肖特基二極體及其製作方法

2023-08-06 10:08:31 1

專利名稱：肖特基二極體及其製作方法
技術領域：
本發明涉及分立器件晶片製造技術，尤其涉及一種肖特基二極體及其製作方法。
背景技術：
肖特基二極體以其自身的低正向壓降及快恢復時間等優勢在二極體市場備受設計者的親睞，在以節能環保為主題的今天，肖特基二極體的節能優勢更不容小覷；在半導體製造工藝日趨成熟的今天，人們對肖特基二極體的性能要求越來越高。肖特基二極體的選購標準基本可以概括為低正向壓降，高正向耐電流，低反向漏電流等，在太陽能等領域，作為保護二極體使用的肖特基二極體除以上參數要求外，還對肖特基二極體的結溫還有著更高的要求。常規提高肖特基二極體結溫的方法是通過調整矽的電阻率及選取功函數更高的金屬或金屬矽化物來減小常溫反向漏電流而達到改善高溫性能的目的，雖然可以達到降低 反向漏電流的目的，但犧牲了正向壓降使肖特基低正向壓降的優勢大打折扣，同時由於肖特基二極體器件其自身的性質，即肖特基二極體器件的反向曲線較軟，故在高溫情況特別是在額定電壓附近時，穩定性很不理想。在一些特殊領域，例如太陽能領域中環境溫度可以達到100攝氏度以上，故在這些特殊領域中，需要高結溫的肖特基二極體，要求肖特基二極體具有更好的高溫穩定性。現有技術中還會採取勢壘區點陣注入與P型保護環一起通過離子注入，退火等工藝在近娃表面處形成一些淺表P型摻雜以減小反向漏電流，其缺點在於I)與P環一起經過退火的點陣面積較大，大比例縮小肖特基部分的正嚮導通面積，犧牲了正向壓降；2)該方案雖然在一定程度上改善了常溫漏電流，但因其為淺表摻雜，反向PN結耗盡區夾斷不徹底，其高溫性能仍不夠理想，同時其高溫穩定性較差。

發明內容
本發明的目的是提供一種通過在肖特基勢壘區離子注入工藝結合快速退火工藝，以在肖特基勢壘區中形成面積較小的第一摻雜區，以很好地控制第一摻雜區和第二摻雜區面積和第一摻雜區的注入深度的肖特基二極體及其製作方法，以提高肖特基二極體的工作結溫及改善高溫穩定性。本發明提供一種肖特基二極體，包括半導體襯底，所述半導體襯底上形成有外延層；保護環，所述保護環位於所述外延層中；鈍化層，所述鈍化層位於所述外延層上並具有引線窗口，所述引線窗口暴露部分所述保護環；勢壘合金層，形成於所述引線窗口中的外延層上；所述肖特基二極體還包括若干平行排列且不相接觸的第一摻雜區，位於所述引線窗口中的外延層中，並形成於所述保護環環繞的區域內，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離大於O. 3μ ;以及
若干平行排列且不相接觸的第二摻雜區，所述第二摻雜區形成於所述第一摻雜區和所述外延層表面之間且每一所述第二摻雜區與所述第一摻雜區一一對應接觸。進一步的，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離為I. O μ m 3. O μ m0進一步的,所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑為O. 5 μ m 5 μ m,相鄰的第一摻雜區之間的距離為O. 5 μ m 5 μ m。進一步的，所述第二摻雜區縱向橫截面的最大直徑小於所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑。進一步的,所述第二摻雜區縱向橫截面的最大直徑為O. 5 μ m 5 μ m,相鄰的第二 摻雜區之間的距離為O. 5 μ m 5 μ m。進一步的，所述半導體襯底為N型，所述外延層為N型，所述第一摻雜區為P型，所述第二摻雜區為P型。進一步的，所述勢壘合金層的材質為鈦、鉻、鑰、鎳、鉬及鎳鉬合金等中的一種或幾種與矽的化合物。進一步的，所述鈍化層在所述保護環上的厚度為3000A 5000A,所述鈍化層在保護環以外的厚度為8000A 12000A,進一步的，所述肖特基二極體還包括正面金屬電極層，形成於所述勢壘合金層上；背面金屬電極層，形成於所述半導體襯底的與外延層相對的一面上。本發明還提供一種肖特基二極體的製作方法，包括提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成外延層；在所述外延層上形成初始鈍化層，利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成保護環的區域的所述初始鈍化層；進行離子注入和退火工藝，在所述外延層中形成保護環並在所述保護環上形成緩衝鈍化層；利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成第一摻雜區的區域的所述初始鈍化層；進行兩次離子注入工藝，以在外延層中形成若干平行排列且不相接觸的第一摻雜區，並在所述第一摻雜區和所述外延層表面之間形成若干平行排列且不相接觸的第二摻雜區，所述第一摻雜區形成於所述保護環環繞的區域內，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離大於O. 3 μ m，每一所述第二摻雜區與所述第一摻雜區一一對應接觸，之後進行快速熱退火工藝；去除所述保護環環繞的半導體襯底上的初始鈍化層和所述保護環上部分緩衝鈍化層，剩餘的初始鈍化層和剩餘的緩衝鈍化層形成鈍化層，暴露區域形成引線窗口 ；在所述弓I線窗口中的半導體襯底上形成勢壘合金層。進一步的，在形成所述第一摻雜區的步驟中，離子注入濃度為IEllcnT2 lE14cm2。進一步的，採用高能離子注入機進行注入以形成所述第一摻雜區，離子注入能量為 500KeV 1500KeVo進一步的，在形成所述第一摻雜區的步驟中，快速熱退火工藝的退火溫度為900°C 1200°C，退火時間為10秒 20秒。進一步的,所述第一摻雜區的橫截面的直徑為O. 5 μ m 5 μ m。進一步的，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離為
I.O μ m 3. O μ m0進一步的,所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑為O. 5 μ m 5 μ m,相鄰的第一摻雜區之間的距離為O. 5 μ m 5 μ m。進一步的，在利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成第一摻雜區的區域的所述初始鈍化層的步驟和形成第一摻雜區的步驟之間，還包括在所述保護環以外的區域的所述初始鈍化層上形成大於20000 A的光刻膠，所述光刻膠在形成所述第二摻雜區之後和快速熱退火工藝之前去除。
進一步的，在形成所述第二摻雜區的步驟中，形成所述第二摻雜區的離子注入濃度為 lE12cnT2 lE14cnT2，注入能量為 60KeV 150KeV。進一步的，所述第二摻雜區縱向橫截面的最大直徑小於所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑。進一步的，所述第二摻雜區縱向橫截面的最大直徑為O. 5 μ m 5 μ m，相鄰的第二摻雜區之間的距離為O. 5 μ m 5 μ m。進一步的，所述半導體襯底為N型，所述外延層為N型，所述第一摻雜區為P型，所述第一摻雜區注入離子為硼，所述第二摻雜區為P型，所述第二摻雜區注入離子為硼。進一步的，所述勢壘合金層的的材質為鈦、鉻、鑰、鎳、鉬及鎳鉬合金等中的一種或幾種與矽的化合物。進一步的，所述鈍化層在所述保護環上的厚度為3000A 5000人,所述鈍化層在保護環以外的厚度為8000 A 120001進一步的，在形成所述勢壘合金層的步驟之後，還包括，在所述勢魚合金層上形成正面金屬電極層；在所述半導體襯底的與外延層相對的一面上形成背面金屬電極層。綜上所述，本發明所述肖特基二極體通過設置第一摻雜區，所述第一摻雜區分散在所述勢壘區的內部，所述第一摻雜區可以減小肖特基二極體的常溫漏電，提高了肖特基二極體的工作結溫，並且反向加一定電壓後，所述第一摻雜區會同時一起夾斷肖特基勢壘，所述肖特基二極體的結構使肖特基二極體反向漏電隨電壓的增加變化較小，顯著提高了肖特基二極體的工作結溫及高溫穩定性，從而使肖特基二極體在正向壓降低於或等於常規產品的情況下使其能夠滿足高溫結的要求，且其高溫穩定性較現有技術中的高結溫肖特基二極體具有明顯優勢，同時通過工藝設計使肖特基部分的勢壘面積得到了充分利用，在一些特殊要求的領域中，例如太陽能領域等有較好的應用。進一步的，在滿足光刻工藝、刻蝕設備的精度的範圍內，保證第一摻雜區和第二摻雜區的注入深度的情況下，儘量減小第一摻雜區和第二摻雜區面積，使肖特基二極體的肖特基勢壘區的面積得到有效保留，從而保證肖特基勢壘區得到有效利用。此外，本發明所述的肖特基二極體還可以通過匹配合適功函數的金屬或金屬矽化物，使得肖特基二極體的正向壓降得到大幅降低，進而使肖特基二極體在正向壓降等參數與現有產品基本一致或優於現有產品的情況下，提高結溫並改善高溫穩定性，進而得到工作效果更佳的肖特基二極體。本發明所述的肖特基二極體的製作方法採用特定設計結合離子注入工藝，使第一摻雜區的注入深度滿足工藝要求，進而提高肖特基二極體的工作結溫。同時，通過快速熱退火工藝減小了第一摻雜區和第二摻雜區在熱退火過程中的擴散，從而使第一摻雜區和第二摻雜區面積設計在滿足工藝要求下儘量小，從而使肖特基二極體的肖特基區域的面積得到有效保留，從而保證肖特基區域有效利用。


圖I為本發明一實施例中肖特基二極體結構示意圖。圖2為本發明一實施例中肖特基二極體實際形貌的縱向切面示意圖。圖3為本發明一實施例中肖特基二極體的高溫反向曲線與現有技術中肖特基二極體的高溫反向曲線的比較示意圖。圖4為本發明一實施例中肖特基二極體的製作方法的流程示意圖。圖5 圖11為本發明一實施例中肖特基二極體的製作過程的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護範圍內。其次，本發明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發明實例時，為了便於說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本發明的限定。圖I為本發明一實施例中肖特基二極體結構示意圖。如圖I所示，本發明提供一種肖特基二極體，包括半導體襯底100，所述半導體襯底100上形成有外延層200 ;保護環300，所述保護環300位於所述外延層200中；鈍化層400，所述鈍化層400位於所述外延層上並具有引線窗口，所述引線窗口暴露部分所述保護環；勢壘合金層500，形成於所述引線窗口中的外延層200上；還包括若干平行排列且不相接觸的第一摻雜區600，位於所述引線窗口中的外延層200中，並形成於所述保護環300環繞的區域內，所述第一摻雜區600的濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離Hl大於O. 3 μ m。所述肖特基二極體還包括若干平行排列且不相接觸的第二摻雜區700，所述第二摻雜區700形成於所述第一摻雜區600和所述外延層200表面之間且每一所述第二摻雜區700與所述第一摻雜區600 —一對應接觸。在較佳的實施例中，所述第一摻雜區600濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離Hl為I. O μ m 3. O μ m。所述第一摻雜區600的縱向橫截面的最大直徑Dl為O. 5 μ m
5μ m,相鄰的第一摻雜區600之間的距離LI為O. 5 μ m 5 μ m。所述第二摻雜區700能夠在第一摻雜區600的注入深度較深時，彌補第一摻雜區600到外延層200表面摻雜濃度較小，引起矽表面反型，以維持肖特基二極體的較佳性能。進一步的，所述第二摻雜區700縱向橫截面的最大直徑D2小於所述第一摻雜區600的縱向橫截面的最大直徑D1。所述第二摻雜區700縱向橫截面的最大直徑D2與所述第一摻雜區600的縱向橫截面的最大直徑Dl的關係與注入能量相關。所述第二摻雜區700縱向橫截面的最大直徑D2為O. 5 μ m 5 μ m，相鄰的第二摻雜區700之間的距離L2為O. 5 μ m 5 μ m0圖2為本發明一實施例中肖特基二極體實際形貌的縱向切面示意圖。如圖2所示，若干所述第一摻雜區600的形狀可以呈類球體，例如橢球形、球形，或呈直立的圓柱體或類圓柱體，若干所述第二摻雜區700的形狀亦可以呈類球體，例如橢球形、球形，或呈直立的圓柱體或類圓柱體，每一所述第二摻雜區700與所述第一摻雜區600 —一對應接觸，兩者接觸呈如圖2所示的類葫蘆的形狀或其他形狀，例如銷子的形狀等。圖3為本發明一實施例中肖特基二極體的高溫反向曲線與現有技術中肖特基二極體的高溫反向曲線的比較示意圖。其中A為本發明一實施例中肖特基二極體的高溫反向曲線，B為現有技術中肖特基二極體的高溫反向曲線。如圖3所示，與現有技術相比，本發明所述肖特基二極體通過設置第一摻雜區600，所述第一摻雜區600形成於所述保護環300環繞的半導體襯底100的所述勢壘區中，所述第一摻雜區600(即P型區)與外延層200 (即N型區)形成PN結，在PN結界面處電子和空穴會發生複合而形成耗盡區，電壓較小時肖特基二極體反向漏電流由PN結洩露電流和肖特基勢壘洩露電流兩部分組成，肖特基勢壘洩漏電流佔主要部分，隨著肖特基二極體所加反向電壓的升高，PN結耗盡區會向外擴展，當反向電壓增大到某一值時擴展的PN結擴展區會連在一起，此時肖特基勢壘被擴展的耗盡層夾斷，反向漏電只由PN結產生，反向曲線基本呈現PN結特性，而PN結的反向漏電小且隨電壓增加變化較小，從而使肖特基二極體反向漏電隨電壓的增加變化較小，顯著，提高肖特基二極體的工作結溫及高溫穩定性。進一步的，所述半導體襯底100為低電阻率的N型，電阻率小於O. 005 Ω . cm，所述外延層200為高電阻率的N型，電阻率大於O. 2 Ω . cm,所述第一摻雜區600為P型，所述第二摻雜區700為P型。進一步的，所述勢壘合金層500的材質為鈦、鉻、鑰、鎳、鉬及鎳鉬合金等中的一種或幾種與矽的化合物。此外，本發明所述的肖特基二極體可以通過匹配合適功函數的金屬或金屬矽化物，使得肖特基二極體的正向壓降得到大幅降低，進而使肖特基二極體在正向壓降等參數與現有產品基本一致或優於現有產品的情況下，提高結溫並改善高溫穩定性，進而得到工作效果更佳的肖特基二極體。
進一步的，所述鈍化層400在所述保護環300上的厚度Tl為3000人 5000人,所述鈍化層400在保護環300以外的厚度T2為8000A 12000A。此外，如圖I所示，在所述勢壘合金層500上形成正面金屬電極層800 ;在所述半導體襯底100的與外延層200相對的一面上形成背面金屬電極層900。形成正面金屬電極層800和背面金屬電極層900的方法可以採用本領域技術人員所熟知的技術方法，故在此不再贅述。圖4為本發明一實施例中肖特基二極體的製作方法的流程示意圖。如圖4所示，本發明還提供一種肖特基二極體的製作方法，包括以下步驟步驟SlOl :提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成外延層；步驟S102 :在所述外延層上形成初始鈍化層，利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成保護環的區域的所述初始鈍化層；步驟S103 :進行離子注入和退火工藝，在所述外延層中形成保護環並在所述保護環上形成緩衝鈍化層；步驟S104 :利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成第一摻雜區的區域的所述初始鈍化層；步驟S105 :進行兩次離子注入工藝，以在外延層中形成若干平行排列且不相接觸的第一摻雜區，並在所述第一摻雜區和所述外延層表面之間形成若干平行排列且不相接觸的第二摻雜區，所述第一摻雜區形成於所述保護環環繞的區域內，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離大於O. 3 μ m，每一所述第二摻雜區與所述第一摻雜區一一對應接觸，之後進行快速熱退火工藝；步驟S106 :去除所述保護環環繞的半導體襯底上的初始鈍化層和所述保護環上部分緩衝鈍化層，剩餘的初始鈍化層和剩餘的緩衝鈍化層形成鈍化層，暴露區域形成引線
窗口 ；步驟S107 :在所述引線窗口中的半導體襯底上形成勢壘合金層。圖5 圖11為本發明一實施例中肖特基二極體的製作過程的結構示意圖。以下結合圖4 圖11以及圖I所示，詳細說明本發明的製作過程。如圖5所示，在步驟SlOl中，提供半導體襯底100，在所述半導體襯底100上形成外延層200 ;所述半導體襯底100為低電阻率的N型，電阻率小於O. 005 Ω . cm,所述外延層200為高電阻率的N型，電阻率大於O. 2Ω. cm，參考圖5和圖6，在步驟S102中，在所述外延層200上形成初始鈍化層401，利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成保護環的區域的所述初始鈍化層401 ;所述初始鈍化層401較佳的材質為氧化矽，所述初始鈍化層401在所述保護環上的厚度為8000A--12000A。如圖6和圖7所示，在步驟S103中，進行離子注入和退火工藝，在所述外延層200中形成保護環300並在所述保護環300上形成緩衝鈍化層402 ;所述保護環300的作用，及所述保護環300注入的常用離子為硼，注入濃度一般在lE12Cm_2 IEiecnT2、注入能量一般在30KeV 120KeV等。所述緩衝鈍化層較佳的材質為氧化矽，較佳的厚度為3000A 5000A。如圖7所示，在步驟S104中，利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成第一摻雜區的區域的所述初始鈍化層401。如圖8所示，在步驟S104和步驟S105之間還包括在所述保護環以外的區域的所述初始鈍化層401上形成大於20000A的光刻膠403。所述光刻膠403能夠有效防止在後續形成第一摻雜區時，摻雜離子進入保護環300以外的半導體襯底100中，從而維持肖特基二極體的特性。所述光刻膠403在形成所述第一摻雜區600、第二摻雜區700工藝之後和快速熱退火工藝之如去除。如圖8和圖9所示，在步驟S105中，進行兩次離子注入工藝，以在外延層200中形成若干平行排列且不相接觸的第一摻雜區600，並在所述第一摻雜區600和所述外延層200表面之間形成若干平行排列且不相接觸的第二摻雜區700。其中，所述第一摻雜區600形成於所述保護環300環繞的區域內，所述第一摻雜區600濃度最大處距離所述外延層200表面的垂直距離大於O. 3 μ m，每一所述第二摻雜區700與所述第一摻雜區600 —一對應接觸，之後進行快速熱退火工藝。在形成所述第一摻雜區600的步驟中，所述第一摻雜區600注入離子可以為硼，離子注入濃度為IEllcnT2 lE14cm_2，再次進行離子注入工藝，在所述第一摻雜區600和所述外延層200表面之間形成若干平行排列且不相接觸的第二摻雜區700，每一所述第二摻雜區700與所述第一摻雜區600——對應接觸。從而增加第一摻雜區600到外延層200表面摻雜濃度，更好地提高肖特基二極體性能，之後進行快速熱退火工藝。結合圖I所示，所述第一摻雜區600濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離Hl大於O. 3 μ m，進一步的，所述第一摻雜區600濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離Hl為I. O μ m 3. O μ m。本發明所述第一摻雜區600的注入深度會影響肖特基二極體的高溫性能，注入深度較淺時作用效果減弱，故一般要求注入深度在O. 3um以上。在較佳的實施例中採用高能離子注入機進行注入以形成所述第一摻雜區600，離子注入能量為500KeV 1500KeV，高能離子注入機能夠使離子注入達到較深的深 度，從而使所述第一摻雜區600能夠進入半導體襯底中足夠的深度。因注入能量較高，需要有足夠厚度的注入掩蔽層來防止其他區域被注入，我們採用前道工藝留下的緩衝氧化層加光刻膠實現，完成離子注入後，將光刻膠去除。接著快速熱退火工藝的退火溫度為900°C 1200°C，退火時間為10秒 20秒，所述快速退火工藝能夠激活第一摻雜區600的注入離子，以防止第一摻雜區600的界面直徑在退火過程中體積擴展，避免壓縮勢壘區的面積，影響肖特基二極體性能；在較佳的實施例中，所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑Dl為O. 5μηι 5μ m,相鄰的第一摻雜區之間的距離LI為O. 5 μ m 5 μ m0在形成所述第二摻雜區700的步驟中，所述第二摻雜區700注入離子可以為硼離子，形成所述第二摻雜區700的離子注入濃度為lE12cm_2 lE14cm_2，注入能量為60KeV 150KeV。所述第二摻雜區700與所述第一摻雜區600 —一對應接觸，能夠增加第一摻雜區600到外延層200表面摻雜濃度，更好地提高肖特基二極體性能。結合圖I所示，所述第二摻雜區700縱向橫截面的最大直徑D2小於所述第一摻雜區600的縱向橫截面的最大直徑Dl。在較佳的實施例中，所述第二摻雜區700縱向橫截面的最大直徑D2為O. 5 μ m 5 μ m，相鄰的第二摻雜區700之間的距離L2為O. 5 μ m 5 μ m。在步驟S106中，去除所述保護環300環繞的半導體襯底100上的初始鈍化層401和所述保護環300上部分緩衝鈍化層402，剩餘的初始鈍化層401和剩餘的緩衝鈍化層402形成鈍化層400，暴露區域形成引線窗口 101，形成如圖10所示的結構；可以採用氫氟酸和氟化銨的溼法刻蝕去除所述保護環300環繞的半導體襯底100上的初始鈍化層401和所述保護環300上部分緩衝鈍化層402，該刻蝕方法對矽材質的半導體襯底的損傷較小，避免刻蝕影響肖特基二極體的性能。進一步的，所述鈍化層400在所述保護環300上的厚度Tl為3000A 5000A，所述鈍化層400在保護環300以外的厚度T2為8000Α 12000Α。如圖11所示，在步驟S107中，在所述弓丨線窗口中的半導體襯底上形成勢壘合金層500。所述勢壘合金層500的材質為鈦、鉻、鑰、鎳、鉬及鎳鉬合金中的一種或幾種與矽的化合物。本發明所述肖特基二極體根據不同的工作要求使用可以選取合適的金屬或金屬矽化物，通過勢壘合金層與第一摻雜區配合，使肖特基二極體的正向壓降相對於現有常規的肖特基二極體達到一致或者更低更佳的效果，因此解決了傳統的肖特基低反向漏電與低正向壓降不可兼得的缺陷。此外，繼續參考圖11，在形成所述勢壘合金層的步驟之後，還包括，在所述勢壘合金層500上形成正面金屬電極層800 ;在所述半導體襯底100的與外延層200相對的一面上形成背面金屬電極層900。形成正面金屬電極層800和背面金屬電極層900的方法可以採用本領域技術人員所熟知的技術方法，故在此不再贅述。綜上所述，本發明所述肖特基二極體通過設置第一摻雜區，所述第一摻雜區分散在所述勢壘區的內部，所述第一摻雜區可以減小肖特基二極體的常溫漏電，提高了肖特基二極體的工作結溫，並且反向加一定電壓後，所述第一摻雜區會 同時一起夾斷肖特基勢壘，所述肖特基二極體的結構使肖特基二極體反向漏電隨電壓的增加變化較小，顯著提高了肖特基二極體的工作結溫及高溫穩定性，從而使肖特基二極體在正向壓降低於或等於常規產品的情況下使其能夠滿足高溫結的要求，且其高溫穩定性較現有技術中的高結溫肖特基二極體具有明顯優勢，同時通過工藝設計使肖特基部分的勢壘面積得到了充分利用，在一些特殊要求的領域中，例如太陽能領域等有較好的應用。進一步的，在滿足光刻工藝、刻蝕設備的精度的範圍內，儘量減小第一摻雜區和第二摻雜區面積，並保證第一摻雜區和第二摻雜區的注入深度，使肖特基二極體的肖特基勢壘區的面積得到有效保留，從而保證肖特基勢壘區得到有效利用。此外，本發明所述的肖特基二極體還可以通過匹配合適功函數的金屬或金屬矽化物，使得肖特基二極體的正向壓降得到大幅降低，進而使肖特基二極體在正向壓降等參數與現有產品基本一致或優於現有產品的情況下，提高結溫並改善高溫穩定性，進而得到工作效果更佳的肖特基二極體。本發明所述的肖特基二極體的製作方法採用特定設計結合離子注入工藝，使第一摻雜區的注入深度滿足工藝要求，進而提高肖特基二極體的工作結溫。同時，通過快速熱退火工藝減小了第一摻雜區和第二摻雜區在熱退火過程中的擴散，從而使第一摻雜區和第二摻雜區面積設計在滿足工藝要求下儘量小，從而使肖特基二極體的肖特基區域的面積得到有效保留，從而保證肖特基區域有效利用。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種肖特基二極體，其特徵在於，包括半導體襯底，所述半導體襯底上形成有外延層；保護環，所述保護環位於所述外延層中；鈍化層，所述鈍化層位於所述外延層上並具有引線窗口，所述引線窗口暴露部分所述保護環；勢壘合金層，形成於所述引線窗口中的外延層上；所述肖特基二極體還包括 若干平行排列且不相接觸的第一摻雜區，位於所述引線窗口中的外延層中，並形成於所述保護環環繞的區域內，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離大於O. 3μπι;以及 若干平行排列且不相接觸的第二摻雜區，所述第二摻雜區形成於所述第一摻雜區和所述外延層表面之間且每一所述第二摻雜區與所述第一摻雜區一一對應接觸。
2.如權利要求I所述的肖特基二極體，其特徵在於，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離為I. O μ m 3. O μ m。
3.如權利要求I所述的肖特基二極體，其特徵在於，所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑為O. 5 μ m 5 μ m,相鄰的第一摻雜區之間的距離為O. 5 μ m 5 μ m。
4.如權利要求I所述的肖特基二極體，其特徵在於，所述第二摻雜區縱向橫截面的最大直徑小於所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑。
5.如權利要求I所述的肖特基二極體，其特徵在於，所述第二摻雜區縱向橫截面的最大直徑為O. 5 μ m 5 μ m,相鄰的第二摻雜區之間的距離為O. 5 μ m 5 μ m。
6.如權利要求I所述的肖特基二極體，其特徵在於，所述半導體襯底為N型，所述外延層為N型，所述第一摻雜區為P型，所述第二摻雜區為P型。
7.如權利要求I所述的肖特基二極體，其特徵在於，所述勢壘合金層的材質為鈦、鉻、鑰、鎳、鉬及鎳鉬合金等中的一種或幾種與矽的化合物。
8.如權利要求I所述的肖特基二極體，其特徵在於，所述鈍化層在所述保護環上的厚度為3000A 5000A ,所述鈍化層在保護環以外的厚度為8000A 120001
9.如權利要求I所述的肖特基二極體，其特徵在於，所述肖特基二極體還包括 正面金屬電極層，形成於所述勢壘合金層上； 背面金屬電極層，形成於所述半導體襯底的與外延層相對的一面上。
10.一種肖特基二極體的製作方法，包括 提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成外延層； 在所述外延層上形成初始鈍化層，利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成保護環的區域的所述初始鈍化層； 進行離子注入和退火工藝，在所述外延層中形成保護環並在所述保護環上形成緩衝鈍化層； 利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成第一摻雜區的區域的所述初始鈍化層； 進行兩次離子注入工藝，以在外延層中形成若干平行排列且不相接觸的第一摻雜區，並在所述第一摻雜區和所述外延層表面之間形成若干平行排列且不相接觸的第二摻雜區，所述第一摻雜區形成於所述保護環環繞的區域內，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離大於O. 3 μ m，每一所述第二摻雜區與所述第一摻雜區一一對應接觸，之後進行快速熱退火工藝； 去除所述保護環環繞的半導體襯底上的初始鈍化層和所述保護環上部分緩衝鈍化層，剩餘的初始鈍化層和剩餘的緩衝鈍化層形成鈍化層，暴露區域形成引線窗口 ； 在所述弓I線窗口中的半導體襯底上形成勢壘合金層。
11.如權利要求 ο所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，在形成所述第一摻雜區的步驟中，離子注入濃度為IEllcnT2 lE14cm_2。
12.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，採用高能離子注入機進行注入以形成所述第一摻雜區，離子注入能量為500KeV 1500KeV。
13.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，在形成所述第一摻雜區的步驟中，快速熱退火工藝的退火溫度為900°C 1200°C，退火時間為10秒 20秒。
14.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，所述第一摻雜區的橫截面的直徑為O. 5 μ m 5 μ m。
15.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，所述第一摻雜區濃度最大處距離所述外延層表面的垂直距離為I. O μ m 3. O μ m。
16.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑為O. 5 μ m 5 μ m,相鄰的第一摻雜區之間的距離為O. 5 μ m 5μ m0
17.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，在利用光刻和刻蝕工藝刻蝕去除欲形成第一摻雜區的區域的所述初始鈍化層的步驟和形成第一摻雜區的步驟之間，還包括在所述保護環以外的區域的所述初始鈍化層上形成大於20000 A的光刻膠，所述光刻膠在形成所述第二摻雜區之後和快速熱退火工藝之前去除。
18.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，在形成所述第二摻雜區的步驟中，形成所述第二摻雜區的離子注入濃度為lE12Cm_2 IEHcnT2，注入能量為60KeV 150KeV。
19.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，所述第二摻雜區縱向橫截面的最大直徑小於所述第一摻雜區的縱向橫截面的最大直徑。
20.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，所述第二摻雜區縱向橫截面的最大直徑為O. 5 μ m 5 μ m,相鄰的第二摻雜區之間的距離為O. 5 μ m 5 μ m。
21.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，所述半導體襯底為N型，所述外延層為N型，所述第一摻雜區為P型，所述第一摻雜區注入離子為硼，所述第二摻雜區為P型，所述第二摻雜區注入離子為硼。
22.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，所述勢壘合金層的的材質為鈦、鉻、鑰、鎳、鉬及鎳鉬合金等中的一種或幾種與矽的化合物。
23.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，所述鈍化層在所述保護環上的厚度為3000A 5000A，所述鈍化層在保護環以外的厚度為8000人 UOOOAt5
24.如權利要求10所述的肖特基二極體的製作方法，其特徵在於，在形成所述勢壘合金層的步驟之後，還包括， 在所述勢壘合金層上形成正面金屬電極層； 在所述半導體襯底的與外延層相對的一面上形成背面金屬電極層。
全文摘要
本發明提供一種肖特基二極體及製作方法，本發明所述肖特基二極體及製作方法通過設置第一摻雜區和第二摻雜區，所述第一摻雜區均勻分布在所述勢壘區的內部，所述第二摻雜區形成於所述第一摻雜區和所述外延層表面之間且每一所述第二摻雜區與所述第一摻雜區一一對應接觸。所述第一摻雜區加一定反向電壓後，第一摻雜區下面的PN結耗盡擴展區會連在一起保護肖特基勢壘，減小肖特基二極體的常溫漏電，從而達到提高了肖特基二極體的工作結溫的目的，並顯著改善了肖特基二極體的高溫穩定性。
文檔編號H01L21/329GK102983177SQ20121053271
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者劉憲成, 梁勇, 陳向東, 方佼, 李其魯 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司, 成都士蘭半導體製造有限公司