專利名稱：碳化硅肖特基勢壘二極管及其制作方法
技術領域：
本發(fā)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(fā)明涉及半導體領域，尤其涉及一種形成于碳化硅基底上的肖特基勢壘二極管。
眾所周知，碳化硅(SiC)為一種用于制作如肖特基勢壘整流器和金屬氧化物半導體場效應晶體管之類的裝置的優(yōu)良基底材料。SiC的屬性通常被認為理想適用于高壓應用中，因為其產生低開態(tài)電阻和大約小于2納秒的低反向恢復時間。如申請書‘627中所述，本發(fā)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。這種公開于專利申請書‘627中的制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。公開于專利中請書‘627中的發(fā)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制作設施上通常沒有的現代化設備上實現。本發(fā)明提供了一種更為簡單的制作過程，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征。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種肖特基勢壘二極管以及一種具有最少工序的制作方法。
本發(fā)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于制作肖特基勢壘二極管的方法。
這些及其它目的通過以下對本發(fā)明的描述將變得更加清楚。
本發(fā)明提供了一種經過改進并且更加有效的用于制作SiC肖特基二極管的方法。這種制作方法涉及將一個掩模施加于一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(qū)域中蝕刻掉。一金屬層或者金屬層疊沉積于晶片表面上并且將掩模除去，與掩模一起抬起金屬而在晶片的氧化物蝕刻的開口區(qū)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管性能。任選地，可以沉積一第二氧化物層并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管和本發(fā)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管的示意圖。
圖2A-2H為根據本發(fā)明在將SiC晶片形成于一肖特基勢壘二極管中時各個連續(xù)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管，在此引入作為參考。例如具有金屬接觸部分并且優(yōu)選由鈦形成的歐姆接觸層18和肖特基整流接觸部分14沉積和結合于SiC晶片10上。一離子注入邊緣末端區(qū)域16優(yōu)選地利用惰性氣體離子，例如氬，而形成于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隨后沉積于晶片10上鄰近肖特基接觸部分14的位置處。盡管認為這樣制作的肖特基勢壘二極管具有所需屬性以按照所需起作用，但是制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(fā)明的過程。盡管未示出歐姆輔助接觸部分，但本發(fā)明所屬領域的普通技術人員應當清楚這種接觸部分提供于晶片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(qū)域以便用于電能傳輸控制功能，下文中將對此進行詳細描述。本發(fā)明的這個過程還為裝置提供了表面鈍化和邊緣末端處理。將掩蔽材料施加于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管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形成于其上表面上。氧化物層22通常為在不高于450℃，在優(yōu)選實施例中位于410℃范圍內的溫度下沉積而成的二氧化硅。根據本發(fā)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(fā)明的另一種變型，SiC晶片20可以形成一肖特基勢壘二極管而無需形成任意的絕緣表面層，在這種情況下不進行關于圖2C所述的蝕刻步驟。
連續(xù)的圖2B-2H各示出了本發(fā)明的過程中的前面的步驟之后的下一步驟?，F在參看圖2B，掩模26置于氧化層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限定了用于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大于大約100微米。掩?？梢酝ㄟ^諸如帶圖案的膠帶、光刻或金屬掩蔽等方法形成，優(yōu)選光刻方法。
現在參看圖2C，氧化物層22在掩模窗口24的區(qū)域中進行蝕刻以便除去氧化物并露出SiC晶片20的表面的選定部分。掩模26通過這個步驟及隨后的步驟保持就位。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后的SiC晶片20，通常在一個或多個層中通過蒸發(fā)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，由于金屬沉積部分30不如掩模26厚，金屬沉積部分26將會形成不連續(xù)的部分，標為30a-30e。只有位于掩模窗口24內的金屬沉積部分30b和30d與SiC晶片20的表面相接觸。
隨后，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。剩余的金屬沉積部分30b和30d的高度H大于氧化物層22的厚度T。在這個階段，在已進行了將一個掩模26施加于氧化物層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后，就已完成了一種實用的肖特基勢壘二極管。通過使用單個掩模，就可以無需對準隨后的掩模，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管的性能特征，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(yōu)選氬離子的離子注入方法進行。所形成的邊緣末端層32用于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(yōu)選地以高劑量，即大于1×1015每平方厘米的劑量，和低能量，即接近20千電子伏特的能量，來完成。注入過程優(yōu)選地基本垂直于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，在這么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，其存在于沒有金屬的位置處，也稱作自對準離子注入。
在特定的環(huán)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管?？梢赃M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中所示的最后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。當采用化學蝕刻時，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(yōu)化?，F在，通過涉及單掩模的制作過程，勢壘二極管就得以完成。通過從SiC晶片和封裝上分離，就可以完成制作過程。
盡管本發(fā)明相對于其特定實施例進行了描述，但是應當承認，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，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
1.一種用于在SiC晶片上制作肖特基勢壘二極管的方法，包括以下步驟(a)將一個具有窗口的掩模安放于SiC晶片的表面上；(b)將導電材料沉積于掩模和晶片表面的露出部分上；(c)剝落掩模以便留下沉積于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所述的用于在SiC晶片上制作肖特基勢壘二極管的方法，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)將掩模施加于絕緣層上；以及(c)在沉積導電材料之前，蝕刻掉位于窗口內的絕緣層部分以便使位于其下方的SiC晶片露出。
3.根據權利要求2所述的用于制作肖特基勢壘二極管的方法，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所述的用于制作肖特基勢壘二極管的方法其特征在于，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于制作肖特基勢壘二極管的方法，其特征在于，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所述的用于制作肖特基勢壘二極管的方法，其特征在于，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于制作肖特基勢壘二極管的方法，還包括在導電材料和晶片上沉積一鈍化層并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于制作肖特基勢壘二極管的方法，其特征在于，導電材料為一種金屬。
9.一種肖特基勢壘二極管，包括(a)一個具有一第一表面的SiC晶片；(b)一個形成于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于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管，還包括一個形成于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管，其特征在于，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管，其特征在于，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管，其特征在于，絕緣層(22)為二氧化硅。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的肖特基勢壘二極管，其特征在于，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管，其特征在于，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管，其特征在于，導電層的厚度大于絕緣層的厚度。
全文摘要
公開了一種肖特基勢壘二極管及其制造過程。這種過程在碳化硅晶片上的掩蔽區(qū)域中形成一金屬接觸圖案。一個優(yōu)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(yōu)先權日2001年6月28日
發(fā)明者D·阿洛克, D 阿洛克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司