[發明專利]一種采用CSD工藝制備肖特基二極管P+型擴散保護環的方法

在審

• 申請號: 201410797250.2
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104505345A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 譚德喜;巨峰峰;姚偉明;付國振;楊勇;李懷輝
• 申請（專利權）人: 揚州國宇電子有限公司
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329;H01L21/223
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 劉憲池

技術領域

本發明涉及半導體功率器件制造領域，特別是涉及一種肖特基整流二極管的擴散保護環的制造方法。

背景技術

隨著現代功率控制電路對節能的要求的不斷提高，電路中整流作用的功率整流二極管的開關性能的要求也不斷提高，肖特基勢壘二極管(Schottky?Barrier?Diodes)在低壓電路中廣泛使用。肖特基勢壘二極管是利用金屬與半導體勢壘接觸進行工作的一種多數載流子器件。這種二極管與普通的P-N結構型二極管相比，具有具有低正向壓降、高開關速度等特點。

當前常見的肖特基結構如圖1所示，其中，圖中標識數字：1為硅襯底，2為N型外延層，3為貴金屬層，4為保護環，5為氧化層，6為上電極，7為下電極。因為N型半導體中存在著大量的電子，貴金屬層中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的N型外延層2中向濃度低的貴金屬層3中擴散。顯然，貴金屬層3中沒有空穴，也就不存在空穴自貴金屬層3向N型外延層2的擴散運動。隨著電子不斷從N型外延層2擴散到貴金屬層3，N型外延層2的表面電子濃度表面逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為貴金屬層3至N型外延層2。但在該電場作用之下，貴金屬層3中的電子也會產生從貴金屬層3向N型外延層2的漂移運動，從而消弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。

典型的肖特基二極管生產制造流程為：在帶有外延層的原硅片上生長一層一定厚度的氧化層，光刻和腐蝕工藝形成保護環的溝槽，通過注入B(硼)離子，并退火形成P+保護環，再次光刻和腐蝕形成勢壘窗口，通過濺射或者蒸發勢壘金屬，加熱合金形成勢壘接觸，通過腐蝕去掉不需要的勢壘金屬，濺射或者蒸發金屬電極層，并通過光刻和化學腐蝕去除不需要的金屬，合金后形成正面金屬電極，最后通過濺射或者蒸發形成背面電極,形成肖特基的基本結構。

其中關鍵的一步有保護環的摻雜制備，在肖特基二極管中P+保護環的主要作用是，增加邊緣耗盡層的曲率半徑，防止當電壓增加時，邊緣區域金屬電極與半導體之間存在的邊緣電場急劇增加導致邊緣擊穿，提升器件的擊穿電壓。當前肖特基二極管芯片制造流程中，主要是采用離子注入B(硼)離子的方式摻雜，形成所需的P+保護環。離子注入工藝摻雜可以減小產品制程的步驟，且退火后摻雜濃度均一性高；然而離子注入工藝同時存在缺點：

1、設備上：設備成本昂貴，同時維護頻繁和維護時間長，以及設備產能低等原因導致產品成本居高不下，并容易導致產能瓶頸，造成制品的滯留和積壓；

2、在工藝上：離子注入對晶圓造成晶格損失，以及較難實現較深或較淺的摻雜要求。

如何解決替代離子注入工藝方法的缺陷，降低生產成本及提高產品品質及壽命是我們目前需解決的技術難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是在滿足肖特基二極管芯片電參數、一致性、可靠性等條件下，使用液態源旋轉涂覆擴散摻雜工藝(CSD工藝)實現P型擴散環結構的實現。利用液態源旋轉涂覆擴散摻雜工藝(簡稱CSD工藝)制備肖特基二極管芯片P型擴散層的工藝，此摻雜工藝成本低，產量高，并能達到離子注入摻雜工藝同樣的表面濃度和結深，而且使用此CSD工藝與離子注入工藝生產的肖特基二極管晶圓，在電參數、良率基本一致、工藝重復性等方面與常規離子注入工藝一致；同時使用CSD工藝時，其產品所涉及的前后工藝流程保持不變。常規離子注入工藝形成保護環結構，需要采用大束流注入機，注入機的設備購置成本高，設備維護復雜，維修人員要求高，配件消耗大；而采用此CSD工藝可以實現工藝低成本、高可靠性。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是一種一種采用CSD工藝制備肖特基二極管P+型擴散保護環的方法，其步驟包括：1旋涂：在通過刻蝕制作好保護環P+溝槽后的晶圓上，使用旋轉涂覆法使晶圓上覆蓋一層帶有硼摻雜劑的B30液態源，并烘干，烘干后涂覆厚度在3000～6000埃；2預擴散：在氮氣氣氛的高溫爐中進行預擴散，預擴散溫度900～1100攝氏度，預擴散時間30～120分鐘；

3清洗：氫氟酸溶液清洗5～10分鐘，將晶圓表面的氧化層和殘余有機物漂凈；

4再擴散：在氮氣氣氛的900～1100攝氏度的高溫爐中，加熱30～120分鐘進行進一步推進；然后降溫至700～900攝氏度，在氧氣和氫氣氛圍下進行濕氧反應150～200分鐘，在P+保護環溝槽的晶圓表面形成氧化層。