СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДОВ ШОТТКИ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H01L29/872 

Изобретение относится к технологии изготовления карбид кремниевых приборов, а именно высоковольтных диодов Шоттки.

Известен способ изготовления диодов Шоттки на основе карбида кремния, включающий окисление поверхности эпитаксиальной структуры, формирование в оксиде кремния контактных окон методом фотолитографии, формирование контакта Шоттки методом напыления металла (см., например, патент США US 5221638, класс H01L 21/283 от 22 января 1993 г.).

Карбид кремния оказался более стойкий к термическому окислению материалом по сравнению с кремнием, поэтому толщина пленки оксида кремния на поверхности кремниевой стороны карбида кремния составляет не более 80 нм.

После изготовления диода Шоттки производится измерение электрических параметров, основными из которых являются обратный ток диода I_обр, максимальное обратное напряжение U_обр, прямое падение напряжения U_np. Значения обратных токов и падения прямого напряжения зависят от качества контакта Шоттки.

Одним из основных факторов, влияющих на качество контакта Шоттки, является наличие тонкой пленки оксида кремния в области формирования контакта.

Недостатком является то, что контакт Шоттки формируется фотолитографией, поэтому невозможно провести ионную очистку аргоном непосредственно перед нанесением контакта, т.к. удалится не только тонкая пленка оксида кремния в области формирования контакта Шоттки, но и сформированный защитный слой оксида кремния.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ изготовления диодов Шоттки на основе карбида кремния, включающий окисление поверхности эпитаксиальной структуры, формирование в оксиде кремния контактных окон методом фотолитографии, формирование контакта Шоттки методом напыления металла и взрывной фотолитографии, термообработки контакта Шоттки, формирование контактной металлизации, проверки электрических параметров (см., например, патент США 20060006394, класс H01L 29/15 от 12 января 2006 г.).

Контакт Шоттки формируется взрывной фотолитографией. Защитный слой оксида кремния защищен фоторезистом, поэтому при очистке перед напылением металла глубина подтрава поверхности ионами аргона в области контакта Шоттки никак не влияет на защитный слой оксида кремния.

Для повышения качества контакта Шоттки очистка ионами аргона производится в той же камере, что и напыление металла.

Замер электрических параметров производится на готовых кристаллах диода Шоттки, при отклонении параметров производится дополнительный анализ и корректировка технологических процессов. В частности, корректировка режима зачистки аргоном.

Недостатком этого способа является пониженный выход годных кристаллов и неоперативный контроль.

Техническим результатом изобретения является повышение выхода годных диодов Шоттки за счет повышения оперативности контроля напыления контакта Шоттки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления диода Шоттки на основе карбида кремния, включающего окисление поверхности эпитаксиальной структуры, формирование в оксиде кремния контактных окон методом фотолитографии, формирование контакта Шоттки методом напыления металла и взрывной фотолитографии, термообработки контакта Шоттки, формирование контактной металлизации, проверки электрических параметров, дополнительно определяют высоту барьера и коэффициент неидеальности ВАХ диода Шоттки после взрывной фотолитографии, причем высота барьера должна быть не менее чем 75%, а коэффициент неидеальности не более 130% от значений годного диода Шоттки. Если высота барьера менее чем 75% или коэффициент неидеальности более 130% от значений годного диода Шоттки, то диод Шоттки подвергается реставрации путем удаления напыленных слоев металла, после чего проводится повторная взрывная фотолитография с повторным определением высоты барьера и коэффициента неидеальности ВАХ диода Шоттки.

На высоту барьера Шоттки и коэффициента неидеальности до операции вжигания (термообработки) контакта Шоттки влияет наличие оксида кремния между контактом Шоттки и карбидом кремния, который понижает высоту барьера Шоттки и увеличивает коэффициент неидеальности. Экспериментально определено для большинства металлов, что высота барьера Шоттки до операции вжигания контакта Шоттки должна быть не менее 75% от значения после вжигания, а коэффициент не более 130% от значения коэффициента неидеальности после вжигания. После вжигания металл восстанавливает оксид кремния и высота барьера должна увеличиться, а коэффициент неидеальности уменьшиться.

Если высота барьера Шоттки или коэффициент неидеальности после вжигания не попадают в эти значения, это значит, что оксид кремния между металлом и карбидом кремния имеет большую толщину и не восстанавливается, также возможны другие загрязнения. В этом случае необходимо корректировать режимы зачистки карбида кремния и режимы откачки установки напыления.

После вжигания металл (контакта Шоттки) реставрации не подлежит, так как после вжигания в области контакта образуются силициды, вследствие чего изменяются электрические свойства эпитаксиального слоя, также после отжига отреставрированная поверхность эпитаксиального слоя будет рельефной.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг. 1 приведена блок-схема части технологических операций формирования карбидокремниевого диода Шоттки.

Позициями на фиг. 1 обозначены технологические операции:

1 - «взрывная» фотолитография «Контакты Шоттки»;

2 - Очистка в плазме аргона;

3 - Напыление титана в качестве контакта Шоттки;

4 - Удаление фоторезиста («взрыв»);

5 - измерение высоты барьера и коэффициента неидеальности;

6 - вжигание титана;

7 - измерение высоты барьера и коэффициента неидеальности;

8 - последующие технологические операции (формирование омического контакта, формирования защитного слоя);

9 - удаление металла (Ti).

Пример

Первое измерение высоты барьера и коэффициента неидеальности до вжигания 5 проводят на малых токах от 1 мкА до 1 мА, так как толщина металла (Ti) составляет лишь 0,1-0,2 мкм. Если значения не лежат в допустимых пределах, то есть высота барьера менее чем 0.89 эВ от значения необходимой высоты барьера диода Шоттки (1.19 эВ и более), а коэффициент неидеальности более 1,38 значения коэффициента неидеальности годного диода Шоттки (1,06 и менее), то необходимо отреставрировать пластину, удалив металл контакта Шоттки (Ti) 9, повторно нанести фоторезестивную маску для формирования контакта Шоттки 1, после проявления фоторезиста. Очистить область контакта Шоттки в плазме аргона 2 со скоректрованным режимом и повторно напылить металл в качестве контакта Шоттки 3. После напыления 3 образец погружается в органический растворитель, растворяющий фоторезист и обеспечивающий его удаление с поверхности полупроводника 4. При этом вместе с фоторезистом удаляются ненужные слои осажденного металла («взрыв»). Затем повторно определить высоту барьера и коэффициент неидеальности ВАХ диода Шоттки 5. Если при повторном замере значения высоты барьера и коэффициента неидеальности не соответствуют необходимым, кристалл бракуется.

Если после замера 5 высота барьера больше 0.89эВ, а коэффициента неидеальности меньше 1,38 это говорит о правильности выбора режима. В области контакта отсутствует оксид кремния или его наличие минимально и не влияет на качество контакта Шоттки.

Далее вжигают контакт Шоттки (Ti) 6, после чего производят замер 7. При этом по сравнению с замером до отжига высота барьера увеличивается до значения 1,19 эВ и более, коэффициент неидеальности уменьшается до значения 1,06 и менее. По результатам последнего измерения высоты барьера и коэффициента неидеальности 7 диоды Шоттки на пластине бракуются или отправляются на заключительные технологические операции 8 (напыление металла на обратную сторону (Ti-Ni-Ag), формирование защитного покрытия).

Ниже приведены значения высоты барьера и коэффициента неидельности для основных металлов до и после отжига для оперативности контроля качества контакта Шоттки к карбиду кремния.

Использование: для изготовления карбид кремниевых приборов, а именно высоковольтных диодов Шоттки. Сущность изобретения заключается в том, что способ содержит окисление поверхности эпитаксиальной структуры, формирование в оксиде кремния контактных окон методом фотолитографии, формирование контакта Шоттки методом напыления металла и взрывной фотолитографии, термообработки контакта Шоттки, формирование контактной металлизации, проверки электрических параметров, дополнительно определяют высоту барьера и коэффициент неидеальности ВАХ диода Шоттки после взрывной фотолитографии, причем высота барьера должна быть не менее чем 75%, а коэффициент неидеальности не более 130% от значений годного диода Шоттки. Технический результат: обеспечение возможности повышения выхода годных диодов Шоттки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления диодов Шоттки на основе карбида кремния, включающий окисление поверхности эпитаксиальной структуры, формирование в оксиде кремния контактных окон методом фотолитографии, формирование контакта Шоттки методом напыления металла и взрывной фотолитографии, термообработки контакта Шоттки, формирование контактной металлизации, проверки электрических параметров, отличающийся тем, что дополнительно определяют высоту барьера и коэффициент неидеальности ΒΑΧ диода Шоттки после взрывной фотолитографии, причем высота барьера должна быть не менее чем 75%, а коэффициент неидеальности не более 130% от значений годного диода Шоттки.

2. Способ изготовления диодов Шоттки на основе карбида кремния по п. 1, в котором диод Шоттки с высотой барьера менее чем 75% или коэффициентом неидеальности более 130% от значений годного диода Шоттки подвергается реставрации путем удаления напыленных слоев металла, после чего проводится повторная взрывная фотолитография с повторным определением высоты барьера и коэффициента неидеальности ΒΑΧ диода Шоттки.