CN113410137B - 一种高可靠SiC肖特基二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高可靠SiC肖特基二极管及其制作方法，通过保护SiC肖特基二极管的肖特基接触区，提高肖特基二极管的可靠性，包括以下步骤：在位于N+衬底的N‑漂移层的表面进行氧化层的淀积；通过光刻刻蚀形成有源区；在有源区内进行P型离子注入然后高温退火；在SiC晶圆背面退火完成欧姆接触电极；腐蚀氧化层，对边缘两侧的氧化层进行腐蚀保留，在SiC晶圆正面退火形成肖特基接触电极；在肖特基接触区通过阳极金属蒸发或溅射和钝化层淀积的交替进行，实现对肖特基接触区的保护；并在钝化层中光刻孔洞，形成上下层金属层之间的互联，高可靠SiC肖特基二极管制作完成。
Description
技术领域
本发明属于功率器件制作工艺技术领域，具体涉及一种高可靠SiC肖特基二极管及其制作方法。
背景技术
碳化硅SiC是一种二元半导体化合物，是元素周期表第IV主族元素中唯一的固态化合物，也是Si和C的唯一稳定化合物，其物化性质有许多独特之处。在SiC材料结晶时，每一个碳原子都被4个硅原子按照正四面体结构紧密包围，同样每一个硅原子也都被4个碳原子以相同方式紧密包围，彼此相互嵌套而构成完整晶体。最近邻原子距离为0.189nm，所以SiC原子层面的粗糙度大约为0.2nm左右。碳化硅晶体在结晶构架过程中都符合密堆积原则，SiC材料硬度高，仅次于金刚石。而且SiC材料具有很强的离子共价键，所以其结构非常稳定。由于特殊的结构，SiC材料具有禁带宽度大、临界击穿场强高、耐高温、抗辐照、热导率高、饱和电子漂移速度快等诸多优点，所以具备制作功率器件的天然优势。
SiC肖特基二极管具有耐高温、热导率高等优点，可以满足在一般条件下的应用需求，但在环境复杂、空间等恶劣环境中使用时，由于SiC肖特基二极管的结构特性，使得器件的敏感区，即肖特基接触区暴露在空间环境中。任何对肖特基接触区的影响都可能成为影响器件可靠性的因素。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高可靠SiC肖特基二极管及其制作方法，通过保护SiC肖特基二极管的肖特基接触区，提高肖特基二极管的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，包括以下步骤：
在位于N+衬底的N-漂移层的表面进行氧化层的淀积；
通过光刻刻蚀形成有源区；
在有源区内进行P型离子注入，形成P型掺杂区，然后高温退火；
在SiC晶圆背面进行欧姆接触金属的蒸发或溅射，通过退火完成欧姆接触电极；
腐蚀氧化层，对边缘两侧的氧化层进行腐蚀保留，在SiC晶圆正面进行肖特基接触金属的蒸发或溅射，通过退火形成肖特基接触电极；
在肖特基接触电极暴露在空间环境内的肖特基接触区进行第一阳极金属的蒸发或溅射；
在第一阳极金属的表面进行第一钝化层的淀积，并在第一钝化层中光刻刻蚀孔洞；
在第一钝化层的表面进行第二阳极金属的蒸发或溅射；
在第二阳极金属的表面进行第二钝化层淀积，并在第二钝化层中光刻刻蚀孔洞；
在第二钝化层的表面进行第三阳极金属的蒸发或溅射，高可靠SiC肖特基二极管制作完成。
优选地，所述N-漂移层的掺杂浓度为1×1014Ω·cm2～1×1016Ω·cm2，所述N-漂移层的厚度为4μm～20μm，所述N+衬底的掺杂浓度为1×1018Ω·cm2～1×1019Ω·cm2。
优选地，所述氧化层的淀积厚度为1500nm～3000nm。
优选地，所述P型离子的注入深度为0.1μm～1μm，高温退火温度为1650℃～1800℃，退火时间为2min～60min。
优选地，所述N+衬底的表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式形成欧姆接触电极，欧姆接触电极的厚度为100nm～500nm，在N2或Ar2的保护下，在900℃～1000℃温度下，退火30min，形成欧姆接触电极；
所述欧姆接触金属采用Ti和Ni中的一种或两种金属的组合。
优选地，所述N-漂移层的表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式形成肖特基接触电极，肖特基接触电极的厚度为100nm～300nm，在N2或Ar2的保护下，在400℃～500℃温度下，退火2min～30min，形成肖特基接触电极；
所述肖特基接触金属采用Al、Ti、Ni、W和Pt金属中的一种或多种金属的组合。
优选地，所述第一阳极金属、第二阳极金属和第三阳极金属采用Al、Ag、Ti、Ni和Au中的一种或多种金属的组合，厚度为100nm～5000nm。
优选地，所述第一钝化层和第二钝化层的厚度为100nm～3000nm。
优选地，所述孔洞为通孔，其形状为方形、圆形或六方形，方形或六方形的尺寸边长为1μm～1000μm，圆形的尺寸直径为1μm～1000μm；
所述第一钝化层内的孔洞与第二钝化层内的孔洞位置交替布置。
优选地，一种由上述制作方法制成的高可靠SiC肖特基二极管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，通过在暴露于空间环境内的肖特基接触区制作形成三层阳极金属和两层钝化层的保护结构，从而将SiC肖特基二极管的敏感区，即肖特基接触区隔绝保护起来，避免SiC肖特基二极管在一些空间较复杂恶劣的环境中使用时，对器件的可靠性造成影响；且为避免在制作过程中，由于刻蚀等操作造成淀积的氧化层边缘出现空缺，使肖特基接触电极边缘暴露在外，对可靠性产生影响，因此制作多层保护结构，将肖特基接触区完全覆盖保护起来，从而提高SiC肖特基二极管的可靠性。
本发明的制造方法理论简单易于理解，不同的工艺技术人员可以根据不同的设备及工艺条件进行调整，遵循此方法均可以得到满足工艺要求的结果，适用范围广泛。
附图说明
图1是本发明提供的高可靠SiC肖特基二极管的制造方法的流程步骤图。
图中，N-漂移层1，氧化层2，P型掺杂区3，N+衬底4，欧姆接触电极5，肖特基接触电极6，有源区7，第一阳极金属8，第一钝化层9，第二阳极金属10，第二钝化层11，第三阳极金属12，孔洞13。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；以下实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例，不是用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，包括以下步骤：
步骤1，在位于N+衬底4的N-漂移层1的表面进行氧化层2的淀积，其中，N-漂移层1的掺杂浓度为1×1014Ω·cm2～1×1016Ω·cm2，N-型漂移层的厚度为4μm～20μm，氧化层2的淀积厚度为1500nm～3000nm，该氧化层2覆盖在外延芯片的表面，对外延芯片起到一定保护作用，对半导体外延芯片进行器件间台面隔离。
步骤2，在氧化层2的表面通过光刻刻蚀形成有源区7。
步骤3，在有源区7内进行P型离子注入，形成P型掺杂区3，然后高温退火，由于采用N+衬底4，P型注入掺杂可以形成PN结，减小漏电，其中，P型离子的注入深度为0.1μm～1μm，高温退火温度为1650℃～1800℃，退火时间为2min～60min。
步骤4，在SiC晶圆背面的N+衬底4的底面进行欧姆接触金属的蒸发或溅射，通过退火完成欧姆接触电极5，其中，N+衬底4的掺杂浓度为1×1018Ω·cm2～1×1019Ω·cm2，N+衬底4表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式形成欧姆接触电极5，欧姆接触电极5的厚度为100nm～500nm，在N2或Ar2的保护下，在900℃～1000℃温度下，退火30min，形成欧姆接触电极5。
进一步地，欧姆接触金属采用Ti和Ni中的一种或两种金属的组合。
步骤5，腐蚀氧化层2，对边缘两侧的氧化层2进行腐蚀保留，在SiC晶圆正面进行肖特基接触金属的蒸发或溅射，通过退火形成肖特基接触电极6，其中，N-漂移层1的表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式形成肖特基接触电极6，肖特基接触电极6的厚度为100nm～300nm，在N2或Ar2的保护下，在400℃～500℃温度下，退火2min～30min，形成肖特基接触电极6。
进一步地，肖特基接触金属采用Al、Ti、Ni、W和Pt金属中的一种或多种金属的组合。
步骤6，在肖特基接触电极6暴露在空间环境内的肖特基接触区上进行第一阳极金属8的蒸发或溅射，其中，第一阳极金属8的厚度为100nm～5000nm。
进一步地，第一阳极金属8采用Al、Ag、Ti、Ni和Au中的一种或多种金属的组合。
步骤7，在第一阳极金属8的表面进行第一钝化层9的淀积，并在第一钝化层9中光刻刻蚀孔洞13，孔洞13为通孔，目的是为了通过通孔形成上下层金属层之间的互联，其中，第一钝化层9的厚度为100nm～3000nm，其形状为方形、圆形或六方形，方形或六方形的尺寸边长为1μm～1000μm，圆形的尺寸直径为1μm～1000μm。
步骤8，在第一钝化层9的表面进行第二阳极金属10的蒸发或溅射，其中，第二阳极金属10的厚度为100nm～5000nm。
进一步地，第二阳极金属10采用Al、Ag、Ti、Ni和Au中的一种或多种金属的组合。
步骤9，在第二阳极金属10的表面进行第二钝化层11淀积，并在第二钝化层11中光刻刻蚀孔洞13，其中，第二钝化层11的厚度为100nm～3000nm，孔洞13为通孔，其形状为方形、圆形或六方形，方形或六方形的尺寸边长为1μm～1000μm，圆形的尺寸直径为1μm～1000μm。
步骤10，在第二钝化层11的表面进行第三阳极金属12的蒸发或溅射，其中，第二阳极金属10的厚度为100nm～5000nm，高可靠SiC肖特基二极管制作完成。
进一步地，第三阳极金属12采用Al、Ag、Ti、Ni和Au中的一种或多种金属的组合。
本发明在制作SiC肖特基二极管的过程中，通过在暴露于空间环境内的肖特基接触区制作形成三层阳极金属和两层钝化层的保护结构，从而将SiC肖特基二极管的敏感区，即肖特基接触区隔绝保护起来，避免SiC肖特基二极管在一些空间较复杂恶劣的环境中使用时，对器件的可靠性造成影响；且为避免在制作过程中，由于刻蚀等操作造成淀积的氧化层2边缘出现空缺，使肖特基接触电极6边缘暴露在外，对可靠性产生影响，因此制作多层保护结构，将肖特基接触区完全覆盖保护起来，从而提高SiC肖特基二极管的可靠性。
实施例1
步骤21，在采用SiC的N-漂移层的表面进行SiO2氧化层的淀积，其中，N-漂移层的掺杂浓度为1×1014Ω·cm2，N-型漂移层的厚度为4μm，SiO2氧化层的淀积厚度为1500nm；
步骤22，在SiO2氧化层的表面通过光刻刻蚀形成图形化的有源区；
步骤23，在有源区内进行P型离子注入，注入深度为0.1μm，形成P型掺杂区，然后高温退火，高温退火温度为1650℃，退火时间为60min；
步骤24，在SiC晶圆背面，掺杂浓度为1×1018Ω·cm2的N+衬底上进行Ti/Ni金属的蒸发或溅射，在N2或Ar2气氛下，N+衬表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式，900℃温度，退火30min，形成厚度为100nm的欧姆接触电极；
步骤25，腐蚀氧化层，对边缘两侧的氧化层进行腐蚀保留，在SiC晶圆正面进行Al/Ti/Ni/W/Pt金属的蒸发或溅射，在N2或Ar2的保护下，N-漂移层的表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式,400℃温度下,退火30min，形成厚度为100nm的肖特基接触电极；
步骤26，在肖特基接触区上进行厚度为100nm的第一阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属；
步骤27，在第一阳极金属的表面进行厚度为100nmSiO2第一钝化层淀积，并在SiO2第一钝化层中光刻刻蚀方形孔洞，边长为1μm；
步骤28，在SiO2第一钝化层的表面进行厚度为100nm第二阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属；
步骤29，在第二阳极金属的表面进行厚度为5000nm的SiO2第二钝化层淀积，并在SiO2第二钝化层中光刻刻蚀方形孔洞，边长为1μm；
步骤210，在SiO2第二钝化层的表面进行厚度为100nm第三阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属，高可靠SiC肖特基二极管制作完成。
实施例2
步骤31，在采用SiC的N-漂移层的表面进行SiO2氧化层的淀积，其中，N-漂移层的掺杂浓度为1×1016Ω·cm2，N-型漂移层的厚度为20μm，SiO2氧化层的淀积厚度为3000nm；
步骤32，在SiO2氧化层的表面通过光刻刻蚀形成图形化的有源区；
步骤33，在有源区内进行P型离子注入，注入深度为1μm，形成P型掺杂区，然后高温退火，高温退火温度为1800℃，退火时间为2min；
步骤34，在SiC晶圆背面，掺杂浓度为1×1019Ω·cm2的N+衬底上进行Ti/Ni金属的蒸发或溅射，在N2或Ar2气氛下，N+衬表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式，1000℃温度，退火30min，形成厚度为500nm的欧姆接触电极；
步骤35，腐蚀氧化层，对边缘两侧的氧化层进行腐蚀保留，在SiC晶圆正面进行Al/Ti/Ni/W/Pt金属的蒸发或溅射，在N2或Ar2的保护下，N-漂移层的表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式,500℃温度下,退火30min，形成厚度为300nm的肖特基接触电极；
步骤36，在肖特基接触区上进行厚度为5000nm的第一阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属；
步骤37，在第一阳极金属的表面进行厚度为3000nmSiO2第一钝化层淀积，并在SiO2第一钝化层中光刻刻蚀六方形孔洞，边长为500μm；
步骤38，在SiO2第一钝化层的表面进行厚度为100nm第二阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属；
步骤39，在第二阳极金属的表面进行厚度为3000nm的SiO2第二钝化层淀积，并在SiO2第二钝化层中光刻刻蚀六方形孔洞，边长为500μm；
步骤310，在SiO2第二钝化层的表面进行厚度为5000nm第三阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属，高可靠SiC肖特基二极管制作完成。
实施例3
步骤41，在采用SiC的N-漂移层的表面进行SiO2氧化层的淀积，其中，N-漂移层的掺杂浓度为1×1015Ω·cm2，N-型漂移层的厚度为10μm，SiO2氧化层的淀积厚度为2000nm；
步骤42，在SiO2氧化层的表面通过光刻刻蚀形成图形化的有源区；
步骤43，在有源区内进行P型离子注入，注入深度为0.5μm，形成P型掺杂区，然后高温退火，高温退火温度为1700℃，退火时间为30min；
步骤44，在SiC晶圆背面，掺杂浓度为1×1019Ω·cm2的N+衬底上进行Ti/Ni金属的蒸发或溅射，在N2或Ar2气氛下，N+衬表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式，1000℃温度，退火30min，形成厚度为300nm的欧姆接触电极；
步骤45，腐蚀氧化层，对边缘两侧的氧化层进行腐蚀保留，在SiC晶圆正面进行Al/Ti/Ni/W/Pt金属的蒸发或溅射，在N2或Ar2的保护下，N-漂移层的表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式,500℃温度下,退火30min，形成厚度为200nm的肖特基接触电极；
步骤46，在肖特基接触区上进行厚度为2000nm的第一阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属；
步骤47，在第一阳极金属的表面进行厚度为2000nmSiO2第一钝化层淀积，并在SiO2第一钝化层中光刻刻蚀圆形孔洞，直径为500μm；
步骤48，在SiO2第一钝化层的表面进行厚度为2000nm第二阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属；
步骤49，在第二阳极金属的表面进行厚度为2000nm的SiO2第二钝化层淀积，并在SiO2第二钝化层中光刻刻蚀圆形孔洞，直径为500μm；
步骤410，在SiO2第二钝化层的表面进行厚度为5000nm第三阳极金属的蒸发或溅射，采用Al/Ag/Ti/Ni/Au金属，高可靠SiC肖特基二极管制作完成。
Claims (10)
1.一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在位于N+衬底(4)的N-漂移层(1)的表面进行氧化层(2)的淀积；
通过光刻刻蚀形成有源区(7)；
在有源区(7)内进行P型离子注入，形成P型掺杂区(3)，然后高温退火；
在SiC晶圆背面进行欧姆接触金属的蒸发或溅射，通过退火完成欧姆接触电极(5)；
腐蚀氧化层(2)，对边缘两侧的氧化层(2)进行腐蚀保留，在SiC晶圆正面进行肖特基接触金属的蒸发或溅射，通过退火形成肖特基接触电极(6)；
在肖特基接触电极(6)暴露在空间环境内的肖特基接触区进行第一阳极金属(8)的蒸发或溅射；
在第一阳极金属(8)的表面进行第一钝化层(9)的淀积，并在第一钝化层(9)中光刻刻蚀孔洞(13)；
在第一钝化层(9)的表面进行第二阳极金属(10)的蒸发或溅射；
在第二阳极金属(10)的表面进行第二钝化层(11)淀积，并在第二钝化层(11)中光刻刻蚀孔洞(13)；
在第二钝化层(11)的表面进行第三阳极金属(12)的蒸发或溅射，高可靠SiC肖特基二极管制作完成。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于，所述N-漂移层(1)的掺杂浓度为1×1014Ω·cm2～1×1016Ω·cm2，所述N-漂移层(1)的厚度为4μm～20μm，所述N+衬底(4)的掺杂浓度为1×1018Ω·cm2～1×1019Ω·cm2。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于，所述氧化层(2)的淀积厚度为1500nm～3000nm。
4.根据权利要求1所述的一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于，所述P型离子的注入深度为0.1μm～1μm，高温退火温度为1650℃～1800℃，退火时间为2min～60min。
5.根据权利要求1所述的一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于，所述N+衬底(4)的表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式形成欧姆接触电极(5)，欧姆接触电极(5)的厚度为100nm～500nm，在N2或Ar2的保护下，在900℃～1000℃温度下，退火30min，形成欧姆接触电极(5)；
所述欧姆接触金属采用Ti和Ni中的一种或两种金属的组合。
6.根据权利要求1所述的一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于,所述N-漂移层(1)的表面采用电子束蒸发或等离子体溅射的方式形成肖特基接触电极(6)，肖特基接触电极(6)的厚度为100nm～300nm，在N2或Ar2的保护下，在400℃～500℃温度下，退火2min～30min，形成肖特基接触电极(6)；
所述肖特基接触金属采用Al、Ti、Ni、W和Pt金属中的一种或多种金属的组合。
7.根据权利要求1所述的一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于，所述第一阳极金属(8)、第二阳极金属(10)和第三阳极金属(12)采用Al、Ag、Ti、Ni和Au中的一种或多种金属的组合，厚度为100nm～5000nm。
8.根据权利要求1所述的一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于，所述第一钝化层(9)和第二钝化层(11)的厚度为100nm～3000nm。
9.根据权利要求1所述的一种高可靠SiC肖特基二极管的制作方法，其特征在于，所述孔洞(13)为通孔，其形状为方形、圆形或六方形，方形或六方形的尺寸边长为1μm～1000μm，圆形的尺寸直径为1μm～1000μm；
所述第一钝化层(9)内的孔洞(13)与第二钝化层(11)内的孔洞(13)位置交替布置。
10.一种高可靠SiC肖特基二极管，其特征在于，由上述权利要求1-9任意一项的制作方法制成。
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