TW548845B - Schottky barrier diode and method for producing the same - Google Patents
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Description
548845 五、發明說明(1) 【發明所屬技術領域】 本發明係關於/種可使用於高頻電路的化合物半導體 之肖特基屏障二極體及其製造方法。尤其是關於一種採用 平面型(P 1 a n a r )構造,使動作領域及晶片尺寸小型化之化 合物半導體之宵特基屏障二極體及其製造方法。 【習知技術】 在世界性行動電話市場之擴大後,隨著數位衛星播送 接收機之需要大為增加,使高頻裝置之需要亦急速成長^ 其所使用的元素,為了處理高頻率,大多採用使用有· 种(GaAs)之場效電晶體,因此,正開發一種將前述= 路本身積體化的單塊微波積體電路(MMIC),或 二哥電 FET。 °』"I振盪用 baAs沟特基屏 為提向 第 剖視圖 在Μ型GaAs基板上21,將n+刑从 )積層約6// m,然後再堆積作為延層22(5x 1〇18 3 X 1〇17 cm-3 )例如35 0 0A左右。乍層之_外延層23 (1 形成歐姆電極2 8的第1層之么 延層22,做歐姆接合之AuG: / [屬層,為用以與n+型外 的圖案,有陽極側與陰極側之兩藉/ 。第2層之金屬層 延層23與肖特基連接。以下,。在陽極側形成11型 的陽極側之第2層之全屬 ,、有肖特基接合領蛣w 曰之’屬層,稱之為肖特基電c )圖表示習知肖特基屏 而要亦大 極體的動作領域部份 之
五、發明說明(2) 基電極31亦作為形成陽極接合墊(b〇nding 鍍金層之基底電極,且與陽極側相同地雙方弟3層之 疊。陰極側第2層的金屬層係與歐姆電極相曰案完全重 形成陰極接合墊的第3層之鍍金層之基底+ ’且作為 同樣地,雙方圖案完全不重4。肖特’與陰極側 其圖案之端位置,酉己置於聚醯胺層之:面,所:為::: 基接合領域3 1 a週邊的1 6// m陰極側重疊而圖案 〔占装 接合部以外之基板為陰極電位。陽極電極位二
GaAs之交差部份,為了要絕缘而执晉右取妒”❾極電位的 π j晋、、巴緣而汉置有聚醯胺層30。該交 是邻伤之面積為約1 3 0 0// m2,具有相當大的寄生 豆 間距為約6至7// m左右之厚度,所以有必要緩和寄生電 容。聚醯胺因其低介電常數,及可以形成較厚之性質,故 可作為層間絕緣層使用。 肖特基接合領域3 1 a為確保約1 〇 v之耐壓,及良好肖特 基特性,故設置在約1· 3 x 1〇” cm_^謹外延層23上。另 一方面,歐姆電極28為降低取出電阻,藉由台面蝕刻法設 置於路出的η +型外延層2 2之表面。又,n +型外延層2 2之下 層’為同浪度之GaAs基板2卜且設置歐姆電極28之AuGe / N 1 /^Au作為裏面電極,可對應由基板背面取出之機種。 第1 0圖為習知之化合物半導體之肖特基屏障二極體之 俯視圖。 、在晶片大略中央處的n型外延層2 3上形成肖特基接合 項域3 1 a w亥領域為直徑約1 〇 #旧之圓形,於露出打型外延 層23之肖特基接觸孔29,依序蒸鍍形成第2層之Ti / pt /
第9頁 548845 五、發明說明(3)
Au金屬層。圍繞圓形肖特基接合領域3 1 a之外周,設置有 第1層之金屬層的歐姆電極28。歐姆電極28依序蒸鍍AuGe / N i / Au,且設置在靠近晶片之半邊的領域。又,為了 電極之取出,使第2層之金屬層與歐姆電極2 8相接觸,而 成為基底電極。 %極側及陰極側之基底電極,挪π w〜u ^ %典文 層而設置者。陽極側係設置於與肖特基接合領域3丨a部份 接合(bonding)所需之最小限度之領域。陰極側可形成圍 、繞圓形肖特基接合領域3丨3之外周之形狀而圖案化。又, ,了降低咼頻特性因素之電感(i n d u c t 〇 r )成份,需要多g =接合引線,所以,將約佔晶片一半之領域作為接合領 、於疋 μ里豐I底電極之方式設置鍍金層。於此,r ^腳式接合法(sti tch bonding)固定接合弓丨線,並二 j ;陽極接合墊部為40 x _ m2,而陰極接合墊部為J 人m2。以針腳式接合法進行連接時,可藉由一次 ς ^使2接合引線相連接,所以,即使接合面積極小, 向頻特性之參數的電感成份減小,而提升高頻特性/ 法。第11圖至第15圖表示習知肖特基屏障二極體之製造方
548845 五、發明說明(4) -- ^層fU.3/ 1017⑽,。然後,再以氧化膜25覆蓋整 光、ί對預定之歐姆電極2 8上的光阻層施行選擇性開窗之 兮〜步驟(phot〇 lithography process)。其後,再以 行 a /兩先罩,對預定歐姆電極28部份之氧化膜25進 :^刻。並施行續外延層23之台面蝕刻,以露出n+型外 咬層2 2。 序直’再對第1層金屬層之AuGe / Ni / Au的3層’依 ^工条鑛積層。然後,去除光阻層,於預定之歐姆電極 部份’殘留金屬層。繼續再以合金化熱處理,在n+型外 延層22,形成歐姆電極28。山 第1 2,中’形成肖特基接觸孔2 9。整面形成新光阻 曰二,預定之肖特基接合領域3 1 a部份,施行選擇性開窗 的光,影步驟。對露出的氧化膜2 5,以蝕刻去除光阻劑, 於預定之肖特基接合領域3 1 a部之η型外延層2 3,形成露出 之肖特基接觸孔2 9。 ^ 第1 3圖中’形成用以絕緣聚醯胺層3 0。全面地對聚醯 胺進行數次塗布,並設置較厚之聚醯胺層3 〇。整面形成新 光阻層’以殘留預定聚醯胺層3 0部份之方式,施行選擇性 開窗的光微影步驟。其後,以濕式蝕刻去除露出的聚醯 胺。然後’去除光阻層,將聚醯胺層3〇硬化成6至7/z m厚 度。 第1 4圖中,將肖特基接觸孔2 9内露出的η型外延層2 3 予以#刻’以形成肖特基電極3丄。 以宵特基接觸孔2 9周圍之氧化膜2 5為光罩,蝕刻η型
313859.ptd 第11頁 548845 五、發明說明(5) 外延層2 3。如前所述,在形成接觸孔2 9後,可直接在露出 η型外延層2 3表面之狀態下,形成聚醯胺層3 0。肖特基接 合必須在清淨的GaAs表面形成。因此,在形成肖特基電極 前,需對η型外延層2 3表面進行#刻。而且,為了確保動 作層的最適當厚度2 5 0 0 A,須精密地控制溫度及時間,並 以濕式蝕刻將約3 5 Ο Ο A之厚度蝕刻至2 5 Ο Ο A。 其後,依序真空蒸鍍Ti / Pt / Au,以形成兼用作陽 極電極的基底電極之肖特基電極3 1,以及陰極電極3 5用之 基底電極。 第1 5圖中,形成作為陽極電極3 4及陰極電極3 5之鑛金 層。 露出預定陽極電極3 4及陰極電極3 5部份之基底電極, 並以光阻層將其覆蓋後,進行電解鍍金。此時,以光阻層 作為光罩,只在露出基底電極部份附著鍍金,並形成陽極 電極3 4及陰極電極3 5。基底電極係整面設置,在去除光阻 後,施行A r電漿之離子銑削(i ο n m i 1 1 i n g )。切削未施行 鍍金之部份的基底電極,依陽極及陰極電極3 4、3 5之形狀 予以圖案化。此時,多少會切削到鍍金部份,但是,因為 有約6/z m厚度,所以不會有問題。 並對其背面施行背拋光,依序蒸鑛AuGe / Ni / Au, 並施行合金化熱處理,形成背面的歐姆電極2 8。 化合物半導體肖特基屏障二極體,完成前述步驟時, 即可移往施行組裝之後步驟。對晶圓狀之半導體晶片施行 切割,並分割成個別之半導體晶片,在引線架(未圖示)
313859.ptd 第12頁 548845 五、發明說明(6) i及體…’以接合弓丨線將半導體晶片之陽 線係;ΠίΓ與預定之導線(未圖示)相連接。接合引 後,以=線,#由周知之針腳式接合法進行連接。然 乂私轉板塑法施行樹脂封裝。 ♦,欲解決之課題】 機種‘ t:特基屏障二極體之基板構造,係、以可對應多用 基板式,可由背面取出陰極電極之構造,在n+型GaAi X 1 0 17 cm -3之η型外延層之構造 形成的;置n+型外延層。為了確保預定之特性,其上層 2特基電極必須確保其預定特性,所以將η型外延層 ^乎表面露出,並蒸鍍金屬,以形成肖特基接合。為了 妞土:出電阻’歐姆電極在其下層之η+型外延層,形成歐 對接合。 在此,以往構造中有如下之問題。第丨,為形成歐姆 冤極28,必須形成台面,並露出η+型外延層22。η型外延 層2 3具有約3 5 0 0Α之厚度,為露出其下方“型外延層22, 則必須進行口面餘刻。為了基板保護,基板表面設置有氧 化膜25。台面蝕刻法為在其表面,以光阻為光罩進行蝕 刻’但因為氧化膜2 5表面與光阻之密接性,合 齊。為此,如果採用濕式钱刻,則㈣會朝; 張,而蝕刻至必要的氧化膜25,露出GaAs的話合使二面 之形狀不安定。因此,在台面之開口部戶斤設置之ς成;姆 電極28時之光阻,亦會使周端部之形狀產生垂波狀,結果 因剝除(lift off)而使歐姆電極28之形狀變差,GaA^蝕
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548845 五、發明說明(7) 刻至肖特基接合附近,而產生對特性造成不良影響之問 題。 第2,陽極電極34設置於幾乎全為陰極電位的GaAs 上。此處有寄生電容變大的問題。交差部份之面積為1 3 0 0 // m 2,所以必須以較厚之層間絕緣膜,降低寄生電容。為 埋入台面,以作為厚層間絕緣膜,還必須設置6至7// m之 聚醯胺層3 0。為了取出肖特基接合領域3 1 a之電極,在聚 醯胺層3 0設置開口部。為了對較厚之聚醯胺層3 0進行蝕 刻,且考慮到聚醯胺層3 0上之電極的階梯覆蓋率,而使該 開口部呈傾斜狀。但是,因為聚醯胺層3 0之膜質之參差不 齊,或聚醯胺層3 0與光阻的密著性之參差不齊,使該傾斜 之角度有3 0至4 5度大之參差。因此,作為動作領域的肖 特基接合領域3 1 a,與歐姆電極2 8間之間隔距離,考慮該 傾斜時則需確保約7// m。但是,該各接合之間隔距離,係 有於_聯電阻,所以間隔距離大時,會阻礙改善高頻特 性,亦成為晶片不能小型化之原因。 第3,因為在肖特基接合及歐姆接合之附近呈傾斜 狀,所以有使肖特基屏障二極體之動作領域附近、不能保 持層間絕緣膜之6// m厚度、增加寄生電容,及使特性惡化 之原因的問題。 習知製造方法還有以下問題。 第1,肖特基接合係在最上層η型外延層2 3,施行肖特 基接合,但為考慮確保動作層之耐壓及電阻的最適宜厚度 2 5 0 0A ,將約3 5 Ο 0Α的η型外延層2 31虫刻至2 5 Ο 0Α而形
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五、發明說明(8) 成。此時之蝕刻為濕式蝕刻,其時 晶圓之振幅、振動速度之控制極為^、溫度、及蝕刻液内 求在預定鮮度保持時間内使用。因 難’而蝕刻液還需要 各晶圓參差不齊,而有難以提昇動匕 以此種方法,會使 及高頻特性之問題。 作領域之特性的再現性 , 弟Z,採用台面構造,因為需要夕 刻,使因光阻與氧化膜間之密接性乂多步驟數之台面蝕 良。而且,同時需要作為層間絕贈參I不齊,而產生不 驟,及在聚醯胺層上設置取出電朽Ϊ的聚醯胺層形成步 製造流程複ΙΜ匕,而有時間上】=錢金形成步驟。故使 化合物半導體,因基板本身價二f不良之問題。 〜_ 个母彳貝袼較高,所以為了合理 化’必須將晶片尺寸予以縮小, AM斗k U抑制成本。亦即,必須 削減低日日片尺寸’及削減材料本身 i u ^ 4> Μ ^ g 个豸烕本。同時也要求改善 南頒特性。此外,使製造步驟簡單化及效亦為重要課 題。 【解決課題之手段】 本發明係為解決上述課題而研創者,具備有:化合物 半導體基板;設在基板上之平坦一導電型外延層,及保護 外延層的穩定化合物半導體層;設在化合物半導體層表面 的一導電型之高濃度離子植入領域;在高濃度離子植入領 域進行歐姆接合的第1電極;形成外延層與货特基接合之 第2電極;及用以取出第1電極與第2電極之金屬層。由於 在設於基板表面之高濃度離子植入領域設置歐姆電極,故 可以不需要台面或聚醯胺層,及鍍金層。如此,以實現化
313859.ptd 第15頁 548845 五、發明說明(9) 合物半導體之平面型肖特基屏一 份之面積,故有助於晶片尺 I ~極體。因為減低動作部 寄生電容與電阻降低而提昇言=小型化,成本削減,及因 本發明提供一種可接弁=夕特性。 之製造方法,包括有:在無j特性的肖特基屏障二極體 層一導電型外延層及穩定::匕=合物半導體基板*,積 1電極下之化合物半導體表面二物:一導么,且在預定之第 子植入領域之步驟;在^ v V電型之高濃度離 基接觸孔’以形成前述外延。物半導體層,形成肖特 極之步驟;以及在第丨及第^ "面〃、肖特基接合的第2電 =明:”現製造步驟之===觸的金屬層 L本發明之實施形態】 丁,u 態。以下麥照弟1圖至第8圖,詳細說明本發明之實施形 度外i i ;、之:延特/3屏”極體係由化合物基板卜高濃 離子植入領域“i電;:、之第化導=、高濃度 所構成。 8弟2電極n、及金屬層1 4、1 5 第1圖為動作領域之剖視圖。 化合物基板1為未摻 ,^ A的n+型外延層2( 5 _之GaAS基板,在其上積層5〇〇〇 1 3x lfl 丨 3、 1〇18cm_3),25〇〇A2n型外延層 一爲A C"1 ),及2 0 0A之未摻雜InGaI^ 4。其中之 曰仫不形成台面,而形成平坦的基板構。造。又,藉由最
548845 五、發明說明(ίο) —-- 上層丨nGaP層4可保護容易受外部污染之n型外延声。 南濃度離子植入領域7係以從歐姆電極 曰 層4表面至外延層2之方式 Η外周設置,大致重疊於歐式二。,:®形肖特基電極 相鄰接之部份,係從歐突極出8:=肖特基電極η 高濃度離子植入領域7間之特基電極η與 以往採用台面構造,在保持原來的_為=m。亦即,取代 在表面設置高濃度離子植入領域7之 之情況下,形成 可實現歐姆接合。 、/ 構4。不設置台面, 第1電極的歐姆電極8為接觸高 第1層之金屬層。在其上依序蒸鍍AUGr/Ί A t 肖特基接合部份圖案化成為圓形穿口 W Au,以使 電極1 1之間隔距離為m。 。相郴之肖特基 第2電極的肖特基電極丨丨為依 AU,或n/Pt/ Au之第鳩之金屬 ^鑛^二/ Ti /Pt/ m之圓形,以形成InGafvf 4之 =圖案化成直徑 接合。 卜屑的η型外延層3與肖特基 作為動作領域之η型外延層^, 設置InGaP層彳,所以,η型外延$ * 口為,外延層3上 11以前,可藉由InGaP層4保護二择Ϊ m電極 屛3及离口晰 阳獲得2 5 0 0 A之η型外延 i未換雜基接合。而1nGaP層4因為 合側面部的電容之產』 2層之金屬層的肖特基接
313859.ptd 第17頁 548845 五、發明說明(li) '~'- 金屬層為由用以形成陽極電極j 4及陰極電極丨5的第 層的蒸鍍Ti /Pt / Au所構成之蒸鍍金屬層。陽極電極 與肖特基電極11接觸,延伸至陽極接合領域,而形 接合塾14a。又,隔著氮化膜5與作為歐姆電極8或陰極: 位之GaAs絕緣。 电 在陽極接合墊14a之下方,設置有植入硼等且 之領域以下稱之為絕緣化領域)。因其藉由及於未緣化
GaAs基板的絕緣化領域6,可將陰極電位之盘2 = 極14絕緣,所以可不設置聚醯胺及氮將 】 合部直接固定於基板。 丨』將弓丨線接 陰極電極15係與陽極電極14 7電極二延伸至陰極接合㈣,而形成陰極接亚合接塾觸於 15a。,、馱姆電極8接觸的高濃度離子 延層2,係形成陰極電位(電極),陰極接合墊心二外 定於InGaP層4表面。 Ja』直接固
^第2圖及第3圖表示本發明之化合物半導體之肖特某屏 障二極體的俯視圖。第2圖為晶片之圖案之概略圖。第土 為動作領域部份之放大圖。該圖為本發明之第丨^圖 中,肖特基接合為i個之情形。 貫鈿形L 在aB粒大致中央處,設置與η型外延層3升i成肖特美接 合之肖特基電極η。該電極為直徑約心m之圓形特基』妾 序蒸鑛作為第2層之金屬層pt / Ti / pt / Au,或了丨了 Pt / Au。在第3層之蒸鍍金屬層,設置只有中央圓形部份 直接與Ga As接觸,用以取出該電極的陽極電極14,再延伸
313859.ptd 第18頁 548845 五、發明說明(12) 設置陽極接合塾1 4 a。 在陽極接合墊1 4 a之下方,設置植入β +離子之^ 領域6。藉此,可不必隔著絕緣膜將陽極接合墊丨4 %緣化 定於基板,且減低接合時之不良,又可消除 a接固 生電容。 授口墊部之寄 虛線部份表示歐姆電極8。圍繞圓形肖特基帝 外周,與高濃度離子植人領域7(未圖示)接觸::=彡之 係依序蒸鍍AuGe / Ni / Au後之第1層金屬層。與古:極 離子植入領域7大致重疊設置,並為了取出電極^ 度 蒸鍍金屬層,設置陰極電極15,再延伸設置陰極^弟3層 1 5a。陰極電極之取出,係為降低高頻特性/ 合墊 成份,必須多固定接合弓丨線,所以,以素^電感 為接合領域。 日日片之—半領域作 在陽極及陰極接合塾14a,15a上,以針腳式 定接合引線’並取出電極。陽極接合墊 :法? X 70/z m2,陰極接合墊l5a邻為1sn γ 7λ 9 ®積為60 王ua冲為18U x 70// m2,以斜腳々姑 合法所進行之連接,可利用桩入、奎枝上a 十腳式接 〜用1-人接合連接兩條接合引 所以即使接合面積小,亦可減少高頻特' 份,有助於高頻特性之提升。 幻电&成 第3圖中斜線領域表示形成陽極電極與陰極電位的 GaAs之交差部份。該部份之面積約為1〇〇#心這是電^ 為,與以往的1 3 0 0# m相比較,可縮小至約ι/ΐ3,所以可 使用薄氮化膜5來取代聚醯胺層間絕緣膜。 本毛明之特徵疋在GaAs外延層上,設置InGaI^ 4。
313859.ptd 第19頁 548845 五、發明說明(13) t ί ?歐姆電極8的InGaP層4表面上,設置高濃度離子植 # ^ V 7藉此,將肖特基電極1 1及歐姆電極8設置於GaAs "^以實現肖特基屏障二極體之平面構造。 故可Ii i需顧慮因台面形狀的參差所導致之對位偏移, 而且,:=低宵特基電極11與歐姆電極8間之間隔距離。 領域6,佶極電極1 4之下方’於其大部份領域設置絕緣化 面積,$、作為陰極電位之GaAs與陽極電極1 4交差部份之 此,無須2約10 0a m 2。與以往相比較,面積為1 /1 3。因 即能以纟專/制因厚度(間隔距離)增大所產生之寄生電容, 份。 氣化膜取代聚醯胺,而不必考慮聚醯胺之傾斜部 可由 具體來 說
U 肖特基接合領域與歐姆電極之間隔距離, 111減你s 〇 巧仏〜叫丨阳此哪 曰1隔矩離為-至2// m。而且,與高濃度離子植入領域7之 移動路徑,m,此時,高濃度離子植入領域7為載體之 較,其間P :、有與歐姆電極8相同之效果。與以往相比 間隔駔離ί ^離可減低1/7。肖特基電極11與歐姆電極8之 印可c於串聯電㈤’所以’只要能縮小間隔距離, 轉此,我低電阻,提升高頻特性。 31 —有助於晶片之小型化,使晶片尺寸由以往0.27
X §己置接7 k尺寸 制,m s藝之必要性 縮 至 0. 25 Q· 25 mm2。因為尺寸有 d U 25 *炎且裝組時可操作之晶片尺寸有其限文i約1…所了 Λ現狀之#限。%作領域可大幅縮 大為増知。戶斤以,如後所述’使配置動作領域之自由度
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548845 五、發明說明(14) 第4圖表示本發明第2實施形態中,設置複數個肖特基 電極1 1之情形。 在本發明之構造中,可設置複數個宵特基電極1丨。將 其如圖所示予以配置,則可將肖特基電極丨丨並聯連接,有 助於降低電阻。 又’減小肖特基接觸孔1 9之孔徑,並配置複數個肖特 基電極1 1時’則全部之肖特基接觸孔丨9之面積,與相同配 置1個時相比較,其肖特基接觸孔丨9之中心與高濃度離子 植入領域7之間隔距離可更為減小,可有效地在高濃度離 子植入領域7進行載體之捕捉(trap)。如此,陰極電阻之 值會減小,而具有提升高頻特性之優點。 第5圖至第8圖詳細表示本發明之肖特基屏障二極體 導體之製造方法。 a 物半導 導體層 形成一 子植入 合物半 特基接 極接觸 本 半導體 體層4
特基屏P早二極體半導體,係包括有:在未摻雜化 體基板,積層一導電型外延層,及穩定之化合物 ;而以在預定第1電極下方的化合物半導體表面 導電型之高濃度離子植入領域的步驟;在高濃度 領域表面,形成歐姆接合之第丨電極的步驟;二 導體層形成肖特基接觸孔,且在外延層表面形成 合之第2電極的步驟;以及形成分別與第丨及第^ 之金屬層的步驟。 發明之第1步驟,係如第5圖所示,在未摻雜化合 基板1,積層一導電型外延層3及穩定之化合物^ :而在預定第1電極8下方之化合物半導體層4表面
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548845 五、發明說明(15) ^_ 形成南濃度離子植入領域7。 本步驟為本發明特徵步驟 之歐姆電極8之領域下太夕二冰係形成貝牙形成有預定 的高濃度離子植;:領域方7之拉外延層3且到達n外延層 亦即,在未摻雜GaAs基板卜
外延層2(5><1〇18(:『3),異於1/和、、々5〇〇(^厗之^1+型 型外延層3U.3X 1〇ΛΛ其更上“堆積約25〇°A厚之 厚之夹挾碰々τ p )更在其上層,設置2 0 0A ίΐί 2 層4。然後,以氮化膜5覆蓋整面,並 影步驟。、其後,#以該光阻層為光罩,並 領域6,使tW而形成到達未摻雜GaAs基板1之絕緣化 : 之GaAs與陽極接合墊部ι“絕緣化。
之光阻ί,施:ΐ:=高濃度離子植入領域7之領域上 光阻層i光光微影步驟。然•,再以該 10 18 ^3 Λ 並離子植入咼濃度η型雜質(SU,約1 X η型外延層3且而到^成ΓΛ預定歐姆電極8下*的InGaP層4、 此時,離子植入# =外延層2的兩濃度離子植入領域7。 使高濃Ϊ:Ϊ 同條件分成複數次植入,以盡可能 ^辰度離子植人領域7之雜質濃度在深度方向均勾形 再度對退火用氮化膜5施行沈積 入領域7及絕緣化領域6進行活性 其後,去除光阻層, 處理’並對高濃度離子植 化退火處理。 本發明第2步驟為如第6圖所示
313859.ptd 在高濃度離子植入領
548845 五、發明說明(16) 域7表面,形成歐姆接合之第1電極8。 在整面形成光阻層,並對預定形成歐姆電極8之部份 施行選擇性開窗之光微影步驟。將從光阻層露出的氮化膜 5予以去除,再將第1層之金屬層的AuGe / Ni / A u之3 層,依序真空蒸鑛積層。其後,以剝除法去除光阻層,在 預定歐姆電極8部份殘留金屬層。接著再以合金化熱處 理,在高濃度離子植入領域7表面,形成歐姆電極8。 本發明之第3步驟為如第7圖所示,在化合物半導體層 4,形成肖特基接觸孔9,以形成用來與外延層3表面肖特 基接合之第2電極1 1。 本步驟為本發明之特徵,亦即,形成肖特基接觸孔 9,並藉由蒸鑛金屬以形成肖特基接合。 在第7圖(A)中,整面形成光阻層PR,並對預定肖特基 電極1 1部份施行選擇性開窗之光微影處理。將露出之氮化 膜5,施行乾式14刻後,以相同光罩,餘刻I n G a P層4。在 此,因為I n G a P與G a A s之蝕刻選擇比非常大,所以以預定 條件進行蝕刻時,只去除I nGaP層4,而形成露出η型外延 層3之肖特基接觸孔9。 其後,如第7圖(Β )所示,依序在整面真空蒸鍍積層第 2層金屬層的T i / P t / A u之3層。其後,以剝除法去除光 阻層P R,並於η型外延層3表面,形成肖特基接合,作為肖 特基電極1 1。一直到形成肖特基接合之前,G a A s表面係由 InGaP所覆蓋,在GaAs表面為良好狀態下,形成宵特基接 合0
313859.ptd 第23頁 548845 五、發明說明(17) 亦即,,以InGaP層4’可容易地形成與n型外延層3表面 成為良好肖特基接合之肖特基電極丨丨。以往的製造方法, 在時間、溫度、敍刻液内的晶圓振幅,及振動速度等精贫 控制上,極為困難。所以,蝕刻液需要在預定鮮度保持: 間内使用。但是,依據本發明之製造方法,只要形成 動作層所需最適當之2 5 0 0A之外延層3,則藉由選擇性、古 的蝕刻,只蝕刻InGaP ’故容易控制動作層的厚度,形2 再現性良:子=肖特基接合,i文具有可製造特性穩定 基屏障二極體之優點。 得 t發第4步驟為如第8圖所示,為形成分別與第1 電極8及弟2電極1 1接觸之金屬層丨4,i 5。 本步驟亦為本發明之特微牛 Η及歐姆電極8,形成作為陽二,上V取出肖特基電極 錄金屬層。4作為知極電極U及陰極電極15之蒸 f先〜在整面上對作為層間絕緣膜的約5 0 0 0Α厚的氮 化膜5她灯沈積。形成光阻層,再對作為接觸部之肖特基 電極匕:=電極8,陽極接合墊…及陰極接合墊…部 : = 窗之光微影處理,並兹刻氮化膜5。在 去除光阻盾後,重新真母罟伞a 、Λ w 4丹°又置九阻層,亚對所希望之陽極雷 極14及陰極電極15之圖宰 ^ f ^ ^ ^ 理。依序整面基鏟Ti Pt 性:窗之光微影處 Γ Pt / Au,再以升降法形成陽極電 極14及陰極電極15,並對裏面進行背拋光。 極電極“及陰極電極15為以通常劃除法所形 成祭、又金屬。私極電極14及陰極電極15之層間絕緣膜為
313859.ptd 第24頁 548845 五、發明說明(18) 氮化膜5。接合墊部可直接固定於基板,所以可省略聚醯 胺層。如此,即可省略以往為了在聚醯胺層吸收不良聚醯 胺,而設置形成較厚之配線及接合墊的鍍金步驟。 以往較厚之聚醯胺層之形成步驟,係施行數次塗布或 硬化,故較費時且步驟亦較複雜。而且,鐘金層之形成步 驟亦成為增加製造步驟數之主要原因。但依本發明製造方 法,可省略該聚醯胺層及鍍金電鍍層之形成步驟,並實現 製造步驟大幅簡化及效率化。 化合物半導體肖特基屏障二極體,在完成前步驟後, 即移至進行裝組之後步驟。將晶圓之半導體晶片予以切 割’而分離成個別的半導體晶片’將該半導體晶片固定於 引線架(未圖示)後,以接合引線將半導體晶片之接合墊 14a、15a連接於預定之導線(未圖示)。接合引線係使用金 細線,並以眾所周知之針腳式接合法予以連接。其後,以 移轉模塑法施行樹脂封裝。 【本發明之效果】 依據本發明之構造,可得以下各種效果。 第1,藉由在從I n G a P層到G a A s之η +型外延層所設置之 高濃度離子植入領域表面,設置歐姆電極,可實現平面構 造之肖特基屏障二極體。因其中不設台面,所以可抑制因 台面,形狀之參差不齊所導致的歐姆電極形狀之參差不 齊、及特性之惡化,又由於無須考慮對位偏移之問題,因 而可大幅減低肖特基電極1 1與歐姆電極8之間隔距離。因 為肖特基電極1 1與歐姆電極8之間隔距離有助於串聯電
313859.ptd 第25頁 548845 五、發明說明(19) 阻,所以只要間隔距離縮小,即可減低電阻。 第2,作為陰極電位之GaAs與陽極電位1 4所交差之部 份的面積,成為約1 0 〇// m2,可大幅減低寄生電容。這是 因為陽極電極1 4下方之大部份領域,設置有絕緣化領域 6。所以,產生寄生電容的交差部份之面積,與以往相比 較,只有在肖特基接合部份減低至1 / 1 3。此外,陽極接合 墊14a亦可直接固定於GaAs,所以該部份不會產生寄生電 容,可使總共的寄生電容大幅減低。以往,為了抑制寄生 電容,採用介電常數低之聚醯胺來設置較厚的層間絕緣 膜,然而在此能夠以薄氮化膜來取代。氮化膜與聚醯胺相 比較,介電常數雖較高,但以本發明構造來說,即使使用 約5 Ο Ο 0A厚之氮化膜,與以往相比可減低寄生電容。 第3,因為不使用厚聚醯胺,所以無須考慮動作領域 的聚醯胺開口部之傾斜部份之距離,以及傾斜角度之參差 不齊。 如上所述,肖特基電極與歐姆電極之間隔距離,只要 單純考慮耐壓及光罩配合精確度即可。具體來說,宵特基 接合領域與歐姆電極之間隔距離,可由7 // m減低至2 // m。 而且,與高濃度離子植入領域7之間隔距離為1 // m,此 時,高濃度離子植入領域7為載體之移動路徑,所以具有 與歐姆電極8大致相同之效果,故與以往相比較,間隔距 離可減低1 / 7。如此,可使電阻大幅減低、寄生電容大幅 減低、及寄生電容之參差不齊的降低,而有助於高頻特性 之大幅提升。
313859.ptd 第26頁 548845 五、發明說明(20) _____ 第4 ’有助於晶片之小_ 曰 I化,曰曰片的I ▼ 〇_ 27 X 0· 31mm2,現在可縮小至〇 Θ的大小,以往是 寸有配置接合墊之必要性,I ^ # x 0 · 2 5mm 2。因為尺 或組裝時可j品〜 + 其限制,所以0. 25 mm四方為 丁』‘作之晶片尺寸有 大幅縮小至約1/10,故配置動之極限。而動作領域可 加。 靭1卜貝次之自由度可大為增 第5,因設置複數個用 合部,0此電阻可更進—牛丄成气Ά電極的肖特基接 y減低。如將肖特基接合部的接 觸徑縮小,並設置複數個1與設置全部之肖特基接觸面 積相同之1個>肖特基電極相比較,電阻可更進一步減低, 可有效地在高濃度離子植入領域進行載體之捕捉,因而有 大幅提升高頻特性之優點。 弟6因為不使用聚酿胺層及鐘金,故可減低材料 費,而且,因為可縮小晶片,故可實現製造成本之降低。 又,本發明製造方法可得以下效果。 第1,因為可形成穩定的肖特基接合,故可抑制在高 頻電路為重要課題之特性的參差不齊。在形成肖特基接合 之前’ η型外延層係由InGaP所覆蓋。蝕刻UGaP,並蒸鍵 T1 / Pt / Au ’即可在完全無污染之結晶面上進行肖特基 接合。又’ η型外延層係形成作為動作層所需最適當之厚 度2 5 0 0Α,因lnGap其與GaAs的蝕刻選擇比非常大,以預 定條件進行蝕刻時,則只蝕刻I nGaP。因此,不需以往複 雜的GaAs之蝕刻控制。使肖特基屏障二極體之製造,具有 可提高良率、再現性良好及穩定之特性。
548845 五、發明說明(21) 第2,上述肖特基屏障二極體之製造,可實現高效率 及製造步驟之簡略化。具體來說,係台面蝕刻步驟,在肖 特基接合形成前之η型外延層蝕刻步驟,聚醯胺層形成步 驟,及Au電鍍步驟。因為要使聚醯胺層之厚度為6至7// m,故反覆數次進行塗布而形成。數次塗布聚酿胺層時, 會耗費時間,而且使製造流程變為複雜。如果不需要聚醯 胺的話,則亦可不需要鍍金層所構成之電極。以往,為了 防止銲接安裝時的熱或引線接合時之應力所導致的電極切 斷或變形,必須確保電極之強度,並以較厚之鍍金層形成 陽極電極及陰極電極。然而,不需要聚醯胺層的話,則沒 有必要考慮其影響。亦即,可不需要鍍金電極,只以T i / Pt / Au之蒸鍍金屬,形成陽極電極及陰極電極,而可提 高可靠度。而且,因為沒有以往導致良率降低的上述原 因,所以可提高良率。 綜上所述,本發明可提供一種使寄生電容大幅減低, 並減低電阻,可使高頻特性大幅提升之肖特基屏障二極體 之製造方法,並具有使製造步驟簡略化及效率化的優點。
313859.ptd 第28頁 548845
圖式簡單說明 【符號說明 ] 1 無摻雜G a A s 2 ^ 21 n+SGaAs 2 ^ 22 n+型外延層 3 n型 G a A s 3^ 23 n型外延層 4 I n G a P層 5> 25 氮化膜 6 絕緣化領域 7 高濃度離子植入領域 8 PR光阻膜 8^ 28 歐姆電極 19> 29 肖特基接觸孔 1卜31 肖特基電極 1[ 34 陽極電極 14a 陽極接合墊 15> 35 陰極電極 15a 陰極接合墊 25 氧化膜 30 聚酿胺層 31a 肖特基接合領域 313859.ptd 第30頁
Claims (1)
- 548845 修正 案號 91116221 六、申請專利範圍 1 . 一種肖特基屏障二極體,其特徵為具備有: 化合物半導體基板, 設置在該基板上之平坦的一導電型外延層,及用 以保護該外延層之穩定的化合物半導體層; 設置在前述化合物半導體層表面的一導電型高濃 度離子植入領域; 在前述高濃度離子植入領域表面進行歐姆接合之 第1電極; 形成前述外延層表面與肖特基接合之第2電極; 及用以取出前述第1電極及第2電極之金屬層。 2. —種肖特基屏障二極體,其特徵為具備有: 化合物半導體基板; 設置在該基板上之平坦的一導電型之高濃度外延 層、及一導電型之外延層、以及用於保護該外延層之 穩定的化合物半導體層; 由前述化合物半導體層表面至前述高濃度外延層 之一導電型之高濃度離子植入領域; 在前述高濃度離子植入領域表面進行歐姆接合之 第1電極; 在前述第1電極包圍外周,且形成前述化合物半導 體層之下層的前述外延層表面與肖特基接合之第2電極 ;以及 用於取出前述第1電極及第2電極之金屬層。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項之肖特基屏障二極體,313859.ptc 第1頁 2003.06.16. 033 548845 修正 案號 91116221 六、申請專利範圍 其中,前述化合物半導體層為無摻雜之InGa P者。 4. 如申請專利範圍第1項或第2項之宵特基屏障二極體, 其中,前述化合物半導體基板為無摻雜之GaAs基板 者。 5. 如申請專利範圍第1項或第2項之肖特基屏障二極體, 其中,前述第2電極之最下層為Pt之蒸鍍金屬者。 6. 如申請專利範圍第1項或第2項之肖特基屏障二極體, 其中,前述第2電極與前述高濃度離子植入領域之間隔 距離為5// m以下。 7. 如申請專利範圍第1項或第2項之宵特基屏障二極體, 其中,係將形成前述第2電極之肖特基接合領域,分割 成複數個而設置者。 8. 如申請專利範圍第1項或第2項之肖特基屏障二極體, 其中,前述高濃度離子植入領域係從前述第1電極突出 設置者。 9. 一種肖特基屏障二極體之製造方法,其特徵為具備有 在無摻雜化合物半導體基板,積層一導電型外延 層、及穩定之化合物半導體層,並在預定的第1電極下 之前述化合物半導體層表面,形成一導電型高濃度離 子植入領域之步驟; 在前述高濃度離子植入領域表面,形成歐姆接合 之第1電極步驟; 在前述化合物半導體層形成肖特基接觸孔,以形313859.ptc 第2頁 2003.06.16.034 548845 _案號 91116221 f年厶月/ 7曰 修正_ 六、申請專利範圍 成前述外延層表面與肖特基接合的第2電極之步驟;以 及 形成分別與前述第1電極及第2電極接觸的金屬層 之步驟者。 1 0. —種肖特基屏障二極體之製造方法,其特徵為具備有 在未摻雜化合物半導體基板,積層一導電型之高 濃度外延層,一導電型之外延層、及穩定之化合物半 導體層,並在從預定的第1電極下之前述化合物半導體 層表面至前述高濃度外延層為止,形成一導電型之高 濃度離子植入領域之步驟; 在前述高濃度離子植入領域表面形成歐姆接合的 第1電極之步驟; 在前述第1電極圍繞外周的預定第2電極部份之前 述化合物半導體層,形成肖特基接觸孔,以形成使露 出之前述外延層表面與肖特基接合之第2電極之步驟; 以及 形成分別與前述第1電極及第2電極接觸的金屬層 之步驟。 1 1.如申請專利範圍第9項或第1 0項之肖特基屏障二極體的 製造方法,其中,前述第2電極係依序蒸鍍形成 Ti/Pt/Au多層金屬層者。 1 2 .如申請專利範圍第9項或第1 0項之肖特基屏障二極體的 製造方法,其中,前述化合物半導體層係與前述外延313859.ptc 2003.06.16. 035 第3頁 548845 修正 案號 9Π16221 六、申請專利範圍 層之#刻選擇比較大。313859.ptc 第4頁 2003. 06.16. 036
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