一種高反壓肖特基二極管制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高反壓肖特基二極管制造工藝，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。本發(fā)明選用NiPt材料作為勢(shì)壘金屬，這樣可以減少漏電，便于調(diào)整肖特基二極管的電參數(shù)。器件的終端設(shè)計(jì)成P+環(huán)結(jié)構(gòu)，提高了肖特基二極管的反壓。最終設(shè)計(jì)出高反壓肖特基二極管，替代開關(guān)電源(SMPS)和功率因數(shù)校正(PFC)電路中的快恢復(fù)二極管，提高電路的開關(guān)速度。
【專利說明】一種高反壓肖特基二極管制造工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體分立器件制造領(lǐng)域，特別涉及一種高反壓肖特基二極管制造工 藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體分立器件領(lǐng)域，肖特基二極管是一種應(yīng)用廣泛的器件。具有低功耗、大電 流、開關(guān)速度快的特點(diǎn)。它的正向壓降可以達(dá)到0.4V左右，普通二極管則在0.7V左右。開 關(guān)速度可以小到幾納秒，而整流電流可以達(dá)到上百安培。同時(shí)還具有噪聲低、檢波靈敏度 商、穩(wěn)定可罪等特點(diǎn)。在開關(guān)電源、整流濾波等電路中，作為商頻、低壓、大電流整流-極管、 續(xù)流二極管、保護(hù)二極管使用，或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使 用。
[0003] 雖然肖特基二極管有很多優(yōu)點(diǎn)，但其反向擊穿電壓較低，目前大部分產(chǎn)品耐壓都 在100V以下，限制了其在高壓電路中的應(yīng)用，像在開關(guān)電源（SMPS)和功率因數(shù)校正（PFC) 電路中功率開關(guān)器件的續(xù)流二極管、變壓器次級(jí)用100V以上的高頻整流二極管，都使用快 恢復(fù)二極管，但其開關(guān)速度在20納秒以上，壓降等參數(shù)也達(dá)不到肖特基的指標(biāo)。因此市場(chǎng) 迫切需求更高反壓肖特基二極管。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種高反壓肖特基二極管制造工藝，提高了肖特基二極管的反向電 壓，替代開關(guān)電源（SMPS)和功率因數(shù)校正（PFC)電路中的快恢復(fù)二極管，提高了電路的開 關(guān)速度。
[0005] 本發(fā)明提供了一種高反壓肖特基二極管及其制造工藝，包括：
[0006] 提供一種半導(dǎo)體材料片；
[0007] 高反壓肖特基二極管的終端設(shè)計(jì)成P+環(huán)結(jié)構(gòu)；
[0008] 高反壓肖特基二極管的勢(shì)壘金屬采用NiPt合金。
[0009] 進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體材料片由N型半導(dǎo)體襯底和外延層組成。
[0010] 進(jìn)一步的，在制造 P+環(huán)前，半導(dǎo)體材料片需經(jīng)過清洗、氧化、光刻、腐蝕工藝，制造 出高反壓肖特基二極管的P+環(huán)圖形。
[0011] 進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體材料片表面制造出P+環(huán)圖形后，通過硼（B)注入、推結(jié)氧 化工藝制造出高反壓肖特基二極管的P+環(huán)。
[0012] 進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體材料片表面制造出P+環(huán)后，通過光刻、腐蝕工藝制造出 高反壓肖特基二極管的勢(shì)壘層圖形。
[0013] 進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體材料片表面制造出勢(shì)壘層圖形后，通過濺射、合金、腐蝕 工藝制造出高反壓肖特基二極管的勢(shì)壘層。
[0014] 進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體材料片表面制造出勢(shì)壘層后，通過蒸發(fā)、光刻、腐蝕工藝 制造出高反壓肖特基二極管的正面金屬。
[0015] 進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體材料片表面制造出正面金屬后，通過減薄工藝去除半導(dǎo) 體襯底多余的部分。
[0016] 進(jìn)一步的，減薄工藝后，在所述半導(dǎo)體襯底背面通過蒸發(fā)工藝，制造出高反壓肖特 基二極管的背面金屬。
[0017] 本發(fā)明通過采用NiPt合金作為勢(shì)壘金屬，并將器件的終端設(shè)計(jì)成P+環(huán)結(jié)構(gòu)，提高 了肖特基二極管的反壓。使肖特基二極管的應(yīng)用擴(kuò)展到高壓電路領(lǐng)域，替代原有的快恢復(fù) -極管，提1? 了電路的開關(guān)速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的高反壓肖特基二極管的剖面示意圖。
[0019] 圖中：1-背面金屬；2-半導(dǎo)體襯底；3-外延層；4-P+環(huán)；5-氧化層；6-勢(shì)魚層；7 正面金屬。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明的核心思想在于提供一種高反壓肖特基二極管制造工藝，首先提供一種半 導(dǎo)體材料片（包括半導(dǎo)體襯底和外延層），在所述半導(dǎo)體材料片上制造 P+環(huán)，然后在所述半 導(dǎo)體材料片上濺射勢(shì)壘層，接著在所述半導(dǎo)體材料片正面制造正面金屬，最后在所述半導(dǎo) 體材料片背面減薄并蒸發(fā)背面金屬。通過以上的工藝步驟，最終制造出的高反壓肖特基二 極管的反壓大于200V，替代開關(guān)電源（SMPS)和功率因數(shù)校正（PFC)電路中的快恢復(fù)二極 管，并提1? 了電路的開關(guān)速度。
[0021] 下面結(jié)合具體的實(shí)施方案以及圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。根據(jù)下面說明和要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非 精確的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明具體實(shí)施例的目的。
[0022] 本實(shí)施例中，選用N型外延片作為半導(dǎo)體材料片，其中包括半導(dǎo)體襯底2和外延層 3。半導(dǎo)體襯底2在制造過程中起到機(jī)械支撐的作用，為了減少導(dǎo)通時(shí)的壓降，優(yōu)選是重?fù)?雜的襯底；外延層3是器件層，與普通半導(dǎo)體材料相比，外延層3的缺陷更少，制造出的器件 成品率更高。較佳的，為了滿足反壓大于150V，外延層3的厚度為13. 5-15. 5 μ m，電阻率控 制在 4-5. 5 Ω · cm。
[0023] 接下來進(jìn)行高反壓肖特基二極管的制造。
[0024] 首先，進(jìn)行氧化層生長(zhǎng)。具體的，將半導(dǎo)體材料片進(jìn)行超聲處理，進(jìn)行3#液清洗、 漂酸、沖水、甩干。本實(shí)施例中所述半導(dǎo)體材料片包括半導(dǎo)體襯底2和外延層3,所述半導(dǎo) 體襯底2為N形半導(dǎo)體襯底。將半導(dǎo)體材料片放入氧化爐中生長(zhǎng)厚度為7000-10000A的氧 化層5。其中3#液清洗條件是溫度為110°C，時(shí)間為10-15分鐘，漂酸是為了去除自然氧化 層，可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的酸液進(jìn)行漂酸工藝。
[0025] 其次，進(jìn)行一次光刻腐蝕制造出P+環(huán)的圖形，之后進(jìn)行B注入。在要形成P+環(huán)的 區(qū)域注入硼（B)原子。然后，進(jìn)行推結(jié)氧化工藝。推結(jié)氧化工藝是將B原子擴(kuò)散到器件內(nèi) 部，形成P+環(huán)4,作為器件的終端結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品耐壓。本實(shí)施例中，進(jìn)行推結(jié)前氧化工藝前 先使用3#液清洗半導(dǎo)體材料片，去除表面雜質(zhì)。
[0026] 然后，通過氧化工藝形成厚度為4000-5000A的氧化層，為勢(shì)壘層的制造做準(zhǔn)備。
[0027] 接下來，進(jìn)行二次光刻腐蝕，將待形成勢(shì)壘層6的區(qū)域上的氧化層腐蝕掉，暴露出 部分外延層3。
[0028] 接下來，進(jìn)行勢(shì)壘層6的濺射。在所述半導(dǎo)體材料片表面濺射勢(shì)壘金屬。常見的 勢(shì)魚金屬有Pt、Mo、Cr，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Pt勢(shì)魚在相同條件下漏電流更低，因此選用Pt作為勢(shì)魚 金屬，同時(shí)為了連續(xù)調(diào)整勢(shì)壘高度，以優(yōu)化肖特基的電性參數(shù)，在Pt中摻雜適量的Ni。最 終確定使用NiPt合金材料作為本發(fā)明實(shí)施例的勢(shì)壘金屬，優(yōu)選Ni的含量為30-45%之間。 濺射厚度例如000-2000A。
[0029] 接下來，進(jìn)行一次合金工藝，使勢(shì)壘金屬與半導(dǎo)體材料片形成勢(shì)壘層6。之后將未 形成勢(shì)壘層6的勢(shì)壘金屬通過腐蝕工藝去除。優(yōu)選的，腐蝕液使用王水。
[0030] 接下來，進(jìn)行正面金屬化工藝。在所述氧化層5和勢(shì)壘層6表面依次蒸發(fā)V、Ni、 A1，作為正面金屬7。由于A1中自由電子較多，與勢(shì)壘層6直接接觸，會(huì)影響器件的電參數(shù)， 因此優(yōu)選的采用多層金屬結(jié)構(gòu)。從下至上依次為V、Ni和A1，其中，V作為接觸層，Ni作為 阻擋層，AL作為導(dǎo)電層。提高了器件的可靠性。
[0031] 接下來，在進(jìn)行完上述的正面金屬化工藝后，進(jìn)行三次光刻腐蝕。制造出肖特基二 極管的正面金屬7的圖形。
[0032] 接下來，進(jìn)行二次合金，增強(qiáng)正面金屬與氧化層5和勢(shì)壘層6的粘附性。
[0033] 接下來，進(jìn)行背面減薄工藝。將半導(dǎo)體襯底2的厚度減薄。器件在制造過程中，半 導(dǎo)體襯底2主要起到機(jī)械支撐的作用，做完二次合金后此項(xiàng)功能已不需要，而且襯底2厚度 過大會(huì)增加器件的正向壓降，通過減薄工藝可以降低肖特基二極管的正向壓降。之后進(jìn)行 腐蝕工藝，這是因?yàn)闇p薄后半導(dǎo)體材料片由于應(yīng)力的作用會(huì)有一定的形變，在后續(xù)的加工 過程中容易造成碎片，通過腐蝕工藝消除應(yīng)力的影響，減少形變。腐蝕液例如使用硝酸、氫 氟酸的混合液，加入少量的硼酸。
[0034] 最后，進(jìn)行器件的背面金屬化工藝。在所述半導(dǎo)體材料片的背面（本實(shí)施例中是 指半導(dǎo)體襯底2的背面）依次蒸發(fā)￥、附38，作為肖特基二極管的背面金屬1。
[0035] 本發(fā)明使用NiPt材料作為勢(shì)壘金屬，NiPt材料可以降低肖特基二極管的漏電，同 時(shí)通過調(diào)整Ni的含量可以改善器件的電參數(shù)，Ni含量增加，器件的正向壓降降低，但是器 件的溫度特性變差，優(yōu)化的，Ni含量在30-45%之間。半導(dǎo)體材料片選用N型襯底與外延層 的組合。外延層相對(duì)于普通硅片有更低的缺陷，制造出的肖特基二極管的參數(shù)更好，良率更 高。肖特基二極管的終端設(shè)計(jì)成P+環(huán)結(jié)構(gòu)，改善器件的終端電場(chǎng)，提高了肖特基二極管的 反壓。最終制造出的肖特基二極管反壓達(dá)到150V以上，使肖特基二極管的應(yīng)用擴(kuò)大到高壓 開關(guān)電源（SMPS)和功率因數(shù)校正（PFC)電路中，提高了電路的開關(guān)速度。進(jìn)一步的，半導(dǎo) 體材料片選用N型襯底與外延層的組合。外延層相對(duì)于普通硅片有更低的缺陷，制造出的 肖特基二極管的參數(shù)更好，良率更高。
【權(quán)利要求】
1. 一種高反壓肖特基二極管制造工藝，其特征在于，包括： 提供半導(dǎo)體材料片； 在所述半導(dǎo)體材料片上制造 P+環(huán)作為高反壓肖特基二極管的終端； 在所述半導(dǎo)體材料片上使用NiPt材料制造勢(shì)壘層，進(jìn)而制造出高反壓肖特基二極管。
2. 根據(jù)要求1所述的高反壓肖特基二極管制造工藝，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料片 包括N型半導(dǎo)體襯底和形成于所述N型半導(dǎo)體襯底上的外延層，所述P+環(huán)形成于所述外延 層中。
3. 根據(jù)要求1所述的高反壓肖特基二極管制造工藝，其特征在于，所述NiPt材料中Ni 的含量在30-45%之間。
【文檔編號(hào)】H01L21/329GK104103513SQ201310134632
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月3日
【發(fā)明者】孫芳魁, 袁曉飛, 徐榕濱, 姜巍, 張偉, 賀鵬 申請(qǐng)人:哈爾濱工大華生電子有限公司