一種通過摻雜二氧化硅膜調整肖特基二極管勢壘高度的工藝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體功率器件制造領域，特別是涉及一種肖特基整流二極管的制造方法。更具體的是本發明涉及一種通過摻雜的二氧化硅改變硅表面濃度，形成極薄變摻雜層從而實現肖特基二極管勢皇高度調整的工藝方法。
【背景技術】
[0002]肖特基勢皇二極管具有低正向壓降、高開關速度，在低壓電路中廣泛使用，但不幸的是肖特基勢皇二極管在高溫時具有較大的反向漏電流，且反向漏電流隨溫度變化指數性升高，高溫能耗和可靠性帶來挑戰。
[0003]為解決肖特基勢皇二極管高溫漏電問題，目前主要由三種途徑，其一:提高肖特基勢皇的勢皇高度，例如采用Pt等高勢皇金屬或硅化物，降低反向漏電，但同時會帶來正向壓降的升高，為保持正向壓降滿足電路設計要求，必然增大芯片面積，芯片成本隨之上升。其二:采用PN結+肖特基勢皇結復合整流二極管(俗稱JBS或MPS)，利用PN結在反偏狀態下耗盡層夾斷，減小肖特基結反偏漏電流，這種辦法對高溫漏電流的抑制作用較好，但PN結勢皇較高，帶來正向壓降增加，為保持正向壓降滿足電路設計要求，也必然增大芯片面積，芯片成本隨之上升；其三:采用溝槽MOS勢皇控制整流二極管技術(俗稱TMBS)，這種技術在硅片上刻蝕出近50%面積的溝槽，也會增大芯片面積。
[0004]上述三種方法各有優缺點，增加勢皇高度或者采用MPS結構會改善漏電問題，但帶來正向壓降的增加，采用溝槽結構工藝復雜，對設備、工藝控制等要求較高，且器件的長期可靠性沒有被廣泛認可。
[0005]在常規平面肖特基二極管芯片制造工藝基礎上，通過半導體表面的淺離子注入，增加表面層厚度小于10納米的電子平均自由程，改變金屬與半導體間有效勢皇高度。此方法有較多報道，優化功率肖特基整流器件勢皇高度的一種方法是以大勢皇高度開始，在N型漂移區通過離子注入Ph、As、Sb等N型雜質，形成N型表面層來降低勢皇高度，可以獲得約0.1eV的勢皇降低。
[0006]上述方法的缺點是，在離子注入硅體內時，由于硅原子排列的規律性造成離子注入工藝存在不同程度的注入隧道效應，導致雜質離子注入后在硅表面一定深度范圍內分布，即存在一個相對較大的分布范圍，離子注入后的快速熱退火會再次導致雜質的擴散，因此雜質的分布更加離散。由于注入深度很淺，對注入機的注入能量要求一般在5KeV?30KeV范圍。在注入雜質離子數量很小時，其注入均勻性和工藝重復性很難控制，傳統的采用極小劑量離子注入工藝調整肖特基二極管勢皇高度的工藝方法規模應用很少。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題就是針對現有工藝方法的不足，提供一種在常規平面肖特基勢皇二極管芯片工藝技術基礎上，通過在硅表面穩定的低摻雜擴散源向硅體內作淺結擴散的方式，形成極薄的變摻雜層，可以有效控制摻雜濃度并具有極高的工藝重復性。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是一種通過摻雜二氧化硅膜調整肖特基二極管勢皇高度的工藝方法，其步驟包括:以包括有N型單晶硅襯底和N型單晶硅外延層基片為材質，1、在基片的N型單晶硅外延層上形成氧化層作為鈍化層，氧化層厚度大于400納米；2、一次光刻及選擇性腐蝕去除多余氧化層形成摻雜窗口 ；3、采用離子注入工藝在摻雜窗口中進行硼摻雜，同時在摻雜窗口中生長膜氧化層形成P型保護環；4、二次光刻和選擇性腐蝕去除多余氧化層形成肖特基勢皇窗口主表面；5、在肖特基勢皇窗口主表面淀積形成表面摻雜二氧化硅膜的氧化層，厚度為50?300納米，摻雜濃度為1E18至1E21個/cm3，摻雜源是乙硼烷或磷烷氣氛，工藝氣氛為摻雜源與硅烷與氧氣的混合氣氛，工藝溫度350?600攝氏度；6、在氮氣氣氛下快速退火將摻雜二氧化硅中的雜質向N型單晶硅外延層中推進，退火溫度500?800攝氏度，退火時間5?15秒，在摻雜二氧化硅的氧化層與N型外延層主表面之間形成極薄變摻雜層。
[0009]所述N型單晶硅襯底摻雜濃度為2E18至5E19個/cm3，N型單晶硅外延層的摻雜濃度為1E14至2E16個/cm3 ο
[0010]在步驟I中，氧化溫度1000?1150攝氏度，氧化氣氛為氧氣和氫氣混合的濕氧氧化，氧化時間150?200分鐘。
[0011 ] 在步驟3中，在氮氣氣氛下，離子注入劑量為2E14?4E15個/cm2，注入角度為O?7度，擴散溫度為975?1150 °C，擴散時間為120?240min。
[0012]在步驟3中，膜氧化層氧化溫度900?1150°C，氧化氣氛為氧氣和氫氣混合的濕氧氧化，膜氧化層厚度約400納米。
[0013]在步驟5中，當采用APCVD工藝時，工藝溫度為350?500°C，工藝氣氛為摻雜源、硅烷、氧氣按照體積比1:1.5:5?1:1.5:20的混合氣氛，摻雜源根據摻雜類型選擇乙硼烷或磷烷氣氛，其中硅烷為硅烷含量5-30%的摻隊混合物，乙硼烷或磷烷氣氛為乙硼烷或磷烷含量I?10%的摻隊混合物。
[0014]在步驟5中，采用LPCVD工藝時，工藝溫度為400?600°C，工藝氣氛為摻雜源、硅烷、氧氣按照體積比1:1.5:5?1:1.5:20之間，摻雜源根據摻雜類型選擇乙硼烷或磷烷氣氛，其中硅烷為硅烷含量5-30%的摻隊混合物，乙硼烷或磷烷氣氛為乙硼烷或磷烷含量I?10%的摻隊混合物。
[0015]依照本發明的摻雜二氧化硅通過快速熱退火過程導致雜質的再分布改變硅表面濃度，形成極薄變摻雜層，從而實現肖特基二極管勢皇高度調整的工藝方法。與傳統離子注入法相比，本發明利用了氧化層對摻雜雜質的分凝效應，對具有摻雜層的二氧化硅，在快速熱退火中，二氧化硅與硅界面出的雜質會向硅中輕微移動，可以改變硅表面的雜質分布，雜質的分布受快速熱退火溫度的影響，在較低溫度下雜質的移動控制在N型硅的表面處，從而增加N型硅表面小于10納米范圍內電子平均自由程，降低勢皇高度。本發明的雜質分布更加均勻，分布更加集中。通過調整二氧化硅摻雜種類、濃度以及快速退火條件等，可以在很寬的范圍內獲得較為受控的表面濃度控制，使得肖特基勢皇二極管勢皇窗口區極薄硅外延表面層的變摻雜效果，達到調整勢皇高度的目的。
【附圖說明】
[0016]圖1，在基片上制作氧化層作為鈍化層的基片結構示意圖。
[0017]圖2，一次光刻及腐蝕制作氧化層摻雜窗口的基片結構示意圖。
[0018]圖3，離子注入制作P型保護環的基片結構示意圖。
[0019]圖4，二次光刻制作肖特基勢皇窗口的基片結構示意圖。
[0020]圖5，在肖特基勢皇窗口主表面制作摻雜二氧化硅的氧化層的基片結構示意圖。
[0021]圖6，快速退火制作極薄變摻雜層的基片結構示意圖。
[0022]圖7，本發明與傳統離子注入摻雜濃度分布對比圖。
【具體實施方式】
[0023]通過摻雜二氧化硅膜調整肖特基二極管勢皇高度的工藝方法，以包括有N型單晶硅襯底和N型單晶硅外延層基片為材質，在基片的N型單晶硅外延層上形成氧化層作為鈍化層，氧化層厚度大于400納米；一次光刻及選擇性腐蝕去除多余氧化層形成摻雜窗口 ；采用離子注入工藝在摻雜窗口中進行硼摻雜，同時在摻雜窗口中生長膜氧化層形成P型保護環；二次光刻和選擇性腐蝕去除多余氧化層形成肖特基勢皇窗口主表面；在肖特基勢皇窗口主表面淀積形成表面摻雜二氧化硅膜的氧化層，厚度為50?300納米，摻雜濃度為1E18至1E21個/cm3，工藝氣氛為摻雜源、硅烷、氧氣按照體積比1:1.5:5?1:1.5:20的混合氣氛，摻雜源根據摻雜類型選擇乙硼烷或磷烷氣氛，其中硅烷為含量5-30%的摻N2混合物，乙硼烷或磷烷氣氛為含量I?10%的摻N2混合物，工藝溫度350?600攝氏度；在氮氣氣氛下快速退火將摻雜二氧化硅中的雜質向N型單晶硅外延層中推進，退火溫度500?800攝氏度，退火時間5?15秒，在摻雜二氧化硅的氧化層與N型外延層主表面之間形成極薄變摻雜層。具體方法如下。
[0024]使用重摻雜N型單晶硅襯底1