肖特基二極管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肖特基二極管的制造方法，步驟包括：1）在N型高摻雜硅基片正面生長低摻雜N型外延層；2）在外延層上生長非摻雜氧化硅硬掩膜層；3）在氧化硅硬掩膜層上淀積氮化硅硬掩膜層；4）溝槽刻蝕；5）溝槽內(nèi)生長柵氧；6）在溝槽內(nèi)填充多晶硅，并回刻至外延層上表面；7）去除氮化硅硬掩膜層；8）生長接觸孔介質(zhì)膜，接觸孔圖形化后，去除接觸孔介質(zhì)膜；9）刻蝕掉氧化硅硬掩膜；10）淀積金屬阻障層、金屬陽極和金屬陰極。本發(fā)明通過改變肖特基二極管的制作工藝流程和金屬前介質(zhì)膜的膜質(zhì)，減少了接觸孔刻蝕過程中溝槽柵氧化膜的損失，避免了溝槽柵氧化膜凹槽的形成，從而改善了肖特基二極管的漏電和耐壓問題。
【專利說明】肖特基二極管的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及肖特基二極管的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 溝槽型M0S肖特基二極管因?yàn)檎驅(qū)娮栊?、反向偏壓漏電小的特性，被廣泛 應(yīng)用在整流器等電力器件中。目前，肖特基二極管的制作工藝流程可參閱圖1所示，包括有 以下工藝步驟：
[0003] 步驟1，如圖1 (A)所示，在N+硅基片101上使用外延的方法生長一層N-外延層 102 (EPI);用化學(xué)氣相沉積工藝生長一層厚度為1000?3000 A的二氧化硅硬掩膜層103， 然后光刻和干法刻蝕二氧化硅硬掩膜層103,去膠，干法刻蝕形成硅溝槽111的圖形。
[0004] 步驟2,如圖1 (B)所示，用濕法刻蝕去除二氧化硅硬掩膜層103?？梢允褂忙?Ε (緩沖氫氟酸蝕刻液）等刻蝕二氧化硅的藥液。
[0005] 步驟3,如圖1(C)所示，使用熱氧化法生長一層?xùn)艠O氧化膜105。因?yàn)檫@層?xùn)艠O氧 化膜105和器件的反向耐壓有直接關(guān)系，所以要選用形成的氧化膜質(zhì)量較好的熱氧化法。 該柵極氧化膜105的厚度一般在800?4000 A之間。
[0006] 步驟4,如圖1 (D)所示，用化學(xué)氣相沉積法填充多晶硅106。
[0007] 步驟5,如圖1 (E)所示，干法刻蝕多晶硅106。在非溝槽區(qū)域，刻蝕停止在柵極氧 化膜105上；在溝槽區(qū)域，多晶硅在溝槽內(nèi)有500?3000 A的刻蝕量。
[0008] 步驟6,如圖1 (F)所示，用化學(xué)氣相沉積法沉積接觸孔（Contact)介質(zhì)膜112。一 般這層介質(zhì)膜是硼磷共摻的氧化膜，用于吸收金屬離子等雜質(zhì)，厚度在4000?10000 A之 間。
[0009] 步驟7,如圖1 (G)所示，光刻工藝定義出需要刻蝕的區(qū)域，用干法或者濕法刻蝕定 義出接觸孔區(qū)域。因?yàn)闁艠O氧化膜105和接觸孔介質(zhì)膜112沒有選擇比，同時(shí)接觸孔刻蝕 要保證一定的過刻蝕量，以保證沒有氧化膜殘留，所以在硅片表面柵極氧化膜105區(qū)域形 成一個(gè)凹形的溝槽，這個(gè)凹槽介于N-外延層102和硅溝槽111之間。
[0010] 步驟8,如圖1 (H)所示，用化學(xué)氣相沉積（CVD)或者物理氣相沉積（PVD)方法沉 積一層金屬阻障層107和陽極金屬108,最后在硅基板背面形成陰極金屬109。因?yàn)榍懊嫣?到的凹槽的存在，陽極金屬會填充在凹槽中，在溝槽之間的硅平臺邊緣會形成尖銳的半導(dǎo) 體和金屬接觸，造成一定程度的漏電問題及BV (崩潰電壓）降低的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種肖特基二極管的制造方法，它可以解決溝槽 型M0S型肖特基二極管的漏電和BV偏低的問題。
[0012] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的肖特基二極管的制造方法，肖特基二極管的制造 方法，其特征在于，步驟包括：
[0013] 1)在N型高摻雜硅基片正面生長低摻雜N型外延層；
[0014] 2)在外延層上生長非摻雜氧化硅硬掩膜層；
[0015] 3)在氧化硅硬掩膜層上淀積氮化硅硬掩膜層；
[0016] 4)在外延層上刻蝕出溝槽；
[0017] 5)用熱氧化法在溝槽內(nèi)生長一層?xùn)艠O氧化硅；
[0018] 6)在溝槽內(nèi)填充多晶硅，然后將多晶硅回刻至外延層的上表面；
[0019] 7)去除氮化硅硬掩膜層；
[0020] 8)生長接觸孔介質(zhì)膜，進(jìn)行接觸孔的圖形化，然后刻蝕去除接觸孔介質(zhì)膜；
[0021] 9)刻蝕去除氧化硅硬掩膜；
[0022] 10)淀積金屬阻障層和金屬陽極，并在硅基片背面淀積金屬陰極。
[0023] 較佳的，步驟4)和步驟5)之間還包括步驟：刻蝕氧化硅硬掩膜層，使氮化硅硬掩 膜層下方形成切口形貌。
[0024] 較佳的，步驟9)和步驟10)之間，還包括步驟：刻蝕多晶硅和外延層，使柵極氧化 娃凸出。
[0025] 本發(fā)明通過改變肖特基二極管的制作工藝流程(例如，改變了溝槽刻蝕和多晶硅 回刻的順序）和金屬前介質(zhì)膜的膜質(zhì)(從BPSG改為PSG)，在PSG下面保留一層非摻雜的氧 化膜（NSG)，使接觸孔刻蝕過程中，在保證足夠的工藝窗口的前提下，減少了溝槽柵氧化膜 (NSG)的損失，避免了溝槽柵氧化膜凹槽的形成，甚至是形成凸出的溝槽柵氧化膜的形貌， 從而改善了肖特基二極管的漏電和耐壓問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是現(xiàn)有的肖特基二極管的制作工藝流程示意圖。
[0027] 圖2是本發(fā)明的肖特基二極管的制作工藝流程示意圖。
[0028] 圖3是PSG刻蝕速率與磷濃度的關(guān)系圖。
[0029] 圖4是用本發(fā)明實(shí)施例的方法制作的肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖中附圖標(biāo)記說明如下：
[0031] 101 :硅基片
[0032] 102 :外延層
[0033] 103 :二氧化硅硬掩膜層
[0034] 104 :氮化硅硬掩膜層
[0035] 105 :柵極氧化膜
[0036] 106:多晶硅
[0037] 107 :金屬阻障層
[0038] 108:金屬陽極
[0039] 109:金屬陰極
[0040] 110 :接觸孔介質(zhì)膜(摻磷氧化膜，PSG)
[0041] 111 :溝槽
[0042] 112 :接觸孔介質(zhì)膜(硼磷共摻的氧化膜，BPSG)

【具體實(shí)施方式】
[0043] 為對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實(shí)施方式，詳 述如下：
[0044] 本實(shí)施例的肖特基二極管的制作流程，請參見圖2所示，包括以下工藝步驟：
[0045] 步驟1，如圖2 (A)所示，在高摻雜N型硅基片101的正面用外延的方法生長一層 低摻雜N型單晶硅作為外延層102,該N-外延層102的厚度在5?10 μ m之間，摻雜濃度在 1E12 ?lE15/cm2 之間。
[0046] 在N-外延層102上面生長一層厚度為150?500 A的非摻雜的二氧化硅硬掩膜層 103,這一層二氧化硅有兩個(gè)作用：一是消除氮化硅硬掩膜層104和硅基板由于膨脹系數(shù)不 同造成的應(yīng)力問題，二是在接觸孔刻蝕的時(shí)候作為阻擋層，減小刻蝕對硅基板的損傷。這一 層二氧化硅硬掩膜層103可以采用熱氧化法生長，也可以采用常壓化學(xué)氣相沉積法生長。 由于在本實(shí)施例中需要用到濕法去除，用常壓化學(xué)氣相沉積方法生長的氧化膜的濕法刻蝕 速率比熱氧化方法生長的溝槽柵氧化膜更快，所以在防止形成溝槽柵氧化膜凹陷的效果上 更好。二氧化硅硬掩膜層103的厚度不能太厚，否則會造成濕法刻蝕量加大，導(dǎo)致溝槽柵氧 化膜損失。
[0047] 在二氧化娃硬掩膜層103上方用化學(xué)氣相沉積方法沉積一層厚度為1000? 4500 A的氮化硅硬掩膜層104。氮化硅硬掩膜層104的厚度主要由刻蝕溝槽的深度決定。
[0048] 經(jīng)過圖形化和干法刻蝕工藝，在硅外延層102上形成規(guī)律排列的溝槽111，溝槽 111的深度在1?4μπι之間。
[0049] 步驟2,使用濕法刻蝕將非摻雜的二氧化硅硬掩膜層103刻蝕掉100?1000 Α，使 氮化硅硬掩膜層104下方形成切口形貌，如圖2 (Β)所示。濕法刻蝕液為HF或者HF緩沖 液。
[0050] 這一步的目的是使溝槽111頂部在柵極氧化以后可以比較圓滑，防止尖端放電。
[0051] 步驟3,如圖2(C)所示，使用高溫爐管(溫度一般在1000°C以上)淀積500?4000 A 的柵極氧化膜105。
[0052] 步驟4,如圖2 (D)所示，使用化學(xué)氣相沉積法，在溝槽111內(nèi)填充多晶硅106,使 溝槽111被多晶硅106填滿。
[0053] 步驟5,如圖2 (E)所示，使用干法刻蝕工藝，將氮化硅硬掩膜層104上方的多晶 硅106全部去除掉。氮化硅硬掩膜層104是刻蝕停止層，溝槽111內(nèi)的多晶硅106刻蝕到 娃外延層102的上表面。
[0054] 步驟6,如圖2 (F)所示，濕法刻蝕去除氮化硅硬掩膜層104。濕法藥液是熱磷酸， 刻蝕停止在二氧化硅硬掩膜層103上。
[0055] 步驟7,如圖2 (G)所示，用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)方法沉積一層 摻雜磷的氧化硅（PSG)作為接觸孔介質(zhì)膜（PMD) 110。該P(yáng)SG中的磷濃度在6%以上。
[0056] 如圖3所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在刻蝕條件為：腔體壓力55毫托，功率500W，磁場強(qiáng) 度25高斯，刻蝕氣體為：C 2H4F45sccm，CHF380sccm，Ar90sccm時(shí)，磷濃度小于4%的情況下， PSG的刻蝕速率沒有明顯增加；當(dāng)磷濃度在4%?8%之間時(shí)，PSG刻蝕速率有明顯的增加； 當(dāng)磷濃度大于8%以后，刻蝕速率趨于穩(wěn)定。因此，為了達(dá)到PSG氧化膜110和二氧化硅硬 掩膜103之間的高選擇比，PSG的摻雜濃度應(yīng)該選擇6%以上。
[0057] 步驟8,如圖2 (H)所示，在接觸孔圖形化以后，使用帶有氣體C2H4F4的干法刻蝕 條件，刻蝕去除PSG膜110,刻蝕停止在二氧化硅硬掩膜103上。
[0058] 步驟9,如圖2 (I)所示，使用濕法刻蝕工藝去除二氧化硅硬掩膜103。
[0059] 步驟10,如圖2 (J)所示，使用干法或者濕法刻蝕多晶硅106和外延層102。這一 步要求刻蝕硅的速率比刻蝕氧化硅的速率快，以形成柵極氧化硅凸出的形貌。
[0060] 步驟11，如圖2 (K)所示，進(jìn)行金屬阻障層107和金屬陽極的沉積工藝，以及晶圓 背面金屬陰極的沉積工藝。金屬陽極的膜層結(jié)構(gòu)可以是單層金屬，例如鋁，也可以是多層金 屬，例如Ti/TiN/Al。如果有Ti/TiN，可以在Ti/TiN沉積后增加一步退火工藝，退火條件為： 690°C, N2,30s。
[0061] 按照上述方法制作得到的trench M0S型肖特基二極管的結(jié)構(gòu)如圖2(K)和圖3所 示，相比傳統(tǒng)的trench M0S型肖特基二極管，其initial leakage (初始漏電）從1(Γ3Α降 低到了 1(Γ6Α的水平，1mA時(shí)的VR在100V以上，BV面內(nèi)均一性也得到了顯著提高。
【權(quán)利要求】
1. 肖特基二極管的制造方法，其特征在于，步驟包括： 1) 在N型高摻雜硅基片正面生長低摻雜N型外延層； 2) 在外延層上生長非摻雜氧化娃硬掩膜層； 3) 在氧化硅硬掩膜層上淀積氮化硅硬掩膜層； 4) 在外延層上刻蝕出溝槽； 5) 用熱氧化法在溝槽內(nèi)生長一層?xùn)艠O氧化硅； 6) 在溝槽內(nèi)填充多晶硅，然后將多晶硅回刻至外延層的上表面； 7) 去除氮化硅硬掩膜層； 8) 生長接觸孔介質(zhì)膜，進(jìn)行接觸孔的圖形化，然后刻蝕去除接觸孔介質(zhì)膜； 9) 刻蝕去除氧化硅硬掩膜； 10) 淀積金屬阻障層和金屬陽極，并在硅基片背面淀積金屬陰極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)，所述氧化硅硬掩膜層的厚度為 150 ?500 A。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)，所述氮化硅硬掩膜層的厚度為 1000 ?4500 A。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)，所述溝槽的深度為1?4 y m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)和步驟5)之間還包括步驟：刻蝕 氧化硅硬掩膜層，使氮化硅硬掩膜層下方形成切口形貌。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將氧化娃硬掩膜層刻蝕掉100?1000 A。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)，使用高溫爐管淀積所述柵極氧化 硅，柵極氧化硅的厚度為500?4000 A。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟8)，所述接觸孔介質(zhì)膜為摻雜磷的氧 化硅。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述摻雜磷的氧化硅中的磷濃度在6%以 上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟9)和步驟10)之間，還包括步驟：刻蝕多晶硅和外延層，使柵極氧化硅凸出。
【文檔編號】H01L21/329GK104282550SQ201310275771
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】劉鵬, 吳智勇 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司