一種高反壓肖特基二極管制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種高反壓肖特基二極管制造工藝，屬于半導體器件制造領域。本發明選用NiPt材料作為勢壘金屬，這樣可以減少漏電，便于調整肖特基二極管的電參數。器件的終端設計成P+環結構，提高了肖特基二極管的反壓。最終設計出高反壓肖特基二極管，替代開關電源(SMPS)和功率因數校正(PFC)電路中的快恢復二極管，提高電路的開關速度。
【專利說明】一種高反壓肖特基二極管制造工藝
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體分立器件制造領域，特別涉及一種高反壓肖特基二極管制造工 藝。
【背景技術】
[0002] 在半導體分立器件領域，肖特基二極管是一種應用廣泛的器件。具有低功耗、大電 流、開關速度快的特點。它的正向壓降可以達到0.4V左右，普通二極管則在0.7V左右。開 關速度可以小到幾納秒，而整流電流可以達到上百安培。同時還具有噪聲低、檢波靈敏度 商、穩定可罪等特點。在開關電源、整流濾波等電路中，作為商頻、低壓、大電流整流-極管、 續流二極管、保護二極管使用，或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使 用。
[0003] 雖然肖特基二極管有很多優點，但其反向擊穿電壓較低，目前大部分產品耐壓都 在100V以下，限制了其在高壓電路中的應用，像在開關電源（SMPS)和功率因數校正（PFC) 電路中功率開關器件的續流二極管、變壓器次級用100V以上的高頻整流二極管，都使用快 恢復二極管，但其開關速度在20納秒以上，壓降等參數也達不到肖特基的指標。因此市場 迫切需求更高反壓肖特基二極管。
【發明內容】
[0004] 本發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，替代開關電源（SMPS)和功率因數校正（PFC)電路中的快恢復二極管，提高了電路的開 關速度。
[0005] 本發明提供了一種高反壓肖特基二極管及其制造工藝，包括：
[0006] 提供一種半導體材料片；
[0007] 高反壓肖特基二極管的終端設計成P+環結構；
[0008] 高反壓肖特基二極管的勢壘金屬采用NiPt合金。
[0009] 進一步的，所述半導體材料片由N型半導體襯底和外延層組成。
[0010] 進一步的，在制造 P+環前，半導體材料片需經過清洗、氧化、光刻、腐蝕工藝，制造 出高反壓肖特基二極管的P+環圖形。
[0011] 進一步的，在所述半導體材料片表面制造出P+環圖形后，通過硼（B)注入、推結氧 化工藝制造出高反壓肖特基二極管的P+環。
[0012] 進一步的，在所述半導體材料片表面制造出P+環后，通過光刻、腐蝕工藝制造出 高反壓肖特基二極管的勢壘層圖形。
[0013] 進一步的，在所述半導體材料片表面制造出勢壘層圖形后，通過濺射、合金、腐蝕 工藝制造出高反壓肖特基二極管的勢壘層。
[0014] 進一步的，在所述半導體材料片表面制造出勢壘層后，通過蒸發、光刻、腐蝕工藝 制造出高反壓肖特基二極管的正面金屬。
[0015] 進一步的，在所述半導體材料片表面制造出正面金屬后，通過減薄工藝去除半導 體襯底多余的部分。
[0016] 進一步的，減薄工藝后，在所述半導體襯底背面通過蒸發工藝，制造出高反壓肖特 基二極管的背面金屬。
[0017] 本發明通過采用NiPt合金作為勢壘金屬，并將器件的終端設計成P+環結構，提高 了肖特基二極管的反壓。使肖特基二極管的應用擴展到高壓電路領域，替代原有的快恢復 -極管，提1? 了電路的開關速度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發明實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-半導體襯底；3-外延層；4-P+環；5-氧化層；6-勢魚層；7 正面金屬。
【具體實施方式】
[0020] 本發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 導體材料片（包括半導體襯底和外延層），在所述半導體材料片上制造 P+環，然后在所述半 導體材料片上濺射勢壘層，接著在所述半導體材料片正面制造正面金屬，最后在所述半導 體材料片背面減薄并蒸發背面金屬。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，替代開關電源（SMPS)和功率因數校正（PFC)電路中的快恢復二極 管，并提1? 了電路的開關速度。
[0021] 下面結合具體的實施方案以及圖1對本發明做進一步的說明。根據下面說明和要 求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡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明具體實施例的目的。
[0022] 本實施例中，選用N型外延片作為半導體材料片，其中包括半導體襯底2和外延層 3。半導體襯底2在制造過程中起到機械支撐的作用，為了減少導通時的壓降，優選是重摻 雜的襯底；外延層3是器件層，與普通半導體材料相比，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] 接下來進行高反壓肖特基二極管的制造。
[0024] 首先，進行氧化層生長。具體的，將半導體材料片進行超聲處理，進行3#液清洗、 漂酸、沖水、甩干。本實施例中所述半導體材料片包括半導體襯底2和外延層3,所述半導 體襯底2為N形半導體襯底。將半導體材料片放入氧化爐中生長厚度為7000-10000A的氧 化層5。其中3#液清洗條件是溫度為110°C，時間為10-15分鐘，漂酸是為了去除自然氧化 層，可采用本領域技術人員常用的酸液進行漂酸工藝。
[0025] 其次，進行一次光刻腐蝕制造出P+環的圖形，之后進行B注入。在要形成P+環的 區域注入硼（B)原子。然后，進行推結氧化工藝。推結氧化工藝是將B原子擴散到器件內 部，形成P+環4,作為器件的終端結構，提高產品耐壓。本實施例中，進行推結前氧化工藝前 先使用3#液清洗半導體材料片，去除表面雜質。
[0026] 然后，通過氧化工藝形成厚度為4000-5000A的氧化層，為勢壘層的制造做準備。
[0027] 接下來，進行二次光刻腐蝕，將待形成勢壘層6的區域上的氧化層腐蝕掉，暴露出 部分外延層3。
[0028] 接下來，進行勢壘層6的濺射。在所述半導體材料片表面濺射勢壘金屬。常見的 勢魚金屬有Pt、Mo、Cr，實驗發現，Pt勢魚在相同條件下漏電流更低，因此選用Pt作為勢魚 金屬，同時為了連續調整勢壘高度，以優化肖特基的電性參數，在Pt中摻雜適量的Ni。最 終確定使用NiPt合金材料作為本發明實施例的勢壘金屬，優選Ni的含量為30-45%之間。 濺射厚度例如000-2000A。
[0029] 接下來，進行一次合金工藝，使勢壘金屬與半導體材料片形成勢壘層6。之后將未 形成勢壘層6的勢壘金屬通過腐蝕工藝去除。優選的，腐蝕液使用王水。
[0030] 接下來，進行正面金屬化工藝。在所述氧化層5和勢壘層6表面依次蒸發V、Ni、 A1，作為正面金屬7。由于A1中自由電子較多，與勢壘層6直接接觸，會影響器件的電參數， 因此優選的采用多層金屬結構。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作為導電層。提高了器件的可靠性。
[0031] 接下來，在進行完上述的正面金屬化工藝后，進行三次光刻腐蝕。制造出肖特基二 極管的正面金屬7的圖形。
[0032] 接下來，進行二次合金，增強正面金屬與氧化層5和勢壘層6的粘附性。
[0033] 接下來，進行背面減薄工藝。將半導體襯底2的厚度減薄。器件在制造過程中，半 導體襯底2主要起到機械支撐的作用，做完二次合金后此項功能已不需要，而且襯底2厚度 過大會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。之后進行 腐蝕工藝，這是因為減薄后半導體材料片由于應力的作用會有一定的形變，在后續的加工 過程中容易造成碎片，通過腐蝕工藝消除應力的影響，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，進行器件的背面金屬化工藝。在所述半導體材料片的背面（本實施例中是 指半導體襯底2的背面）依次蒸發￥、附38，作為肖特基二極管的背面金屬1。
[0035] 本發明使用NiPt材料作為勢壘金屬，NiPt材料可以降低肖特基二極管的漏電，同 時通過調整Ni的含量可以改善器件的電參數，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，優化的，Ni含量在30-45%之間。半導體材料片選用N型襯底與外延層 的組合。外延層相對于普通硅片有更低的缺陷，制造出的肖特基二極管的參數更好，良率更 高。肖特基二極管的終端設計成P+環結構，改善器件的終端電場，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到150V以上，使肖特基二極管的應用擴大到高壓 開關電源（SMPS)和功率因數校正（PFC)電路中，提高了電路的開關速度。進一步的，半導 體材料片選用N型襯底與外延層的組合。外延層相對于普通硅片有更低的缺陷，制造出的 肖特基二極管的參數更好，良率更高。
【權利要求】
1. 一種高反壓肖特基二極管制造工藝，其特征在于，包括： 提供半導體材料片； 在所述半導體材料片上制造 P+環作為高反壓肖特基二極管的終端； 在所述半導體材料片上使用NiPt材料制造勢壘層，進而制造出高反壓肖特基二極管。
2. 根據要求1所述的高反壓肖特基二極管制造工藝，其特征在于，所述半導體材料片 包括N型半導體襯底和形成于所述N型半導體襯底上的外延層，所述P+環形成于所述外延 層中。
3. 根據要求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】H01L21/329GK104103513SQ201310134632
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月3日 優先權日:2013年4月3日
【發明者】孫芳魁, 袁曉飛, 徐榕濱, 姜巍, 張偉, 賀鵬 申請人:哈爾濱工大華生電子有限公司