CN108493256A - 一种无铝下cvd肖特基二极管芯片及制造工艺 - Google Patents

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朱瑞
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Abstract

本发明涉及一种新型的无铝下CVD肖特基二极管芯片及制造工艺,应用在集成电路或分立器件制造技术领域。其纵向结构(从下至上)包括了阴极金属、半导体硅片N+衬底层、N外延层、P+有源区、镍铂金属势垒层、氧化层、阳极金属;通过掺氯氧化与扩散方法在氧化层中增加氯离子来固定可动电荷以达到替代铝下CVD作用,最终去除肖特基二极管的铝下CVD工艺。本发明最终可以生产出无铝下CVD肖特基二极管芯片,缩短产品生产周期,降低生产成本,提高市场竞争力。

Description

一种无铝下CVD肖特基二极管芯片及制造工艺
技术领域
本发明涉及一种无铝下CVD肖特基二极管芯片及制造工艺。属于集成电路或分立器件制造技术领域。
背景技术
肖特基二极管的研制和生产已有二十多年的历史,近几年来,随着电子行业的发展, 肖特基二极管一期特有的性能参数迅速显示了其优越性。在肖特基二极管的生产中,会 有很多种异常击穿产生。当金属与半导体接触时,费米能级的匹配要求,导致了金属与半导体之间电荷转移的势垒,通常叫肖特基势垒,它是由于金属和半导体的功函数不同 产生的。肖特基二极管就是利用肖特基势垒的整流特性做成的,它与pn结二极管有几 乎相同的等效电路,相似的伏安特性,其电容和耗尽层宽度的计算与单边突变结是一样 的。肖特基二极管与pn结二极管相比具有以下优点:a.特别低的正向压降;b.高的耐冲 击电流能力;c.低的反向恢复时间。因此,肖特基二极管成为开关电源的关键部件,广 泛用于计算机,雷达,电视机,航天飞行器,仪表仪器等方面。
肖特基二极管因具有正向导通电压低、开关速度快等特点,被广泛用于各类高频电 路;目前国内半导体生产厂商生产的肖特基二极管芯片都是包含铝下CVD工艺的(如图1所示),通过该工艺可以控制氧化层中的可动电荷,有效地控制产品反向漏电以及确 保反向击穿特性稳定。但是该工艺需要特定的CVD设备、炉管和特殊气体,在CVD设备 采购、保养,炉管的保养、更换,以及特殊气体消耗上需要投入大量资金,这直接导致 肖特基二极管成本提高,盈利能力降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种无铝下CVD肖特基二极管芯片及制造工艺,通过掺氯氧化与扩散方法在氧化层中增加氯离子来固定可动电荷以达到替代铝下CVD作用,最终去除肖特基二极管的铝下CVD工艺,降低其生产周期及 生产成本。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种无铝下CVD肖特基二极管芯片,它包括作为基片的半导体硅片N+衬底;在半导体硅片N+衬底上设置有N-外延层;在 N-外延层上刻蚀形成硅沟槽,在硅沟槽内通过高温氧化与扩散方式将杂质硼扩散至一定 深度形成P+有源区,在所述P+有源区表面通过高温氧化形成一定厚度的氧化层,所述 氧化层的中间通过光刻形成开窗,在所述开窗内通过溅射方式淀积一层一定厚度的镍铂 金属势垒层,所述镍铂金属势垒层与N-外延层之间以欧姆方式接触,在所述镍铂金属势 垒层表面以及部分氧化层表面通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度的阳极电极,在 半导体硅片N+衬底无N-外延层一侧通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度的阴极电 极。
本发明提供一种上述无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,所述方法包括如下步骤:
步骤一:在一定厚度半导体硅片N+衬底上外延具有一定电阻率与厚度的N-外延层;
步骤二:通过高温氧化,氧化过程中通入一定量的氯化氢气体,生长一定厚度的氧化层;
步骤三:通过光刻,去除P+有源区上的氧化层,利用离子注入方式注入一定剂量的硼离子;再通过高温氧化与扩散方式,将杂质硼扩散至一定深度,形成P+有源区,同时 在P+有源区生长一层高质量氧化层;在氧化与扩散过程中需通入一定量的氯化氢气体;
步骤四:通过光刻,去除金属势垒层上的氧化层,利用溅射方式淀积一层一定厚度的镍铂金属势垒;通过低温处理方式,将镍铂金属势垒层与N-外延层相结合形成欧姆接触;
步骤五:通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度的阳极电极,再通过光刻方式去 除阳极电极以外区域金属;
步骤六:通过减薄方式,将半导体硅片N+衬底层无外延层一侧减去一层,使整个芯片减薄到一定厚度;最后通过蒸发或溅射方式淀积一定厚度的阴极电极。
优选地,步骤一中半导体硅片N+衬底的厚度为300-530μm,电阻率≤0.02Ω.cm,N-外延层的电阻率为10-100Ω.cm,厚度为25-150um。
优选地,步骤二中氯化氢气体的通入效率为200-400ml/min,氧化层厚度为 0.5-1.5μm。
优选地,步骤三中硼离子的注入剂量为1E14cm-2-1E16cm-2,高温氧化与扩散的温度为1000℃-1250℃,时间为50min-300min,杂质硼扩散深度为1μm-20μm,P+有源区 表面的高质量氧化层厚度为0.2-1μm,氯化氢气体通入效率为200-400ml/min,时间与高 温氧化与扩散过程同步。
优选地,步骤四中镍铂金属势垒厚度为100nm~1000nm,低温处理的温度为 400-550℃,时间为10-60min。
优选地,步骤五中阳极电极的厚度为2.0-10.0μm。
优选地,步骤六中整个芯片减薄到200-350μm;阴极电极厚度为0.5-3.0μm,阴极电极采用Ti/Ni/Ag或Cr/Ni/Ag或V/Ni/Ag中的一种。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明通过在高温氧化以及高温氧化与扩散工艺过程中全程通入一定量的氯化氢 气体,通过在氧化层中增加氯离子来固定可动电荷以达到替代铝下CVD作用,从而在 不影响肖特基二极管特性前提下,去除铝下CVD工艺,最终达到降低肖特基二极管生 产周期和生产成本,提高产品市场竞争力。
附图说明
图1为传统肖特基二极管芯片的结构剖面图;
图2为本发明的无铝下CVD肖特基二极管芯片的结构剖面图;
图3~图8为本发明实例对应的工艺流程剖面结构图。
具体实施方式
下面结合具体的实例来进一步说明实现本发明提出的一种无铝下CVD肖特基二极管芯片及制造工艺。并且需要说明的是,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的结构及实现的方式。
参见图2,本发明涉及一种无铝下CVD肖特基二极管芯片,它包括作为基片的半 导体硅片N+衬底2;在半导体硅片N+衬底2上设置有N-外延层3;在N-外延层3上刻 蚀形成硅沟槽,在硅沟槽内通过高温氧化与扩散方式将杂质硼扩散至一定深度形成P+有源区4,在所述P+有源区表面通过高温氧化形成一定厚度的氧化层6,所述氧化层6 的中间通过光刻形成开窗,在所述开窗内通过溅射方式淀积一层一定厚度的镍铂金属势 垒层5,所述镍铂金属势垒层5与N-外延层3之间以欧姆方式接触,在所述镍铂金属势 垒层5表面以及部分氧化层6表面通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度的阳极电极 7,在半导体硅片N+衬底2无N-外延层3一侧通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度 的阴极电极1。
本发明涉及一种无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,所述方法包括如下步骤:
步骤一:如图3所示,在一定厚度(300-530μm)半导体硅片N+衬底(≤0.02Ω.cm)层2上外延具有一定电阻率(10-100Ω.cm左右)与厚度(25-150um左右)的N-外延层 3;
步骤二:如图4所示,通过高温氧化,氧化过程中通入一定量的氯化氢气体 (200-400ml/min),生长一定厚度(0.5-1.5μm)的氧化层6;
步骤三:如图5所示,通过光刻,去除P+有源区4上的氧化层,利用离子注入方式 注入一定剂量(1E14cm-2-1E16cm-2)的硼离子;再通过高温氧化与扩散(1000℃-1250℃,50min-300min)方式,将杂质硼扩散至一定深度(1μm-20μm),形成P+有源区4,同时 在P+有源区4生长一层高质量氧化层0.2-1μm;在氧化与扩散过程中需通入一定量的氯 化氢气体(200-400ml/min),时间与高温氧化与扩散过程同步,以达到氧化层中含有一 定量的氯离子;
步骤四:如图6所示,通过光刻,去除金属势垒层5上的氧化层,利用溅射方式淀 积一层一定厚度的镍铂金属势垒(100nm~1000nm);通过低温(400-550℃,10-60min) 处理方式,将镍铂金属势垒层5与N-外延层3相结合形成良好的欧姆接触;
步骤五:如图7所示,通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度(2.0-10.0μm)的阳极电极,阳极电极采用铝或钛铝合金;再通过光刻方式去除阳极电极7以外区域金属;
步骤六:如图8所示,通过减薄方式,将半导体硅片N+衬底层2无外延层一侧减 去一层,使整个芯片减薄到一定厚度(200-350μm);最后通过蒸发或溅射方式淀积一定 厚度(0.5-3.0μm)的阴极电极1(材料为Ti/Ni/Ag或Cr/Ni/Ag或V/Ni/Ag);这样,无 铝下CVD肖特基二极管芯片加工完成。
除上述实施例外,本发明还包括有其他实施方式,凡采用等同变换或者等效替换方 式形成的技术方案,均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无铝下CVD肖特基二极管芯片,其特征在于:它包括作为基片的半导体硅片N+衬底;在半导体硅片N+衬底上设置有N-外延层;在N-外延层上刻蚀形成硅沟槽,在硅沟槽内通过高温氧化与扩散方式将杂质硼扩散至一定深度形成P+有源区,在所述P+有源区表面通过高温氧化形成一定厚度的氧化层,所述氧化层的中间通过光刻形成开窗,在所述开窗内通过溅射方式淀积一层一定厚度的镍铂金属势垒层,所述镍铂金属势垒层与N-外延层之间以欧姆方式接触,在所述镍铂金属势垒层表面以及部分氧化层表面通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度的阳极电极,在半导体硅片N+衬底无N-外延层一侧通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度的阴极电极。
2.一种如权利要求1所述的无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:
步骤一:在一定厚度半导体硅片N+衬底上外延具有一定电阻率与厚度的N-外延层;
步骤二:通过高温氧化,氧化过程中通入一定量的氯化氢气体,生长一定厚度的氧化层;
步骤三:通过光刻,去除P+有源区上的氧化层,利用离子注入方式注入一定剂量的硼离子;再通过高温氧化与扩散方式,将杂质硼扩散至一定深度,形成P+有源区,同时在P+有源区生长一层高质量氧化层;在氧化与扩散过程中需通入一定量的氯化氢气体;
步骤四:通过光刻,去除金属势垒层上的氧化层,利用溅射方式淀积一层一定厚度的镍铂金属势垒;通过低温处理方式,将镍铂金属势垒层与N-外延层相结合形成欧姆接触;
步骤五:通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度的阳极电极,再通过光刻方式去除阳极电极以外区域金属;
步骤六:通过减薄方式,将半导体硅片N+衬底层无外延层一侧减去一层,使整个芯片减薄到一定厚度;最后通过蒸发或溅射方式淀积一定厚度的阴极电极。
3.根据权利要求2所述的一种无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,其特征在于:步骤一中半导体硅片N+衬底的厚度为300-530μm,电阻率≤0.02Ω.cm,N-外延层的电阻率为10-100Ω.cm,厚度为25-150um。
4.根据权利要求2所述的一种无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,其特征在于:步骤二中氯化氢气体的通入效率为200-400ml/min,氧化层厚度为0.5-1.5μm。
5.根据权利要求2所述的一种无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,其特征在于:步骤三中硼离子的注入剂量为1E14cm-2-1E16cm-2,高温氧化与扩散的温度为1000℃-1250℃,时间为50min-300min,杂质硼扩散深度为1μm-20μm,P+有源区表面的高质量氧化层厚度为0.2-1μm,氯化氢气体通入效率为200-400ml/min,时间与高温氧化与扩散过程同步。
6.根据权利要求2所述的一种无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,其特征在于:步骤四中镍铂金属势垒厚度为100nm~1000nm,低温处理的温度为400-550℃,时间为10-60min。
7.根据权利要求2所述的一种无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,其特征在于:步骤五中阳极电极的厚度为2.0-10.0μm。
8.根据权利要求2所述的一种无铝下CVD肖特基二极管芯片的制造方法,其特征在于:步骤六中整个芯片减薄到200-350μm;阴极电极厚度为0.5-3.0μm,阴极电极采用Ti/Ni/Ag或Cr/Ni/Ag或V/Ni/Ag中的一种。
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