本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造領(lǐng)域，尤其涉及一種超結(jié)二極管及其制造方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，功率二極管逐漸成為了電路系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。功率二極管正逐步朝著兩個重要方向發(fā)展：1.超大電流，可應(yīng)用于高溫電弧風(fēng)洞、電阻焊機(jī)等場合；2.超快、超耐用，不僅應(yīng)用于整流場合，且應(yīng)用于各種開關(guān)電路。為了滿足低功耗、高頻、高溫、小型化等應(yīng)用要求，消費者對功率二極管的耐壓性、導(dǎo)通電阻、開啟壓降、反向恢復(fù)、耐高溫等性能要求越來越高。肖特基二極管由于其低開啟壓降、高正向?qū)娏骱涂焖俜聪蚧謴?fù)特性，受到了非常廣泛的應(yīng)用，然而肖特基二極管的反向勢壘較低，容易發(fā)生擊穿，存在耐壓性差與漏電流大的缺點。

為了避免肖特基二極管的缺陷，實際應(yīng)用的反向電壓都比額定值小很多，或者通過采用寬帶半導(dǎo)體材料如碳化硅作為肖特基二極管的材料，來克服肖特基二極管的缺陷。然而碳化硅材料和碳化硅肖特基二極管的制作成本都非常高，因而限制了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種超結(jié)二極管及其制造方法，以解決肖特基二極管耐壓性差與漏電流大的問題。

本發(fā)明實施例一方面提供了一種超結(jié)二極管的制造方法，包括：

在硅襯底層上依次形成超結(jié)結(jié)構(gòu)層和絕緣層，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)層至少包括一個交替設(shè)置的P型柱和N型柱；

刻蝕僅位于所述P型柱上的絕緣層形成歐姆接觸窗口，在所述歐姆接觸窗 口內(nèi)填充第一金屬層，形成歐姆接觸；

刻蝕僅位于所述N型柱上的絕緣層形成肖特基接觸窗口，在所述肖特基接觸窗口內(nèi)填充第二金屬層，形成肖特基接觸；

所述第一金屬層與所述第二金屬層間設(shè)置有刻蝕后的所述絕緣層。

較佳地，所述絕緣層為氧化硅層，通過熱氧化工藝在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)層上形成所述絕緣層。

較佳地，所述形成歐姆接觸和肖特基接觸，具體為：對所述第一金屬層進(jìn)行第一次熱退火工藝，所述第一金屬層和所述P型柱形成歐姆接觸；對所述第二金屬層進(jìn)行第二次熱退火工藝，所述第二金屬層和所述N型柱形成肖特基接觸；所述第一次退火溫度大于所述第二次退火溫度。

較佳地，所述P型柱和所述N型柱寬度相等，所述P型柱的外延雜質(zhì)濃度大于所述N型柱的外延雜質(zhì)濃度。

較佳地，所述歐姆接觸窗口和所述肖特基接觸窗口通過使用光刻膠作為掩膜干法刻蝕形成。

本發(fā)明實施例另一方面還提供了一種超結(jié)二極管，所述超結(jié)二極管至少包括：設(shè)置在硅襯底層上的超結(jié)結(jié)構(gòu)層，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)層至少包括一個交替設(shè)置的P型柱和N型柱；

設(shè)置在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)層上的絕緣層、第一金屬層和第二金屬層；

所述第一金屬層僅位于所述P型柱上，與所述P型柱形成歐姆接觸；

所述第二金屬層僅位于所述N型柱上，與所述N型柱形成肖特基接觸；

所述絕緣層位于所述第一金屬層和所述第二金屬層之間。

較佳地，所述P型柱的寬度和所述N型柱的寬度相等。

較佳地，所述P型柱的外延雜質(zhì)濃度必須大于所述N型柱的外延雜質(zhì)濃度。

較佳地，所述絕緣層為氧化硅層，所述氧化硅層的厚度為1微米～2微米。

本發(fā)明實施例通過形成超結(jié)結(jié)構(gòu)的二極管，在P型柱上形成歐姆接觸，在N型柱上形成肖特基接觸。當(dāng)二極管正向工作，在外加電壓較低時，由于在N 型柱上形成肖特基接觸，因此N型柱上具有較低的肖特基勢壘，電流通過N型柱流向襯底，壓降小，開啟速度快；隨著電壓升高，由于在P型柱上形成歐姆接觸，P型柱進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，電流同時通過P型柱和N型柱，可以有效地增大導(dǎo)通電流，降低導(dǎo)通電阻。當(dāng)二極管反向工作，超結(jié)結(jié)構(gòu)的P型柱和N型柱耗盡層展開，提高了耐壓，減小了漏電，有效地保護(hù)了二極管。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的P型柱和N型柱都能夠?qū)?，芯片面積利用率高，有降低了二極管的正向阻抗和反向漏電流，同時提高了器件的耐壓性、增大了器件的導(dǎo)通電流。該方法制作簡單且成本較低，有效改善了肖特基二極管的性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中超結(jié)二極管制作工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中超結(jié)二極管制作過程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部份實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明實施例中超結(jié)二極管制作工藝流程圖。包括：

步驟101，在硅襯底層上依次形成超結(jié)結(jié)構(gòu)層和絕緣層，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)層至少包括一個交替設(shè)置的P型柱和N型柱；

步驟102，刻蝕僅位于所述P型柱上的絕緣層形成歐姆接觸窗口，在所述 歐姆接觸窗口內(nèi)填充第一金屬層，形成歐姆接觸；

步驟103，刻蝕僅位于所述N型柱上的絕緣層形成肖特基接觸窗口，在所述肖特基接觸窗口內(nèi)填充第二金屬層，形成肖特基接觸；所述第一金屬層與所述第二金屬層間設(shè)置有刻蝕后的絕緣層。

本發(fā)明提供的超結(jié)二極管制作方法，采用超結(jié)結(jié)構(gòu)，并且在超結(jié)結(jié)構(gòu)的P型柱上形成歐姆接觸，N型柱上形成肖特基接觸。通過超結(jié)結(jié)構(gòu)，有效提高了二極管的反向擊穿電壓，減小了反向漏電流。通過肖特基接觸和歐姆接觸，有效降低了二極管的導(dǎo)通電壓和正向阻抗。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的P型柱和N型柱都能夠?qū)?，芯片面積利用率高，有效提高了器件的性能。

進(jìn)一步地，步驟101中所述絕緣層為氧化硅層，通過熱氧化工藝在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)層上形成所述絕緣層。所述絕緣層可以增加器件的反向擊穿電壓；當(dāng)二極管反向工作，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的P型柱和N型柱耗盡層展開，提高了耐壓，減小了漏電，有效地保護(hù)了二極管。

進(jìn)一步地，步驟102和步驟103中形成的歐姆接觸和肖特基接觸，具體為：對所述第一金屬層進(jìn)行第一次熱退火工藝，所述第一金屬層和所述P型柱形成歐姆接觸；對所述第二金屬層進(jìn)行第二次熱退火工藝，所述第二金屬層和所述N型柱形成肖特基接觸。第一次退火溫度大于第二次退火溫度。根據(jù)所選第一金屬層和第二金屬層的材料，確定適合的退火溫度。為了形成歐姆接觸，通常第一次退火溫度不超過1100℃；為了形成肖特基接觸，通常第二次退火溫度不超過500℃。

進(jìn)一步地，所述P型柱和所述N型柱寬度相等。為了使得P型柱在正向電壓增大的時候能夠?qū)?，且在反向電壓的時候能夠與N型柱相互耗盡，將P型柱和N型柱寬度設(shè)備為相等，使得芯片利用率得到提高，器件的正向和反向性能都得到改善。

進(jìn)一步地，所述P型柱的外延雜質(zhì)濃度大于所述N型柱的外延雜質(zhì)濃度。以使得P型柱和第一金屬層間產(chǎn)生低的勢壘高度，保證在P型柱上能夠形成良 好的歐姆接觸。

進(jìn)一步地，所述歐姆接觸窗口和所述肖特基接觸窗口通過使用光刻膠作為掩膜干法刻蝕形成。

進(jìn)一步地，所述絕緣層的厚度為1微米～2微米。既保證了器件的正向?qū)ㄐ阅?，同時增加器件的反向擊穿電壓。

根據(jù)本發(fā)明實施例提供的方法，相應(yīng)的，本發(fā)明實施例還提供了一種超結(jié)二極管，至少包括：

設(shè)置在硅襯底層上的超結(jié)結(jié)構(gòu)層，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)層至少包括一個交替設(shè)置的P型柱和N型柱；設(shè)置在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)層上的絕緣層、第一金屬層和第二金屬層；所述第一金屬層僅位于所述P型柱上，與所述P型柱形成歐姆接觸；所述第二金屬層僅位于所述N型柱上，與所述N型柱形成肖特基接觸；所述絕緣層位于所述第一金屬層和所述第二金屬層之間。此超結(jié)二極管通過設(shè)置超結(jié)結(jié)構(gòu)和形成歐姆接觸、肖特基接觸，減小了器件的正向阻抗和反向漏電流，提高了器件的耐壓性、增大了導(dǎo)通電流。

具體地，如圖2中的F所示，此超結(jié)二極管在硅襯底層201表面形多個P型柱202與N型柱203的超結(jié)結(jié)構(gòu)層，超結(jié)結(jié)構(gòu)層上設(shè)置有絕緣層204、第一金屬層206和第二金屬層208。第一金屬層206僅位于P型柱202上，與P型柱202形成歐姆接觸；第二金屬層208僅位于N型柱203上，與N型柱203形成肖特基接觸；絕緣層204位于第一金屬層206和所述第二金屬層208之間。

圖2中的F僅為本發(fā)明實施例的一種表現(xiàn)形式，如實際應(yīng)用中，可根據(jù)器件材質(zhì)、生產(chǎn)工藝需求來設(shè)定PN超結(jié)的數(shù)量；第一金屬層、第二金屬層及絕緣層的大小、位置關(guān)系也可以有多種方式，只要確保第一金屬層不與N型柱接觸、第二金屬層不與P型柱接觸、第一金屬層與第二金屬層不相接觸即可。

參考附圖2，本發(fā)明實施例中超結(jié)二極管制作過程具體包括以下步驟：

步驟一，如圖2中A所示，在硅襯底層201上形成至少包括一個交替設(shè)置的P型柱202和N型柱203的超結(jié)結(jié)構(gòu)層。

具體地，超結(jié)結(jié)構(gòu)采用硅材料制備，通過刻蝕深槽，外延P型硅填充溝槽，然后高能離子注入形成P型柱202。

具體地，可設(shè)定形成的P型柱202和N型柱203寬度相等，且P型柱202的外延雜質(zhì)濃度大于N型柱203的外延雜質(zhì)濃度。

在本步驟中，對P型柱202和N型柱203的外延雜質(zhì)濃度值不作限制，可以根據(jù)不同設(shè)備工藝具體設(shè)計。

步驟二，如圖2中B所示，在超結(jié)結(jié)構(gòu)層表面形成絕緣層204。

在本步驟中，絕緣層204為通過熱氧化工藝形成的氧化硅層，厚度為1微米～2微米。

步驟三，如圖2中C所示，通過使用光刻膠作為掩膜，干法刻蝕僅位于所述P型柱202上的絕緣層204形成歐姆接觸窗口205。歐姆接觸窗口205的大小可根據(jù)具體的工藝要求來設(shè)定。

步驟四，如圖2中D所示，在歐姆接觸窗口205內(nèi)填充第一金屬層206，進(jìn)行第一次熱退火，形成歐姆接觸。

在本步驟中，第一金屬層206不能和N型柱203接觸。

在本步驟中，第一金屬層206的材料可以為Ti、Pt、W、Ni、Au、Co、Pb、Ag、Al或其任意組合的合金。

在本步驟中，第一次退火溫度和時間由金屬種類決定，通常溫度不超過1100℃，時間不超過5min。退火方式采用快速退火，升降溫速率大于5℃/秒。

步驟五，如圖2中E所示，通過使用光刻膠作為掩膜，干法刻蝕僅位于所述N型柱203上的絕緣層形成肖特基接觸窗口207。肖特基接觸窗口207大小可根據(jù)具體的工藝要求來設(shè)定，只要確保肖特基接觸窗口207與歐姆接觸窗口205不相通即可。

步驟六，如圖2中F所示，在肖特基接觸窗口207填充第二金屬層208，進(jìn)行第二次熱退火，形成肖特基接觸。

在本步驟中，第二金屬層208不能和P型柱202接觸。

在本步驟中，第二金屬層208的材料可以為Ti、Pt、W、Ni、Au、Co、Pb、Ag、Al或其任意組合的合金。

在本步驟中，第二次退火溫度和時間由金屬種類決定，通常溫度不超過500℃，時間不超過5min。退火方式采用快速退火，升降溫速率大于5℃/秒。

進(jìn)一步地，本實施例中第一次退火溫度大于第二次退火溫度。

進(jìn)一步地，本實施例中第一金屬層206的材料可以與第二金屬層208材料相同，也可以與第二金屬層208材料不同。

進(jìn)一步地，本實施例中第一金屬層206與第二金屬層208間設(shè)置有絕緣層。因此，在第一金屬層206不與N型柱203接觸和第二金屬層208不與P型柱202接觸的前提下，步驟三中干法刻蝕僅位于所述P型柱202上的絕緣層204形成歐姆接觸窗口205，可以是刻蝕僅位于P型柱202上的部分或者全部絕緣層204；步驟五中，干法刻蝕僅位于N型柱203上的絕緣層204形成肖特基接觸窗口207，也可以是刻蝕僅位于N型柱203上的部分或者全部絕緣層204。

本發(fā)明實施例通過超結(jié)結(jié)構(gòu)，在P型柱202上形成歐姆接觸，在N型柱203上形成肖特基接觸。當(dāng)二極管正向工作，電壓較低時，由于在N型柱203上形成肖特基接觸，因此N型柱203上具有較低的肖特基勢壘，電流通過N型柱203流向襯底，壓降小，開啟速度快；隨著電壓升高，由于在P型柱202上形成歐姆接觸，P型柱202進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，電流同時通過P型柱202和N型柱203，有效地降低了導(dǎo)通電阻。當(dāng)二極管反向工作，超結(jié)結(jié)構(gòu)的P型柱202和N型柱203耗盡層展開，提高了耐壓，減小了漏電，有效地保護(hù)了二極管。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的P型柱202和N型柱203都能夠?qū)?，芯片面積利用率高，有降低了二極管的正向阻抗和反向漏電流，同時提高了器件的耐壓性，增大了器件的導(dǎo)通電流。該方法制作簡單且成本較低，改善了肖特基二極管的性能。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。