碳化矽肖特基勢壘二極體及其製作方法

2023-08-10 06:11:31 2

專利名稱：碳化矽肖特基勢壘二極體及其製作方法
技術領域：
本發明涉及1999年12月7日提交的序號為09/455,663的美國專利申請，其在此引入作為參考。
本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種形成於碳化矽基底上的肖特基勢壘二極體。
眾所周知，碳化矽(SiC)為一種用於製作如肖特基勢壘整流器和金屬氧化物半導體場效應電晶體之類的裝置的優良基底材料。SiC的屬性通常被認為理想適用於高壓應用中，因為其產生低開態電阻和大約小於2納秒的低反向恢復時間。如申請書『627中所述，本發明人的先前工作已經公開了邊緣末端和表面鈍化處理改進了半導體裝置的堅固度。這種公開於專利申請書『627中的製作方法以及其它以前的方法需要使用多次光刻和精確的掩模對準來產生可靠的裝置。公開於專利中請書『627中的發明涉及三步光刻和兩步對準，能夠產生改進的產品，但是需要昂貴的過程。另外，對準步驟必須在較舊的製作設施上通常沒有的現代化設備上實現。本發明提供了一種更為簡單的製作過程，其能夠在較不高級的設備上完成，而具有相同或者更高的性能特徵。
因此，本發明的一個目的是提供一種肖特基勢壘二極體以及一種具有最少工序的製作方法。
本發明的另一個目的是提供一種無需多次光刻步驟或掩模對準的用於製作肖特基勢壘二極體的方法。
這些及其它目的通過以下對本發明的描述將變得更加清楚。
本發明提供了一種經過改進並且更加有效的用於製作SiC肖特基二極體的方法。這種製作方法涉及將一個掩模施加於一SiC晶片的表面上。通常，晶片表面被一氧化物層鈍化，該氧化物層必須在金屬沉積之前在掩模的開口區域中蝕刻掉。一金屬層或者金屬層疊沉積於晶片表面上並且將掩模除去，與掩模一起抬起金屬而在晶片的氧化物蝕刻的開口區域中留下金屬接觸部分。使用惰性離子的離子注入法在晶片表面上鄰近金屬接觸部分的位置處形成邊緣末端以便改進二極體性能。任選地，可以沉積一第二氧化物層並且蝕刻至金屬接觸部分的層面之下。
現在將參照附圖對一種現有的肖特基勢壘二極體和本發明的一個實施例進行描述，其中

圖1為一種根據現有的相關專利申請書形成的肖特基勢壘二極體的示意圖。
圖2A-2H為根據本發明在將SiC晶片形成於一肖特基勢壘二極體中時各個連續步驟中的SiC晶片的示意圖。
圖1中示出了一種根據先前提交的專利申請書No.09/700,627的過程所形成的肖特基勢壘二極體，在此引入作為參考。例如具有金屬接觸部分並且優選由鈦形成的歐姆接觸層18和肖特基整流接觸部分14沉積和結合於SiC晶片10上。一離子注入邊緣末端區域16優選地利用惰性氣體離子，例如氬，而形成於SiC晶片10中鄰近肖特基接觸部分14的邊緣的位置處。一低溫氧化物鈍化層12隨後沉積於晶片10上鄰近肖特基接觸部分14的位置處。儘管認為這樣製作的肖特基勢壘二極體具有所需屬性以按照所需起作用，但是製造過程涉及三個需要使用現代化設備的光刻掩蔽步驟以便形成接觸部分14、氧化物層12以及邊緣末端16。第二和第三掩模應用需要兩個對準步驟，因而這種方法費時費錢。
在圖2A-2H中順序示出了根據本發明的過程。儘管未示出歐姆輔助接觸部分，但本發明所屬領域的普通技術人員應當清楚這種接觸部分提供於晶片10的相對表面上。這個過程在半導體晶片的表面上提供了一簡潔的電接觸區域以便用於電能傳輸控制功能，下文中將對此進行詳細描述。本發明的這個過程還為裝置提供了表面鈍化和邊緣末端處理。將掩蔽材料施加於表面上以便確定化學活性的基本操作在本領域內眾所周知。然而，只用一個掩蔽步驟就能形成一經過表面鈍化和邊緣末端處理的肖特基勢壘二極體是對現有方法的一種顯著改進。
圖2A示出了一SiC晶片20，一絕緣層，例如低溫氧化物層22形成於其上表面上。氧化物層22通常為在不高於450℃，在優選實施例中位於410℃範圍內的溫度下沉積而成的二氧化矽。根據本發明，層22比較薄，厚度T約為500埃。氧化物層22另外也可以通過本領域中眾所周知的各種熱氧化方法在SiC晶片20上生長而成。氧化物層22用作表面鈍化劑絕緣體，其將按照選定圖案進行蝕刻。作為本發明的另一種變型，SiC晶片20可以形成一肖特基勢壘二極體而無需形成任意的絕緣表面層，在這種情況下不進行關於圖2C所述的蝕刻步驟。
連續的圖2B-2H各示出了本發明的過程中的前面的步驟之後的下一步驟。現在參看圖2B，掩模26置於氧化層22上。掩模26在圖中標為掩模部分26a、26b和26c以便顯示該窗口24限定了用於容許在基底表面的選定部分中沉積所需材料的開口。通常開口24的寬度W大於大約100微米。掩模可以通過諸如帶圖案的膠帶、光刻或金屬掩蔽等方法形成，優選光刻方法。
現在參看圖2C，氧化物層22在掩模窗口24的區域中進行蝕刻以便除去氧化物並露出SiC晶片20的表面的選定部分。掩模26通過這個步驟及隨後的步驟保持就位。氧化物層22現在被標為分離的部分22a、22h和22c。根據所要沉積的金屬的性質，現在就可以對SiC晶片20的蝕刻表面進行附加處理，例如使用溶劑、酸或腐蝕性化合物進行清潔或者進行表面蝕刻或者進行離子注入。然而，如果使用不帶氧化物層的SiC晶片20，這個步驟可以跳過。
圖2D示出了已經沉積了金屬之後的SiC晶片20，通常在一個或多個層中通過蒸發裝置進行沉積以形成金屬沉積部分30。多層金屬沉積，稱作金屬沉積疊，可為相同金屬或不同金屬，例如鈦、鎳和銀。然而，由於金屬沉積部分30不如掩模26厚，金屬沉積部分26將會形成不連續的部分，標為30a-30e。只有位於掩模窗口24內的金屬沉積部分30b和30d與SiC晶片20的表面相接觸。
隨後，在圖2E中所示的工序中，掩模26已與金屬沉積部分30a、30c和30e(參看圖2D)一起除去。剩餘的金屬沉積部分30b和30d的高度H大於氧化物層22的厚度T。在這個階段，在已進行了將一個掩模26施加於氧化物層22上、蝕刻氧化物層22、形成金屬沉積部分30、以及一起除去掩模26以及覆蓋的金屬這些步驟之後，就已完成了一種實用的肖特基勢壘二極體。通過使用單個掩模，就可以無需對準隨後的掩模，而現有方法中就需要如此。此外，省去了提供、應用和除去多個掩模的僅有步驟。
為了進一步改進肖特基二極體的性能特徵，如圖2F中所示的附加步驟用來形成一邊緣末端層32，例如通過惰性離子，優選氬離子的離子注入方法進行。所形成的邊緣末端層32用於在鄰近每個金屬沉積部分30b和30d的位置處沿側向延伸耗盡層，從而有效地降低電場擁塞。離子注入優選地以高劑量，即大於1×1015每平方釐米的劑量，和低能量，即接近20千電子伏特的能量，來完成。注入過程優選地基本垂直於SiC晶片20的表面或者偏離垂直方向很小的角度進行，以便與金屬部分30b和30d形成尖銳的邊界。應當指出，在這麼小角度的離子注入過程中，離子的最低限度的側向擴散將會保持尖銳的邊界。邊界末端32在這個階段中標為段32a、32b和32c，其存在於沒有金屬的位置處，也稱作自對準離子注入。
在特定的環境和特定的工作條件中，需要提供對刮痕及其它類型的表面損壞的防護作用得以改進的半導體裝置，例如肖特基勢壘二極體。可以進行第二鈍化處理，形成另一氧化物層36以便覆蓋著金屬沉積部分30和第一氧化物層22，如圖2G中所示。圖2H中所示的最後工序為蝕刻或者除去氧化物層36的表面以便使金屬沉積部分30b和30d的表面露出。當採用化學蝕刻時，氧化物層36的中間部分將會稍微蝕刻至金屬沉積部分30b和30d的表面之下，如圖中所示。在這種形式中，與金屬部分30b和30d的接觸可靠性得以優化。現在，通過涉及單掩模的製作過程，勢壘二極體就得以完成。通過從SiC晶片和封裝上分離，就可以完成製作過程。
儘管本發明相對於其特定實施例進行了描述，但是應當承認，在不偏離本發明的範圍和精神的情況下，可以做出各種改動和變型，其通過參閱所附的權利要求將會得到更清楚的理解。
權利要求
1.一種用於在SiC晶片上製作肖特基勢壘二極體的方法，包括以下步驟(a)將一個具有窗口的掩模安放於SiC晶片的表面上；(b)將導電材料沉積於掩模和晶片表面的露出部分上；(c)剝落掩模以便留下沉積於晶片表面的部分上的導電材料；以及(d)將一邊緣末端層注入晶片至其表面下方但是不在導電材料下方。
2.根據權利要求1所述的用於在SiC晶片上製作肖特基勢壘二極體的方法，還包括以下步驟(a)在安放掩模之前，在晶片的表面上形成一絕緣層；(b)將掩模施加於絕緣層上；以及(c)在沉積導電材料之前，蝕刻掉位於窗口內的絕緣層部分以便使位於其下方的SiC晶片露出。
3.根據權利要求2所述的用於製作肖特基勢壘二極體的方法，還包括對SiC晶片表面的露出部分應用一種處理的步驟。
4.根據權利要求2或3所述的用於製作肖特基勢壘二極體的方法其特徵在於，形成絕緣層的步驟包括形成一氧化物層。
5.根據前述權利要求中任一項所述的用於製作肖特基勢壘二極體的方法，其特徵在於，注入邊緣末端層的步驟包括注入惰性離子。
6.根據權利要求5所述的用於製作肖特基勢壘二極體的方法，其特徵在於，惰性離子包括氬離子。
7.根據前述權利要求中任一項所述的用於製作肖特基勢壘二極體的方法，還包括在導電材料和晶片上沉積一鈍化層並且除去覆蓋著導電材料的鈍化層部分的步驟。
8.根據前述權利要求中任一項所述的用於製作肖特基勢壘二極體的方法，其特徵在於，導電材料為一種金屬。
9.一種肖特基勢壘二極體，包括(a)一個具有一第一表面的SiC晶片；(b)一個形成於第一表面的一部分上的導電層；以及(c)一個邊緣末端層，該邊緣末端層注入晶片中以便位於不在導電層之下的第一表面的一部分的下方。
10.根據權利要求9所述的肖特基勢壘二極體，還包括一個形成於不在導電層下方的第一表面的部分上的絕緣層。
11.根據權利要求10所述的肖特基勢壘二極體，其特徵在於，絕緣層為一低溫氧化物。
12.根據權利要求10或11所述的肖特基勢壘二極體，其特徵在於，絕緣層為熱生長氧化物。
13.根據權利要求11或12所述的肖特基勢壘二極體，其特徵在於，絕緣層(22)為二氧化矽。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的肖特基勢壘二極體，其特徵在於，導電層由金屬形成。
15.根據權利要求14所述的肖特基勢壘二極體，其特徵在於，金屬為鈦。
16.根據權利要求10至15中任一項所述的肖特基勢壘二極體，其特徵在於，導電層的厚度大於絕緣層的厚度。
全文摘要
公開了一種肖特基勢壘二極體及其製造過程。這種過程在碳化矽晶片上的掩蔽區域中形成一金屬接觸圖案。一個優選實施例包括一個在掩模的窗口中蝕刻的絕緣層。一個惰性邊緣末端在氧化層下方鄰近金屬接觸部分的位置處注入晶片中以便改進可靠性。還可以加入另一個氧化物層以便改進表面對物理損壞的抵抗力。
文檔編號H01L29/47GK1522471SQ02813193
公開日2004年8月18日 申請日期2002年6月20日 優先權日2001年6月28日
發明者D·阿洛克, D 阿洛克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司