一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片的制作方法

本实用新型涉及半导体芯片技术领域，尤其是涉及一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片。

背景技术：

碳化硅肖特基二极管作为高压电力电子器件，由于其反向恢复时间短，耐高压，能工作于高温条件下，使其广泛应用于充电桩，光伏电站、汽车电子等电路中。

由于碳化硅材料的限制，导致其杂质掺杂无法采用热扩散的方式进行，常规工艺必须使用离子注入工艺进行掺杂。所以目前碳化硅肖特基二极管芯片的制造方法为采用离子注入工艺在N型材料中注入P型杂质后，然后采用高温激活退火形成P型区域的保护环结构。这种工艺需要使用高能离子注入技术和高于1700℃的高温激活退火技术，成本高，工艺难度大，并且离子注入后形成的注入损伤造成器件可靠性低。上述问题造成目前碳化硅芯片价格高，应用不够广泛。

因此，如何提供一种不使用离子注入和高温激活退火工艺，且生产制造工艺较简单，成本较低，便于大批量生产的碳化硅肖特基二极管芯片是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片。

为解决上述的技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片，包括背面层状金属电极、正面层状金属电极、衬底、外延层一、P型保护环、肖特基金属层、环状钝化层以及环状聚酰亚胺膜；

所述背面层状金属电极、衬底以及外延层一从下往上依次叠加，所述衬底的上表面上设置有外延层一，所述衬底的下表面上淀积设置有所述背面层状金属电极；

所述P型保护环设置在所述外延层一的上表面上，所述P型保护环位于所述外延层一的外部；

所述外延层一的且位于所述P型保护环的环内的上表面上淀积设置有所述肖特基金属层，所述肖特基金属层与所述P型保护环的内侧向环面接触；

所述环状钝化层设置在所述外延层一的上表面上且所述环状钝化层的下环状表面的内圈遮盖所述P型保护环的上环状表面的外圈；

所述正面层状金属电极覆盖着所述肖特基金属层的上表面以及所述P型保护环的上环状表面的内圈；

所述环状聚酰亚胺膜覆盖着所述正面层状金属电极与所述钝化层的对接缝处。

优选的，所述正面层状金属电极为Al金属层或Au金属层。

优选的，所述背面层状金属电极包括从上到下依次叠加的欧姆接触层、Ni金属层与Ag金属层，所述欧姆接触层为金属镍层，厚度为200nm到300nm。

优选的，所述环状钝化层为二氧化硅层、氮化硅层或二氧化硅与氮化硅的混合物层。

优选的，所述肖特基金属层为肖特基金属钼层。

本申请提供了一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片，包括背面层状金属电极、正面层状金属电极、衬底、外延层一、P型保护环、肖特基金属层、环状钝化层以及环状聚酰亚胺膜；本实用新型通过先在衬底上生长一层N型碳化硅材料的外延层一，然后在外延层一上再生长一层P型碳化硅材料的外延层二，然后通过先光刻再刻蚀的方法将所述外延层二的未被光刻胶环所覆盖的部分全部给刻蚀除去，仅留下被所述光刻胶环覆盖的部分，然后去除光刻胶环，完成后制得P型保护环；从而实现了在不使用成本高的高能离子注入和高温激活退火工艺的情况下在碳化硅肖特基二极管芯片中制得了P型保护环，具有操作简单，生产效率高，可靠性好，成本低，同时避免了离子注入产生的缺陷，产品可靠性高，适用于各种型号的碳化硅肖特基二极管芯片的生产。

附图说明

图1为本实用新型的实施例提供的一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片的结构示意图；

图2为图1中的低成本碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法中的步骤1)完成后制得的加工中间件的结构示意图；

图3为图1中的低成本碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法中的步骤2)完成后制得的加工中间件的结构示意图。

图中：1背面层状金属电极，2正面层状金属电极，3衬底，4外延层一，5P型保护环，6肖特基金属层，7环状钝化层，8环状聚酰亚胺膜，9外延层二。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征的正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1-3，图1为本实用新型的实施例提供的一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片的结构示意图；图2为图1中的低成本碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法中的步骤1)完成后制得的加工中间件的结构示意图；图3为图1中的低成本碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法中的步骤2)完成后制得的加工中间件的结构示意图。

本申请提供了一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片，包括背面层状金属电极1、正面层状金属电极2、衬底3、外延层一4、P型保护环5、肖特基金属层6、环状钝化层7以及环状聚酰亚胺膜8；

所述背面层状金属电极1、衬底3以及外延层一4从下往上依次叠加，所述衬底3的上表面上设置有外延层一4，所述衬底3的下表面上淀积设置有所述背面层状金属电极1；

所述P型保护环5设置在所述外延层一4的上表面上，所述P型保护环5位于所述外延层一4的外部；

所述外延层一4的且位于所述P型保护环5的环内的上表面上淀积设置有所述肖特基金属层6，所述肖特基金属层6与所述P型保护环5的内侧向环面接触；

所述环状钝化层7设置在所述外延层一4的上表面上且所述环状钝化层7的下环状表面的内圈遮盖所述P型保护环5的上环状表面的外圈；

所述正面层状金属电极2覆盖着所述肖特基金属层6的上表面以及所述P型保护环5的上环状表面的内圈；

所述环状聚酰亚胺膜8覆盖着所述正面层状金属电极2与所述钝化层的对接缝处。

在本申请的一个实施例中，所述正面层状金属电极2为Al金属层或Au金属层。

在本申请的一个实施例中，所述背面层状金属电极1包括从上到下依次叠加的欧姆接触层、Ni金属层与Ag金属层，所述欧姆接触层为金属镍层，厚度为200nm到300nm。

在本申请的一个实施例中，所述环状钝化层7为二氧化硅层、氮化硅层或二氧化硅与氮化硅的混合物层。

在本申请的一个实施例中，所述肖特基金属层6为肖特基金属钼层。

本申请还提供了一种上述的一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)N型碳化硅衬底3上生长外延层一4与外延层二9：衬底3为N型碳化硅材料，在所述衬底3的上表面上生长出外延层一4，然后再在所述外延层一4的上表面上生长出外延层二9，完成后制得加工中间件；

所述外延层一4的材质为N型碳化硅材料，所述外延层二9的材质为P型碳化硅材料；

2)P型保护环5：首先在所述外延层二9的上表面上涂覆光刻胶，然后使用掩膜板光刻出与P型保护环5尺寸相同的光刻胶环，然后将所述外延层二9的未被光刻胶环所覆盖的部分全部给刻蚀除去，仅留下被所述光刻胶环覆盖的部分，然后去除光刻胶环，完成后制得P型保护环5；

3)处理刻蚀后的表面：在步骤2)完成后制得的加工中间件的上表面处热氧化出一层二氧化硅薄膜，然后使用氢氟酸溶液把二氧化硅薄膜腐蚀去除；

4)淀积钝化层：在步骤3)完成后制得的加工中间件的上表面上淀积钝化层，然后再先光刻再刻蚀所述钝化层制得环状钝化层7以刻蚀出用于制作肖特基结的窗口；

5)溅射肖特基金属势垒：向步骤4)制得的窗口中溅射肖特基金属，然后在氮气和氢气氛围中进行退火，退火后去除表面未反应的肖特基金属，形成肖特基金属层6；

6)淀积正面层状金属电极2：在步骤5)的退火后制得的加工中间件的上表面上淀积金属，然后再先光刻再刻蚀以将正面淀积金属的外围一圈刻蚀去掉露出环状钝化层7，完成后形成正面层状金属电极2；

7)淀积背面层状金属电极1：在步骤6)完成后制得的加工中间件的背面上淀积金属，形成背面层状金属电极1；

8)涂覆聚酰亚胺膜：在步骤7)完成后制得的加工中间件的上表面上涂覆聚酰亚胺膜，完成后制得所述碳化硅肖特基二极管芯片。

在本申请的一个实施例中，步骤2)中，采用等离子刻蚀方法刻蚀外延层二9,通入一定比例的O2、SF2以及C4F气体刻蚀外延层二9。

在本申请的一个实施例中，步骤3)中，在800℃～1200℃下热氧化出一层二氧化硅薄膜。

本申请提供了一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片，包括背面层状金属电极1、正面层状金属电极2、衬底3、外延层一4、P型保护环5、肖特基金属层6、环状钝化层7以及环状聚酰亚胺膜8；本申请还提供了一种低成本碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法；

本实用新型通过先在衬底3上生长一层N型碳化硅材料的外延层一4，然后在外延层一4上再生长一层P型碳化硅材料的外延层二9，然后通过先光刻再刻蚀的方法将所述外延层二9的未被光刻胶环所覆盖的部分全部给刻蚀除去，仅留下被所述光刻胶环覆盖的部分，然后去除光刻胶环，完成后制得P型保护环5；从而实现了在不使用成本高的高能离子注入和高温激活退火工艺的情况下在碳化硅肖特基二极管芯片中制得了P型保护环5，具有操作简单，生产效率高，可靠性好，成本低，同时避免了离子注入产生的缺陷，产品可靠性高，适用于各种型号的碳化硅肖特基二极管芯片的生产。

本实用新型未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。

本文中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。