专利名称：一种肖特基二极管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种肖特基二极管及其制备方法。
背景技术：
肖特基二极管，是利用金属和半导体接触势垒进行工作的器件；由于其正向压降低、反向恢复速度快等优点，被广泛于开关电源、太阳能、电力电子等领域，尤其近年来随着新能源、节能低碳产业的发展，肖特基二极管的应用越来越大，市场规模不断扩大。对于二极管，正向导通时的功耗是其最主要的指标之一；而决定二极管功耗的主要因素为其导通压降或者导通电阻；肖特基二极管与PN结二极管相比，其正向压降、导通电阻更低，所以正向导通时功耗更小，因此被广泛应用；
如图I所示为目前最常用的肖特基二极管结构，包括第一导电类型半导体材料衬底102，及其上面的第一导电类型半导体材料外延层101，一个形成于第一导电类型外延层中第二导电类型护圈103 ;护圈103上方和外延层部分表面形成硅化物材料104，外延层上部分区域覆盖的介电材料105 ;硅化物材料及部分介电材料上覆盖有第一金属层107，可连接电极109 ;在第一导电类型半导体材料衬底底部覆盖有第二金属层106，可连接电极108。传统的制造该肖特基二极管的工艺制程，如图2到图9所示，主要包括提供带衬底102外延层101的圆片；整个原片表面生成介质层，在上面覆盖光刻胶110，使用第一层掩膜板进行第二导电类型护圈103光刻、刻蚀介质层，进行离子注入，去除光刻胶，进行热处理以形成所需护圈103，热处理时在护圈103上面会再次生成介质层，但厚度比原介质层小，即存在台阶；覆盖光刻胶110，使用第二层掩膜板进行光刻，形成所需窗口，刻蚀介质层使外延层101表面的一部分暴露出来；去除光刻胶。一个高熔点的金属层111，如钼，覆盖在介质层105、护圈及暴露出来的外延层101上；高熔点金属层111被加热，从而在所述高熔点金属层与外延层101接触的部分形成硅化物104 ;适合的闻溶点的金属可以是钼、鹤、钦、镇、钻等；整个表面覆盖金属层107，覆盖光刻胶110，使用第三层掩膜板进行光刻，部分金属层107被刻蚀；去除光刻胶；对衬底底部进行处理，如背面金属化，淀积金属层108作为电极的引出。从上述可知，制造该肖特基二极管共需3层掩膜版。对于半导体芯片，决定其成本的因素有很多，如芯片面积、掩膜版数量、成品率等；而其中，掩膜版数量是几个决定成本最主要的因素之一，因此若能够减少制造所需掩膜版的数量，就可以大大降低成本；同时，由于掩膜版数量的减少，减少了制造工序，因此也缩短了生产周期，可以大大提高企业效益
发明内容
本发明提供了一种肖特基二极管，包括第一导电类型半导体材料衬底及其表面的第一导电类型半导体材料漂移层；所述漂移层其表面的部分区域被形成凹槽；形成于所述漂移层中的第二导电类型半导体材料护圈，护圈位于凹槽的侧壁附近的所述漂移层中；一种娃化物材料，形成于凹槽表面区域；一种介电材料，覆盖于所述漂移层表面；第一金属层，覆盖于所述硅化物材料及介电材料表面；第二金属层，覆盖于所述第一导电类型半导体材料衬底底部表面。其制备方法包括在提供的第一导电类型半导体材料衬底表面形成第一导电类型半导体材料漂移层；在漂移层表面形成一层介电材料；使用第一层掩膜版去除在待形成的凹槽表面的介电材料；在裸露的第一导电类型半导体材料漂移层表面进行第二导电类型杂质掺杂及热处理；去除待形成的凹槽表面的介电材料，进行半导体材料腐蚀形成凹槽；再次进行热处理；去除凹槽表面介电材料，在凹槽表面覆盖金属，进行烧结工艺在凹槽表面形成硅化物材料；覆盖金属材料，使用第二层掩膜版进行金属刻蚀；使用背面金属工艺，形成背面电极。本发明提供的肖特基二极管，在凹槽第一导电类型半导体材料表面形成肖特基势垒结，在凹槽侧壁附近的第二导电类型半导体材料护圈表面形成欧姆接触；肖特基二极管就是利用肖特基势垒结的整流特性工作；同时护圈包裹凹槽拐角，能有效减小拐角处的电场强度，减小漏电流；同时，凹槽拐角处在工艺处理时，可能未形成硅化物材料，但由于在凹槽侧壁或者底部已形成欧姆接触，因此这对器件性能不产生影响。值得说明的是，若凹槽拐角比较圆滑，护圈可以不包裹凹槽拐角。同时本发明的肖特基二极管，由于采用了凹槽，减短了肖特基势垒结的漂移区的厚度，因此在器件性能上，能有效降低导通电阻，从而降低正向导通时的功耗。
本发明的制备方法可以有效的减少掩膜版数量，从传统的3层掩膜版减少到2层掩膜版，就可以大大降低成本；同时，由于掩膜版数量的减少，减少了制造工序，因此也缩短了生产周期，可以大大提高效益。
图I为传统的肖特基二极管结构剖面示意图；图2为制造传统肖特基二极管的工艺的初始阶段的结构剖面示意图；图3为下一制造阶段的图2所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图4为下一制造阶段的图3所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图5为下一制造阶段的图4所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图6为下一制造阶段的图5所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图7为下一制造阶段的图6所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图8为下一制造阶段的图7所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图9为下一制造阶段的图8所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图10为本发明的肖特基二极管结构剖面示意图；图11为本发明肖特基二极管制造工艺的初始阶段结构剖面示意图；图12为下一制造阶段的图11所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图13为下一制造阶段的图12所示肖特基二极管结构的剖面示意图14为下一制造阶段的图13所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图15为下一制造阶段的图14所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图16为下一制造阶段的图15所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图17为下一制造阶段的图16所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图18为下一制造阶段的图17所示肖特基二极管结构的剖面示意图；图19为下一制造阶段的图18所示肖特基二极管结构的剖面示意具体实施例方式实施例
图10为本发明的肖特基二极管结构剖面示意图，下面结合图10详细说明本发明的肖特基~■极管。 如图10所示，本发明的肖特基二极管包括第一导电类型半导体硅材料衬底2及其表面的第一导电类型半导体材料漂移层1，衬底2为磷掺杂浓度O. 001 Q*cm，漂移层I磷掺杂电阻率为10 Ω *cm厚度20 μ m ;所述漂移层I其表面的部分区域被形成凹槽，深度为
2μ m ;形成于所述漂移层中的第二导电类型半导体硅材料护圈3，护圈3位于凹槽的侧壁附近的所述漂移层I中，护圈3结深为3μπι ;—种硅化物材料4，形成于凹槽表面区域；一种介电材料氧化硅5，覆盖于所述漂移层表面；第一金属层TiNiAg7，覆盖于所述硅化物材料4及介电材料表面5，为器件弓I出阳极9 ;第二金属层TiNiAg6，覆盖于所述第一导电类型半导体材料衬底底部表面，为器件引出阴极8。其制备方法，包括以下步骤，如图2到图9所示在提供的第一导电类型半导体硅材料衬底2表面外延生长第一导电类型半导体材料漂移层I ;在漂移层表面热氧化形成一层介电材料氧化层5 ;进行光刻腐蚀去除在待形成的凹槽表面的介电材料氧化层5 ;在裸露的第一导电类型半导体硅材料漂移层I表面进行第二导电类型杂质硼掺杂及热处理，从而形成护圈3 ;腐蚀去除待形成的凹槽表面的介电材料氧化层5，进行半导体材料干法腐蚀形成凹槽；再次进行热处理，使得护圈3包裹凹槽的拐角处；腐蚀去除凹槽表面介电材料氧化层5，在凹槽表面覆盖金属Ni61，，进行烧结工艺在凹槽表面形成硅化物材料4。覆盖金属材料第一金属层TiNiAg7，使用第二层掩膜版进行金属刻蚀；使用背面金属工艺，形成第二金属层 TiNiAg6。上述实施例仅用来例举本发明的实施样态，以及阐述本发明的技术特性，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求为准。
权利要求
1.一种肖特基_■极管，包括 第一导电类型半导体材料衬底及其表面的第一导电类型半导体材料漂移层； 所述漂移层其表面的部分区域被形成凹槽； 形成于所述漂移层中的第二导电类型半导体材料护圈，护圈位于凹槽的侧壁附近的所述漂移层中； 一种娃化物材料，形成于凹槽表面区域； 一种介电材料，覆盖于所述漂移层表面； 第一金属层，覆盖于所述娃化物材料及介电材料表面； 第二金属层，覆盖于所述第一导电类型半导体材料衬底底部表面。
2.根据权利要求I所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的第一导电类型漂移层，其表面的部分区域被形成凹槽，凹槽深度大约O. I微米到15微米，凹槽深度小于漂移层厚度。
3.根据权利要求I所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的第二导电类型护圈，从所述漂移层的表面向内延伸大约O. I微米到15微米。
4.根据权利要求I所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的凹槽的表面区域形成硅化物材料，具体的说，在凹槽底部及侧面的漂移层表面区域形成硅化物材料。
5.根据权利要求I所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的凹槽底部的硅化物材料的一部分区域的下面，不存在第二导电类型护圈。
6.根据权利要求I所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的介电材料位于漂移层非凹槽部分表面。
7.根据权利要求I所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的第一金属层覆盖于所述硅化物材料及介电材料上，与全部或者一部分硅化物材料的表面接触，同时所述的第一金属层与全部或者一部分介电材料接触。
8.—种如权利要求I所述肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 在提供的第一导电类型半导体材料衬底表面形成第一导电类型半导体材料漂移层； 在漂移层表面形成一层介电材料； 去除在待形成的凹槽表面的介电材料； 在裸露的第一导电类型半导体材料漂移层表面进行第二导电类型杂质掺杂及热处理； 去除待形成的凹槽表面的介电材料，进行半导体材料腐蚀形成凹槽； 再次进行热处理； 去除凹槽表面介电材料，在凹槽表面覆盖金属，进行烧结工艺在凹槽表面形成硅化物材料。
全文摘要
本发明涉及一种肖特基二极管及其制备方法。其包括第一导电类型衬底、第一导电类型外延层；第一导电类型外延层上表面部分区域被刻蚀，成凹槽形，刻蚀深度大约0.01微米到15微米。一个第二导电类型护圈，向第一导电类型外延层中延伸。在外延层上形成介电材料，并且介电材料的一部分被去除，以使护圈的一部分和外延层位于护圈内的一部分曝露出来。在外延层上表面曝露出来部分，即凹槽侧壁及底部上，形成导电材料，并且在第一导电类型衬底的底部形成与衬底相接触的导电材料。该发明的肖特基二极管，由于工艺制造形成该器件只需2层掩膜版，相比传统肖特基二极管制造技术的3层掩膜板，减少了掩模板数量，因此降低了制造成本，同时缩短了生产周期。并且，对于低压肖特基二极管，能有效降低其正向导通压降、导通电阻。
文档编号H01L29/06GK102769043SQ201110114210
公开日2012年11月7日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者胡佳贤 申请人:刘福香