專利名稱：碳化硅肖特基勢(shì)壘二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及1999年12月7日提交的序號(hào)為09/455,663的美國專利申請(qǐng)，其在此引入作為參考。
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種形成于碳化硅基底上的肖特基勢(shì)壘二極管。
眾所周知，碳化硅(SiC)為一種用于制作如肖特基勢(shì)壘整流器和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管之類的裝置的優(yōu)良基底材料。SiC的屬性通常被認(rèn)為理想適用于高壓應(yīng)用中，因?yàn)槠洚a(chǎn)生低開態(tài)電阻和大約小于2納秒的低反向恢復(fù)時(shí)間。如申請(qǐng)書‘627中所述，本發(fā)明人的先前工作已經(jīng)公開了邊緣末端和表面鈍化處理改進(jìn)了半導(dǎo)體裝置的堅(jiān)固度。這種公開于專利申請(qǐng)書‘627中的制作方法以及其它以前的方法需要使用多次光刻和精確的掩模對(duì)準(zhǔn)來產(chǎn)生可靠的裝置。公開于專利中請(qǐng)書‘627中的發(fā)明涉及三步光刻和兩步對(duì)準(zhǔn)，能夠產(chǎn)生改進(jìn)的產(chǎn)品，但是需要昂貴的過程。另外，對(duì)準(zhǔn)步驟必須在較舊的制作設(shè)施上通常沒有的現(xiàn)代化設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供了一種更為簡(jiǎn)單的制作過程，其能夠在較不高級(jí)的設(shè)備上完成，而具有相同或者更高的性能特征。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種肖特基勢(shì)壘二極管以及一種具有最少工序的制作方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種無需多次光刻步驟或掩模對(duì)準(zhǔn)的用于制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法。
這些及其它目的通過以下對(duì)本發(fā)明的描述將變得更加清楚。
本發(fā)明提供了一種經(jīng)過改進(jìn)并且更加有效的用于制作SiC肖特基二極管的方法。這種制作方法涉及將一個(gè)掩模施加于一SiC晶片的表面上。通常，晶片表面被一氧化物層鈍化，該氧化物層必須在金屬沉積之前在掩模的開口區(qū)域中蝕刻掉。一金屬層或者金屬層疊沉積于晶片表面上并且將掩模除去，與掩模一起抬起金屬而在晶片的氧化物蝕刻的開口區(qū)域中留下金屬接觸部分。使用惰性離子的離子注入法在晶片表面上鄰近金屬接觸部分的位置處形成邊緣末端以便改進(jìn)二極管性能。任選地，可以沉積一第二氧化物層并且蝕刻至金屬接觸部分的層面之下。
現(xiàn)在將參照附圖對(duì)一種現(xiàn)有的肖特基勢(shì)壘二極管和本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述，其中

圖1為一種根據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)專利申請(qǐng)書形成的肖特基勢(shì)壘二極管的示意圖。
圖2A-2H為根據(jù)本發(fā)明在將SiC晶片形成于一肖特基勢(shì)壘二極管中時(shí)各個(gè)連續(xù)步驟中的SiC晶片的示意圖。
圖1中示出了一種根據(jù)先前提交的專利申請(qǐng)書No.09/700,627的過程所形成的肖特基勢(shì)壘二極管，在此引入作為參考。例如具有金屬接觸部分并且優(yōu)選由鈦形成的歐姆接觸層18和肖特基整流接觸部分14沉積和結(jié)合于SiC晶片10上。一離子注入邊緣末端區(qū)域16優(yōu)選地利用惰性氣體離子，例如氬，而形成于SiC晶片10中鄰近肖特基接觸部分14的邊緣的位置處。一低溫氧化物鈍化層12隨后沉積于晶片10上鄰近肖特基接觸部分14的位置處。盡管認(rèn)為這樣制作的肖特基勢(shì)壘二極管具有所需屬性以按照所需起作用，但是制造過程涉及三個(gè)需要使用現(xiàn)代化設(shè)備的光刻掩蔽步驟以便形成接觸部分14、氧化物層12以及邊緣末端16。第二和第三掩模應(yīng)用需要兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)步驟，因而這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)錢。
在圖2A-2H中順序示出了根據(jù)本發(fā)明的過程。盡管未示出歐姆輔助接觸部分，但本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚這種接觸部分提供于晶片10的相對(duì)表面上。這個(gè)過程在半導(dǎo)體晶片的表面上提供了一簡(jiǎn)潔的電接觸區(qū)域以便用于電能傳輸控制功能，下文中將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的這個(gè)過程還為裝置提供了表面鈍化和邊緣末端處理。將掩蔽材料施加于表面上以便確定化學(xué)活性的基本操作在本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知。然而，只用一個(gè)掩蔽步驟就能形成一經(jīng)過表面鈍化和邊緣末端處理的肖特基勢(shì)壘二極管是對(duì)現(xiàn)有方法的一種顯著改進(jìn)。
圖2A示出了一SiC晶片20，一絕緣層，例如低溫氧化物層22形成于其上表面上。氧化物層22通常為在不高于450℃，在優(yōu)選實(shí)施例中位于410℃范圍內(nèi)的溫度下沉積而成的二氧化硅。根據(jù)本發(fā)明，層22比較薄，厚度T約為500埃。氧化物層22另外也可以通過本領(lǐng)域中眾所周知的各種熱氧化方法在SiC晶片20上生長(zhǎng)而成。氧化物層22用作表面鈍化劑絕緣體，其將按照選定圖案進(jìn)行蝕刻。作為本發(fā)明的另一種變型，SiC晶片20可以形成一肖特基勢(shì)壘二極管而無需形成任意的絕緣表面層，在這種情況下不進(jìn)行關(guān)于圖2C所述的蝕刻步驟。
連續(xù)的圖2B-2H各示出了本發(fā)明的過程中的前面的步驟之后的下一步驟?，F(xiàn)在參看圖2B，掩模26置于氧化層22上。掩模26在圖中標(biāo)為掩模部分26a、26b和26c以便顯示該窗口24限定了用于容許在基底表面的選定部分中沉積所需材料的開口。通常開口24的寬度W大于大約100微米。掩模可以通過諸如帶圖案的膠帶、光刻或金屬掩蔽等方法形成，優(yōu)選光刻方法。
現(xiàn)在參看圖2C，氧化物層22在掩模窗口24的區(qū)域中進(jìn)行蝕刻以便除去氧化物并露出SiC晶片20的表面的選定部分。掩模26通過這個(gè)步驟及隨后的步驟保持就位。氧化物層22現(xiàn)在被標(biāo)為分離的部分22a、22h和22c。根據(jù)所要沉積的金屬的性質(zhì)，現(xiàn)在就可以對(duì)SiC晶片20的蝕刻表面進(jìn)行附加處理，例如使用溶劑、酸或腐蝕性化合物進(jìn)行清潔或者進(jìn)行表面蝕刻或者進(jìn)行離子注入。然而，如果使用不帶氧化物層的SiC晶片20，這個(gè)步驟可以跳過。
圖2D示出了已經(jīng)沉積了金屬之后的SiC晶片20，通常在一個(gè)或多個(gè)層中通過蒸發(fā)裝置進(jìn)行沉積以形成金屬沉積部分30。多層金屬沉積，稱作金屬沉積疊，可為相同金屬或不同金屬，例如鈦、鎳和銀。然而，由于金屬沉積部分30不如掩模26厚，金屬沉積部分26將會(huì)形成不連續(xù)的部分，標(biāo)為30a-30e。只有位于掩模窗口24內(nèi)的金屬沉積部分30b和30d與SiC晶片20的表面相接觸。
隨后，在圖2E中所示的工序中，掩模26已與金屬沉積部分30a、30c和30e(參看圖2D)一起除去。剩余的金屬沉積部分30b和30d的高度H大于氧化物層22的厚度T。在這個(gè)階段，在已進(jìn)行了將一個(gè)掩模26施加于氧化物層22上、蝕刻氧化物層22、形成金屬沉積部分30、以及一起除去掩模26以及覆蓋的金屬這些步驟之后，就已完成了一種實(shí)用的肖特基勢(shì)壘二極管。通過使用單個(gè)掩模，就可以無需對(duì)準(zhǔn)隨后的掩模，而現(xiàn)有方法中就需要如此。此外，省去了提供、應(yīng)用和除去多個(gè)掩模的僅有步驟。
為了進(jìn)一步改進(jìn)肖特基二極管的性能特征，如圖2F中所示的附加步驟用來形成一邊緣末端層32，例如通過惰性離子，優(yōu)選氬離子的離子注入方法進(jìn)行。所形成的邊緣末端層32用于在鄰近每個(gè)金屬沉積部分30b和30d的位置處沿側(cè)向延伸耗盡層，從而有效地降低電場(chǎng)擁塞。離子注入優(yōu)選地以高劑量，即大于1×1015每平方厘米的劑量，和低能量，即接近20千電子伏特的能量，來完成。注入過程優(yōu)選地基本垂直于SiC晶片20的表面或者偏離垂直方向很小的角度進(jìn)行，以便與金屬部分30b和30d形成尖銳的邊界。應(yīng)當(dāng)指出，在這么小角度的離子注入過程中，離子的最低限度的側(cè)向擴(kuò)散將會(huì)保持尖銳的邊界。邊界末端32在這個(gè)階段中標(biāo)為段32a、32b和32c，其存在于沒有金屬的位置處，也稱作自對(duì)準(zhǔn)離子注入。
在特定的環(huán)境和特定的工作條件中，需要提供對(duì)刮痕及其它類型的表面損壞的防護(hù)作用得以改進(jìn)的半導(dǎo)體裝置，例如肖特基勢(shì)壘二極管?？梢赃M(jìn)行第二鈍化處理，形成另一氧化物層36以便覆蓋著金屬沉積部分30和第一氧化物層22，如圖2G中所示。圖2H中所示的最后工序?yàn)槲g刻或者除去氧化物層36的表面以便使金屬沉積部分30b和30d的表面露出。當(dāng)采用化學(xué)蝕刻時(shí)，氧化物層36的中間部分將會(huì)稍微蝕刻至金屬沉積部分30b和30d的表面之下，如圖中所示。在這種形式中，與金屬部分30b和30d的接觸可靠性得以優(yōu)化。現(xiàn)在，通過涉及單掩模的制作過程，勢(shì)壘二極管就得以完成。通過從SiC晶片和封裝上分離，就可以完成制作過程。
盡管本發(fā)明相對(duì)于其特定實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以做出各種改動(dòng)和變型，其通過參閱所附的權(quán)利要求將會(huì)得到更清楚的理解。
權(quán)利要求
1.一種用于在SiC晶片上制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法，包括以下步驟(a)將一個(gè)具有窗口的掩模安放于SiC晶片的表面上；(b)將導(dǎo)電材料沉積于掩模和晶片表面的露出部分上；(c)剝落掩模以便留下沉積于晶片表面的部分上的導(dǎo)電材料；以及(d)將一邊緣末端層注入晶片至其表面下方但是不在導(dǎo)電材料下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在SiC晶片上制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法，還包括以下步驟(a)在安放掩模之前，在晶片的表面上形成一絕緣層；(b)將掩模施加于絕緣層上；以及(c)在沉積導(dǎo)電材料之前，蝕刻掉位于窗口內(nèi)的絕緣層部分以便使位于其下方的SiC晶片露出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法，還包括對(duì)SiC晶片表面的露出部分應(yīng)用一種處理的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法其特征在于，形成絕緣層的步驟包括形成一氧化物層。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法，其特征在于，注入邊緣末端層的步驟包括注入惰性離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法，其特征在于，惰性離子包括氬離子。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法，還包括在導(dǎo)電材料和晶片上沉積一鈍化層并且除去覆蓋著導(dǎo)電材料的鈍化層部分的步驟。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于制作肖特基勢(shì)壘二極管的方法，其特征在于，導(dǎo)電材料為一種金屬。
9.一種肖特基勢(shì)壘二極管，包括(a)一個(gè)具有一第一表面的SiC晶片；(b)一個(gè)形成于第一表面的一部分上的導(dǎo)電層；以及(c)一個(gè)邊緣末端層，該邊緣末端層注入晶片中以便位于不在導(dǎo)電層之下的第一表面的一部分的下方。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的肖特基勢(shì)壘二極管，還包括一個(gè)形成于不在導(dǎo)電層下方的第一表面的部分上的絕緣層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，絕緣層為一低溫氧化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，絕緣層為熱生長(zhǎng)氧化物。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，絕緣層(22)為二氧化硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，導(dǎo)電層由金屬形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，金屬為鈦。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，導(dǎo)電層的厚度大于絕緣層的厚度。
全文摘要
公開了一種肖特基勢(shì)壘二極管及其制造過程。這種過程在碳化硅晶片上的掩蔽區(qū)域中形成一金屬接觸圖案。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)在掩模的窗口中蝕刻的絕緣層。一個(gè)惰性邊緣末端在氧化層下方鄰近金屬接觸部分的位置處注入晶片中以便改進(jìn)可靠性。還可以加入另一個(gè)氧化物層以便改進(jìn)表面對(duì)物理損壞的抵抗力。
文檔編號(hào)H01L29/47GK1522471SQ02813193
公開日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月28日
發(fā)明者D·阿洛克, D 阿洛克 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司