金屬與n型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法屬于分立半導(dǎo)體器件芯片制造【技術(shù)領(lǐng)域】。在現(xiàn)有技術(shù)中尚無能夠連續(xù)調(diào)節(jié)和控制肖特基勢壘高度的方法。本發(fā)明之方法其特征在于，金屬與N型硅肖特基接觸勢壘的形成過程如下，通過金屬淀積窗口，在N-外延層上淀積Ni膜、Pt膜；再使其中的Ni、Pt合金化，并通過控制Ni膜、Pt膜的厚度控制NiPt合金中Ni、Pt質(zhì)量比，在合金化的同時(shí)，在N-外延層上表層形成Ni、Pt、Si金屬硅化物勢壘層，去除未參加金屬硅化物反應(yīng)的NiPt合金。NiPt合金與N型硅肖特基接觸勢壘高度則能夠通過調(diào)整NiPt合金中Ni、Pt質(zhì)量比，在0.75eV到0.84eV之間準(zhǔn)確確定，由此獲得所需的肖特基二極管電學(xué)性質(zhì)。
【專利說明】金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法，所形成的勢壘為鎳鉬硅化物，通過調(diào)整鎳鉬質(zhì)量比準(zhǔn)確調(diào)節(jié)金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度，從而得到希望的器件電學(xué)性質(zhì)，屬于分立半導(dǎo)體器件芯片制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]肖特基二極管(SBD)與普通的P-N結(jié)型二極管相比，具有正向?qū)▔航档?、反向恢?fù)時(shí)間短和抗浪涌電流能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被用在聞速聞效整流電路、微波電路以及聞速集成電路中。肖特基二極管是以金屬為正極，所述金屬選自Au、Ag、Al、Pt、Mo、N1、Ti，以N型半導(dǎo)體為負(fù)極，所述半導(dǎo)體為Si，利用二者接觸面上形成的具有整流特性的勢壘制成的金屬-半導(dǎo)體器件。
[0003]肖特基二極管管芯結(jié)構(gòu)及其制作過程如下，如圖1所示:
[0004]選用N型半導(dǎo)體作為襯底，也就是N+襯底，其原因在于電子比空穴遷移率大，這樣能夠獲得良好的頻率特性。
[0005]為了減小肖特基二極管的結(jié)電容，提高反向擊穿電壓，同時(shí)又不使串聯(lián)電阻過大，在N+襯底上外延一層高阻薄膜，獲得N型外延層，也就是N-外延層。
[0006]清洗及熱氧化N-外延層，形成氧化層I。
[0007]采用光刻工藝先后開設(shè)P+離子注入窗口和金屬淀積窗口，并完成P+擴(kuò)散保護(hù)環(huán)的制作和正面金屬層2的淀積。
[0008]然而，光刻會(huì)形成陡峭邊沿。另外，在N-外延層與氧化層I之間的S1-SiO2界面存在帶正電的固定電荷，加之在氧化層I中及氧化層I表面存在著為數(shù)很多的由堿金屬離子如鈉離子沾污而產(chǎn)生的可動(dòng)正離子，并且，所述帶正電的固定電荷會(huì)在N-外延層的Si表面感應(yīng)出負(fù)電荷，使N-外延層在Si表面出現(xiàn)由N-型變成N+型的傾向，降低勢壘特性。這些因素使得靠近周邊的半導(dǎo)體耗盡區(qū)寬度變窄且電場增強(qiáng)，導(dǎo)致在拐角處有過量的飽和漏電流，也就是拐角效應(yīng)，這種拐角效應(yīng)除了產(chǎn)生軟的反向特征和低擊穿電壓之外，還造成低劣的噪聲特性。這就需要在拐角處制作P+擴(kuò)散保護(hù)環(huán)；在真空系統(tǒng)中通過蒸發(fā)或者濺射淀積正面金屬層2、背面金屬層3時(shí)，要使正面金屬層2與周邊的氧化層I適當(dāng)搭接，形成搭接區(qū)，這時(shí)在金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)電容下邊的耗盡區(qū)得到修復(fù)，能夠改善陡峭邊沿，避免產(chǎn)生軟的反向特征和低擊穿電壓。當(dāng)然，搭接區(qū)不能大，否則附加的電容會(huì)降低器件高頻特性。最終得到具有理想ι-v特性的肖特基二極管。
[0009]當(dāng)金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，也就是在N-外延層上淀積正面金屬層2后，在金屬-半導(dǎo)體界面處就形成了勢壘層4，此處的肖特基勢壘能夠控制電流傳導(dǎo)和確定電容特性。
[0010]由于肖特基勢壘高度對肖特基二極管的電學(xué)性質(zhì)有重要影響，要求金屬-半導(dǎo)體之間有特定的勢壘高度，然而，在現(xiàn)有技術(shù)中尚無能夠連續(xù)調(diào)節(jié)和控制肖特基勢壘高度的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的就在于提供一種能夠連續(xù)調(diào)整和控制肖特基勢壘高度的方法，為此，我們發(fā)明了一種金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法。
[0012]按照本發(fā)明之方法，在N+襯底一側(cè)外延一層N-外延層，熱氧化N-外延層，形成氧化層1，采用光刻工藝開設(shè)P+離子注入窗口并完成P+擴(kuò)散保護(hù)環(huán)的制作，采用光刻工藝開設(shè)金屬淀積窗口，在形成金屬與N型硅肖特基接觸勢壘后，在勢壘層4上淀積正面金屬層2，并且正面金屬層2與周邊的氧化層I搭接，另外，在N+襯底另一側(cè)淀積背面金屬層3，其特征在于，所述金屬與N型硅肖特基接觸勢壘的形成過程如下，通過金屬淀積窗口，在N-外延層上淀積Ni膜、Pt膜；再使其中的N1、Pt合金化，并通過控制Ni膜、Pt膜的厚度控制NiPt合金中N1、Pt質(zhì)量比，在合金化的同時(shí)，在N-外延層上表層形成N1、Pt、Si金屬硅化物勢壘層4，去除未參加金屬硅化物反應(yīng)的NiPt合金。
[0013]單質(zhì)Ni與N型硅肖特基接觸勢壘高度為0.75eV,單質(zhì)Pt與N型硅肖特基接觸勢壘高度為0.84eV。本發(fā)明其技術(shù)效果在于，NiPt合金與N型硅肖特基接觸勢壘高度則能夠通過調(diào)整NiPt合金中N1、Pt質(zhì)量比，在0.75eV到0.84eV之間準(zhǔn)確確定，如圖2所示，由此獲得所需的肖特基二極管電學(xué)性質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為肖特基二極管管芯結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是肖特基勢壘高度與NiPt合金中N1、Pt質(zhì)量比的關(guān)系曲線圖，該圖兼作為摘要附圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]外延片制作。取N型(111)娃片作為N+襯底,在娃片一側(cè)外延一層N-外延層,獲得外延片。
[0016]清洗外延片。先用SCl溶液在60°C溫度下清洗10分鐘，所述SCl溶液其組成及配比為NH4OH = H2O2 = H2O=1:1:5 (體積比)，去除顆粒沾污以及部分金屬離子雜質(zhì)，之后用去離子水常溫清洗。再將外延片浸泡在HF = H2O = 1:50 (體積比)的溶液中3分鐘，去除外延片表面氧化物，之后浸泡在去離子水中15分鐘。
[0017]氧化層生長。將清洗后的外延片立刻放入擴(kuò)散爐中，在1000°c溫度下，在氧氣氣氛中，在N-外延層上生長氧化層I。
[0018]開P+離子注入窗口。在氧化層I上涂上13000 A光刻膠，用光刻版設(shè)定光刻圖形，光刻曝光形成掩膜，氫氟酸溶液腐蝕去除未被掩蓋的氧化層I，得到P+離子注入窗口。
[0019]P+擴(kuò)散保護(hù)環(huán)制作。使用注入機(jī)將硼離子通過P+離子注入窗口注入N-外延層內(nèi)；然后在擴(kuò)散爐中內(nèi)，在氮?dú)夂脱鯕鈿夥罩?，?050°C溫度下退火，激活被注入的硼離子，即把有些處于晶格間隙位置的硼原子通過退火讓它們進(jìn)入替代位置，形成肖特基P+擴(kuò)散保護(hù)環(huán)。
[0020]開金屬淀積窗口。在外延片上表面涂上13000 A:光刻膠，用光刻版設(shè)定光刻圖形，光刻曝光形成掩膜，氫氟酸溶液腐蝕去除未被掩蓋的氧化層1，得到金屬淀積窗口。
[0021]形成金屬與N型硅肖特基接觸勢壘?；瘜W(xué)清洗已開有金屬淀積窗口的外延片，去除顆粒沾污、有機(jī)雜質(zhì)沾污和金屬離子沾污；之后放在濺射臺(tái)上，在高真空濺射腔內(nèi)通過金屬淀積窗口在N-外延層上淀積Ni膜、Pt膜，Ni膜、Pt膜的淀積順序有兩種，一是先淀積Ni膜再淀積Pt膜，二是先淀積Pt膜再淀積Ni膜，Ni膜和Pt膜總厚度在450 A?550 A范圍內(nèi)確定，如500 A；再在高溫合金爐內(nèi)使所淀積的Ni膜、Pt膜中的N1、Pt合金化，合金化過程充氮?dú)獗Ｗo(hù)，避免Ni膜、Pt膜因高溫而被氧化，合金化時(shí)間在45min?55min范圍內(nèi)確定，如50min, Ni和Pt融合生成NiPt合金，NiPt合金中N1、Pt質(zhì)量比N1:Pt=l:9?9:1,在合金化的同時(shí)，N1、Pt與N-外延層上表層中的Si生成金屬硅化物，從而在N-外延層上表層形成N1、Pt、Si金屬硅化物勢壘層4 ;用王水去除未參加金屬硅化物反應(yīng)的NiPt合金。
[0022]正面金屬層2、背面金屬層3的淀積。在勢壘層4上淀積正面金屬層2，并且正面金屬層2與周邊的氧化層I搭接，另外，在N+襯底另一側(cè)淀積背面金屬層3，獲得肖特基二極管管芯。其勢壘高度ΦΒη在0.75eV到0.84eV之間確定。
[0023]當(dāng)根據(jù)需要要求肖特基二極管勢壘高度ΦΒη為0.807eV時(shí)，根據(jù)圖2所示肖特基勢壘高度ΦΒη與NiPt合金中N1、Pt含量比的關(guān)系曲線圖，N1、Pt質(zhì)量比為5:5，由此確定Ni膜、Pt膜的厚度；由于Ni的密度為8.9g/cm3,Pt的密度為21.4g/cm3,Pt的密度是Ni的密度的2.4倍，因此，當(dāng)Ni膜厚度為Pt膜厚度的2.4倍時(shí)，N1、Pt質(zhì)量比才等于5:5，當(dāng)Ni膜和Pt膜總厚度確定力500 A時(shí)，可計(jì)算出Ni膜的厚度為353 A，Pt膜的厚度為147 A。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法，在N+襯底一側(cè)外延一層N-外延層，熱氧化N-外延層，形成氧化層(I )，采用光刻工藝開設(shè)P+離子注入窗口并完成P+擴(kuò)散保護(hù)環(huán)的制作，采用光刻工藝開設(shè)金屬淀積窗口，在形成金屬與N型硅肖特基接觸勢壘后，在勢壘層(4)上淀積正面金屬層(2)，并且正面金屬層(2)與周邊的氧化層(I)搭接，另夕卜，在N+襯底另一側(cè)淀積背面金屬層(3)，其特征在于，所述金屬與N型硅肖特基接觸勢壘的形成過程如下，通過金屬淀積窗口，在N-外延層上淀積Ni膜、Pt膜；再使其中的N1、Pt合金化，并通過控制Ni膜、Pt膜的厚度控制NiPt合金中N1、Pt質(zhì)量比，在合金化的同時(shí)，在N-外延層上表層形成N1、Pt、Si金屬硅化物勢壘層(4)，去除未參加金屬硅化物反應(yīng)的NiPt合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，Ni膜、Pt膜的淀積順序有兩種，一是先淀積Ni膜再淀積Pt膜，二是先淀積Pt膜再淀積Ni膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，Ni膜和Pt膜總厚度在450 A?550 A范圍內(nèi)確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬與N型硅肖特基接觸勢壘高度的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在高溫合金爐內(nèi)使所淀積的Ni膜、Pt膜中的N1、Pt合金化，合金化過程充氮?dú)獗Ｗo(hù)，合金化時(shí)間在45min?55min范圍內(nèi)確定；NiPt合金中N1、Pt質(zhì)量比N1:Pt=l:9?9:1。
【文檔編號】H01L21/329GK103943495SQ201410114231
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】劉彥濤, 黃福成, 田振興, 郝雪東, 王斌 申請人:吉林麥吉柯半導(dǎo)體有限公司