一种中高压肖特基二极管芯片结构及其制备方法与流程

本发明属于半导体器件，具体涉及一种中高压肖特基二极管芯片结构及其制备方法。

背景技术：

1、中高压肖特基二极管芯片是—种特殊的二极管芯片，具有较高的耐压能力。肖特基二极管是—种由金属和半导体材料构成的二极管，其特点是具有较高的开关速度、低反向漏电流和较低的正向压降。而中高压肖特基二极管芯片则特指可承受中高电压的肖特基二极管。

2、中高压肖特基二极管芯片广泛应用于电源管理、电力转换、驱动控制等领域。其高耐压能力使得它能够承受较高的电压，同时其快速开关特性也使得其在高频电路中表现出色。此外，中高压肖特基二极管芯片还具有低反向漏电流和低热发射特性，从而减少了功耗和热量损失。

3、肖特基二极管芯片主要结构一般由p型半导体区域、n形半导体区域、肖特基势垒和金属电极部分组成，此种结构使得肖特基二极管芯片具有特性性能，如快速开关速度、低反向漏电流和较低的正向压降等。

4、目前所使用的肖特基二极管芯片上的金属层一般为单层金属结构，部分会采用多层不同材质的金属材质，用于提升芯片的性能；如专利号为：cn202210427309.3，一种功率模组肖特基二极管芯片结构及制备方法，该芯片结构上的金属层采用了钛镍银三种材质，虽能有效地阻挡了各金属与硅化物等之间的互扩，大大提高了器件的抗疲劳性能，但是钛镍银常用于具有高频影响要求的芯片上，可以在高频范围内提供低电阻，减少信号衰减，若应用在高功率、高温环境和高稳定性的工作环境下，则势垒结构势必会受到钛镍银材质影响造成反向电流不稳，而且芯片的运行速率、性能和寿命都会受到影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种中高压肖特基二极管芯片结构及其制备方法及其使用方法，它能够在高功率、高温的环境下稳定运行，同时可以实现对肖特基势垒的形状和高度进行调控，优化其性能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种中高压肖特基二极管芯片结构，包括衬底和金属层，所述金属层位于衬底下表面，所述衬底上表面从下至上依次设置有外延层一和外延层二，所述外延层二上表面设置有钝化层，且所述钝化层为开口，所述外延层二上表面位于钝化层开口处设置有势垒结构；

3、所述钝化层开口处还设置有金属电板和外金属层；

4、所述金属层还包括铝金属层、金金属层和铂金属层，所述铝金属层、金金属层和铂金属层从上至下依次排列。

5、优选的，所述钝化层开口处位于势垒结构上侧设置有p型保护环，所述p型保护环内圈设置有n型离子层。

6、优选的，所述n型离子层与金属电板之间设置有肖特基金属pt界面。

7、优选的，所述外延层二上表面设置有若干个微孔，所述势垒结构与微孔对应。

8、优选的，所述势垒结构材质采用硅、砷化镓和碳化硅中的任意一种。

9、优选的，所述n型离子层材质为砷化镓或硅，所述p型保护环材质为砷化镓或碳化硅。

10、优选的，所述金属电板和外金属层的材质采用铝、铜、铂、钼和钛中的任意一种。

11、优选的，所述钝化层开口位置截面为t形状，所述钝化层开口处为阶梯式分布。

12、一种中高压肖特基二极管芯片结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

13、s1：选取材料，根据设计要求选取和设备所需的半导体材料、金属电极材料和硅；

14、先将硅材料按照设定尺寸进行切割，并对切割后的硅材料进行抛光、清洗、氧化和掺杂后，获得硅材料衬底；

15、s2：接着通过化学手段向衬底中依次掺杂n型和p型材质，将p型半导体材料进行一次光刻形成开口，获得外延层一和外延层二；

16、再将其暴露在阳极氧化进行染料处理，使其表面发生氧化反应，形成细微孔洞，染料填充孔洞，获得p型染料阵列；

17、s3：将外延层二进行彻底清洗，并采用加热处理方式在其表明形成氧化层，采用化学气相沉积的方式在外延层二表面形成一层薄膜，并在薄膜上注入钝化材料，形成钝化层；

18、s4：制备掩膜并对光刻胶进行二次光刻，随后曝光，使得光刻胶形成设定图案，并采用化学腐蚀工艺将金属电极剥离；

19、其中，将暴露在光刻胶上的部分进行刻蚀，再利用热处理去除应力，以形成势垒结构；

20、s5：对正面金属电极进行三次光刻，并采用合金化处理加深半导体与金属材料之间的结合力，去除表面氧化层；

21、依次在n型离子层上表面注入p型保护环、金属电板和外金属层，经冷却氧化后，获得芯片成品。

22、与现有技术相比，本发明的优点在于：

23、1、本发明采用铝金铂材质作为金属层，一方面可以增加半导体与衬底之间的良好接触，确保信号的有效传递和低电阻连接，由于金属层与衬底材料之间形成稳定接触连接，进而降低接触电阻并提升电流传输能力；另一方面利用金属层良好的导电性，可以降低电阻并减少能量损耗，提升芯片的运行效率和性能。

24、2、本发明通过改善金属层材质，能够提供更好的热稳定性，并可以帮助分散和传递器件中产生的热量，有效减少热效应对器件性能和可靠性的影响，进一步提高芯片的工作稳定性；另外，通过改善金属层，便于改变势垒结构的形状和高度，从而对器件的正向特性和反向特性产生影响，并优化其性能。

25、3、本发明通过设置外延层一和外延层二的双层设计，可以通过不同材料的选择和结合，优化芯片的势垒特性；并且双层外延层结构可以实现制备过程中的成本优化和效率优势，相对于采用单层结构，双层结构能够灵活的选择和组合不同材料，更好的控制制备过程的复杂度和成本。

技术特征：

1.一种中高压肖特基二极管芯片结构，其特征在于：包括衬底（1）和金属层（2），所述金属层（2）位于衬底（1）下表面，所述衬底（1）上表面从下至上依次设置有外延层一（6）和外延层二（7），所述外延层二（7）上表面设置有钝化层（8），且所述钝化层（8）为开口，所述外延层二（7）上表面位于钝化层（8）开口处设置有势垒结构（9）；

2.根据权利要求1所述的一种中高压肖特基二极管芯片结构，其特征在于：所述钝化层（8）开口处位于势垒结构（9）上侧设置有p型保护环（11），所述p型保护环（11）内圈设置有n型离子层（10）。

3.根据权利要求2所述的一种中高压肖特基二极管芯片结构，其特征在于：所述n型离子层（10）与金属电板（13）之间设置有肖特基金属pt界面（12）。

4.根据权利要求1所述的一种中高压肖特基二极管芯片结构，其特征在于：所述外延层二（7）上表面设置有若干个微孔（15），所述势垒结构（9）与微孔（15）对应。

5.根据权利要求1所述的一种中高压肖特基二极管芯片结构，其特征在于：所述势垒结构（9）材质采用硅、砷化镓和碳化硅中的任意一种。

6.根据权利要求2所述的一种中高压肖特基二极管芯片结构，其特征在于：所述n型离子层（10）材质为砷化镓或硅，所述p型保护环（11）材质为砷化镓或碳化硅。

7.根据权利要求1所述的一种中高压肖特基二极管芯片结构，其特征在于：所述金属电板（13）和外金属层（14）的材质采用铝、铜、铂、钼和钛中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种中高压肖特基二极管芯片结构，其特征在于：所述钝化层（8）开口位置截面为t形状，所述钝化层（8）开口处为阶梯式分布。

9.一种中高压肖特基二极管芯片结构的制备方法，其特征在于：用于制备如权利1-8任意一项所述的中高压肖特基二极管芯片结构，所述制备方法包括以下步骤：

技术总结
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种中高压肖特基二极管芯片结构其制备方法，包括衬底和金属层，所述金属层位于衬底下表面，所述衬底上表面从下至上依次设置有外延层一和外延层二，所述外延层二上表面设置有钝化层，且所述钝化层为开口，所述外延层二上表面位于钝化层开口处设置有势垒结构；所述钝化层开口处还设置有金属电板和外金属层；所述金属层还包括铝金属层、金金属层和铂金属层，所述钝化层开口处位于势垒结构上侧设置有P型保护环，所述P型保护环内圈设置有N型离子层。本发明能够在高功率、高温的环境下稳定运行，同时可以实现对肖特基势垒的形状和高度进行调控，优化其性能。

技术研发人员：黄昌民,张志奇,黄富强,陈小金
受保护的技术使用者：无锡昌德微电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15