙烷每分钟为79毫升，再通氮气,每分钟5升，温度由947℃降到750℃，取下磨口，出舟,舟速19cm/s，在石英舟上取片，工艺结束。工艺结束后测试氧化层厚度5070Å。
c、基区光刻：对完成步骤b的具有氧化层的衬底硅片进行光刻，其步骤为：
①涂胶：光刻胶粘度为99SC，涂胶厚度为26500Å；
②前烘：将涂胶后的衬底硅片在80℃的烘箱中烘干29分钟；
③对位：在衬底硅片上设置掩膜版，将设置好的掩膜版的衬底硅片在光刻机的汞灯下曝光21秒，使掩膜版图形成像到衬底硅片表面；
④显影、定影：先用二甲苯显影9秒，然后用乙酸丁脂定影7秒；
⑤坚膜：将定影后的衬底硅片在140℃烘箱中烘干29分钟；
⑥氧化层腐蚀：将坚膜的衬底硅片用质量浓度40%的HF与质量浓度40%的NH4F按体积比1：6混合成腐蚀液腐蚀9分钟；
⑦去胶：将氧化层腐蚀后的衬底硅片用H2SO4：H2O2=3：1浸泡液浸泡9分钟去除光刻胶；
d、注入：完成步骤c基区光刻后进行注入，硼注入剂量为5E+14-1.5E+15，能量为50Kev；
e、退火：将完成注入的晶片放入石英管中，然后进舟到石英炉管,舟速19cm/s，进舟结束，盖好磨口，在697℃通入氮气,每分钟5升,73分钟，温度从697℃升至1067℃，温度保持在1067℃，停止氮气改通氧气，氧气通入9分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为59分钟，其中氧气通入速度为每分钟2.5升，氢气通入速度为每分钟5.5升，氢氧合成结束后再通入氧气19分钟，其中氧气通入速度为每分钟2.5升，然后通入三氯乙烷9分钟，其中三氯乙烷每分钟为79毫升，再通氮气,每分钟5升，温度由1067℃降到700℃，取下磨口，出舟,舟速19cm/s，在石英舟上取片，工艺结束。工艺结束后氧化层厚度为：5890Å。
f、二次击穿比率测试试验
二次击穿比率测试试验设备及测试工艺条件
二次击穿比率测试仪：TYPE 576 CURVE TRACER
测试方法：
1）测试片选用正面金属制作完成肖特基二极管4英寸圆片 ；
2）每片总管芯数：6800只，抽测点数：每片16点测试，测试10片；
3）二次击穿幅度：≥2V判定不合格，记录不合格点数，具体不合格与合格肖特基击穿曲线判定示意图见图3、图4；
4）不合格点数除以总测试点数为二次击穿比率数据；
5）目标二次击穿比率≤5%
具体实际测试二次击穿曲线个数：4个，比率为：2.5%
实施例
3
一种降低二次击穿比率的40V肖特基二极管制作工艺（只应用到40V中）其步骤为：
a、衬底硅片清洗:衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在80℃各清洗11分钟，清洗后的衬底硅片冲水1分钟，甩干后待用；
b、初始氧化：完成步骤a的衬底硅片进行初始氧化工艺，首先将硅片放入石英舟，然后进舟到石英炉管,舟速21cm/s，进舟结束，盖好磨口，在753℃通入氮气,每分钟7升,31分钟，温度从753℃升至953℃，温度保持在953℃，停止氮气改通氧气，氧气通入11分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为141分钟，其中氧气通入速度为每分钟4.5升，氢气通入速度为每分钟7.5升，氢氧合成结束后再通入氧气31分钟，其中氧气通入速度为每分钟4.5升，然后通入三氯乙烷11分钟，其中三氯乙烷每分钟为81毫升，再通氮气 ,每分钟7升，温度由953℃降到750℃，取下磨口，出舟,舟速21cm/s，在石英舟上取片，工艺结束。工艺结束后测试氧化层厚度5280Å。
c、基区光刻：对完成步骤b的具有氧化层的衬底硅片进行光刻，其步骤为：
①涂胶：光刻胶粘度为101SC，涂胶厚度为30500Å；
②前烘：将涂胶后的衬底硅片在90℃的烘箱中烘干31分钟；
③对位：在衬底硅片上设置掩膜版，将设置好的掩膜版的衬底硅片在光刻机的汞灯下曝光23秒，使掩膜版图形成像到衬底硅片表面；
④显影、定影：先用二甲苯显影11秒，然后用乙酸丁脂定影9秒；
⑤坚膜：将定影后的衬底硅片在155℃烘箱中烘干31分钟；
⑥氧化层腐蚀：将坚膜的衬底硅片用质量浓度40%的HF与质量浓度40%的NH4F按体积比1：6混合成腐蚀液腐蚀10±1分钟；
⑦去胶：将氧化层腐蚀后的衬底硅片用H2SO4：H2O2=3：1浸泡液浸泡 11分钟去除光刻胶；
d、注入：完成步骤c基区光刻后进行注入，硼注入剂量为5E+14-1.5E+15，能量为50Kev；
e、退火：将完成注入的晶片放入石英管中，然后进舟到石英炉管,舟速21cm/s，进舟结束，盖好磨口，在703℃通入氮气,每分钟7升,75分钟，温度从703℃升至1073℃，温度保持在1073℃，停止氮气改通氧气，氧气通入11分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为61分钟，其中氧气通入速度为每分钟4.5升，氢气通入速度为每分钟7.5升，氢氧合成结束后再通入氧气21分钟，其中氧气通入速度为每分钟4.5升，然后通入三氯乙烷11分钟，其中三氯乙烷每分钟为81毫升，再通氮气,每分钟7升，温度由1073℃降到700℃，取下磨口，出舟,舟速21cm/s，在石英舟上取片，工艺结束。工艺结束后氧化层厚度为：5950Å。
f、二次击穿比率测试试验
二次击穿比率测试试验设备及测试工艺条件
二次击穿比率测试仪：TYPE 576 CURVE TRACER
测试方法：
1）测试片选用正面金属制作完成肖特基二极管4英寸圆片 ；
2）每片总管芯数：6800只，抽测点数：每片16点测试，测试10片；
3）二次击穿幅度：≥2V判定不合格，记录不合格点数，具体不合格与合格肖特基击穿曲线判定示意图见图3、图4；
4）不合格点数除以总测试点数为二次击穿比率数据；
5）目标二次击穿比率≤5%
具体实际测试二次击穿曲线个数：2个，比率为：1.25%。
Claims (1)
1.一种降低二次击穿比率的40V肖特基二极管的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、衬底硅片清洗:衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在75±5℃各清洗10分钟，清洗后的衬底硅片冲水10±1分钟，甩干后待用；
b、初始氧化：完成步骤a 的衬底硅片进行初始氧化工艺，首先将硅片放入石英舟，然后进舟到石英炉管，舟速20±1cm/s，进舟结束，盖好磨口，在750±3℃通入氮气，每分钟6±1升，通入30±1分钟，温度从750℃升至950℃，温度保持在950±3℃，停止氮气改通入氧气，氧气通入10±1分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为140±1分钟，其中，氧气通入速度为每分钟3.5±1升，氢气通入速度为每分钟6.5±1升，氢氧合成结束后再通入氧气30±1分钟，其中，氧气通入速度为每分钟3.5±1升，然后通入三氯乙烷10±1分钟，三氯乙烷每分钟为80±1毫升，再通氮气，每分钟6±1升，温度由950℃降到750℃，取下磨口，出舟，舟速20±1cm/s，在石英舟上取片，工艺结束；
c、基区光刻：对完成步骤b的具有氧化层的衬底硅片进行光刻，其步骤为：
①涂胶：光刻胶粘度为100±1SC，涂胶厚度为28500±2000Å；
②前烘：将涂胶后的衬底硅片在85±5℃的烘箱中烘干30±1分钟；
③对位：在衬底硅片上设置掩膜版，将设置好的掩膜版的衬底硅片在光刻机的汞灯下曝光22±1秒，使掩膜版图形成像到衬底硅片表面；
④显影、定影：先用二甲苯显影10±1秒，然后用乙酸丁脂定影8±1秒；
⑤坚膜：将定影后的衬底硅片在140-155℃烘箱中烘干30±1分钟；
⑥氧化层腐蚀：将坚膜的衬底硅片用质量浓度40%的HF与质量浓度40%的NH4F按体积比1：6混合成腐蚀液腐蚀10±1分钟；
⑦去胶：将氧化层腐蚀后的衬底硅片用H2SO4：H2O2=3：1浸泡液浸泡 10±1分钟去除光刻胶；
d、注入：完成步骤c基区光刻后进行注入，硼注入剂量为2E-3E+15，能量为50-80Kev；
e、退火：将完成注入的晶片放入石英管中，然后进舟到石英炉管，舟速20±1cm/s，进舟结束，盖好磨口，在700±3℃通入氮气，每分钟6±1升，74±1分钟，温度从700℃升至1070℃，温度保持在1070±3℃，停止氮气改通氧气，氧气通入10±1分钟后，改为氧气、氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为60±1分钟，其中氧气通入速度为每分钟3.5±1升，氢气通入速度为每分钟6.5±1升，氢氧合成结束后再通入氧气20±1分钟，其中氧气通入速度为每分钟3.5±1升，然后通入三氯乙烷10±1分钟，其中三氯乙烷每分钟为80±1毫升，再通氮气，每分钟6±1升，温度由1070℃降到700℃，取下磨口，出舟，舟速20±1cm/s，在石英舟上取片，工艺结束。
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| CN111244037A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-06-05 | 天水天光半导体有限责任公司 | 反向电压40v或60v桥式整流电路的集成制作方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1599041A (zh) * | 2003-09-17 | 2005-03-23 | 吴协霖 | 具高崩溃电压及低逆向漏电流的萧特基二极管及制造方法 |
| CN201185190Y (zh) * | 2008-04-21 | 2009-01-21 | 苏州硅能半导体科技股份有限公司 | 提高半导体功率器件静电保护性能的结终端保护结构 |
| CN104576362A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-04-29 | 天水天光半导体有限责任公司 | 一种100v肖特基二极管制作工艺 |
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| CN111244037B (zh) * | 2020-03-11 | 2023-06-02 | 天水天光半导体有限责任公司 | 反向电压40v或60v桥式整流电路的集成制作方法 |
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