Способ изготовления диода шоттки и диод шоттки, изготовленный таким способом

Авторы патента:

Гуминов Владимир Николаевич (RU)

Абрамов Сергей Николаевич (RU)

H01L29/47 - электроды с барьером Шотки

H01L21/329 - приборов, имеющих один или два электрода, например диодов

Владельцы патента RU 2523778:

Открытое акционерное общество "Ангстрем" (RU)

Изобретение относится к области полупроводниковой промышленности, в частности к диодам Шоттки, и может быть использовано при создании микросхем радиочастотной идентификации в диапазоне частот сканирующего электромагнитного поля СВЧ-диапазона. Способ изготовления диода Шоттки включает формирование области N-типа внутри подложки P-типа, формирование разделительных областей двуокиси кремния на подложке P-типа и области N-кармана, формирование в области N-кармана области с более низкой концентрацией примеси, формирование высоколегированных областей P+-типа на подложке P-типа и высоколегированных областей N+-типа в области N-кармана, осаждение слоя межслойной изоляции с последующей термообработкой, фотокопию вскрытия окон к области с более низкой концентрацией примеси, на которую напыляется слой Pt с последующей термообработкой, стравливание слоя Pt с областей вне зоны анода диода Шоттки, вскрытие контактных окон к P+-областям и N-областям, напыление слоя Al+Si и проведение фотолитографии по металлизации с последующей термообработкой. Изобретение позволяет получить низкобарьерный диод Шоттки с высокочастотными характеристиками и большим пробивным напряжением. Способ изготовления диода Шоттки может быть интегрирован в базовый технологический процесс изготовления КМОП-интегральных микросхем. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Современные радиочастотные идентификационные устройства работают в широком диапазоне радиочастот, а именно низкие частоты (приблизительно 125-148.5 kHz), высокие частоты и сверхвысокие частоты (приблизительно 300 MHz - 3 GHz).

Основной проблемой при производстве устройств радиочастотной идентификации СВЧ-диапазона является обеспечение возможности работы на сверхвысоких частотах, для чего необходимо использовать выпрямительные приборы с низким потенциальным барьером и минимальной барьерной емкостью.

Известен способ изготовления диодов Шоттки на основе силицидов платины и никеля (Pt2Si, NiSi), с возможностью варьирования потенциального барьера (от 640 meV до 840 meV) [1], недостатком которого является сложный технологический процесс с использованием многокомпонентных сплавов и использование титан-вольфрамовой (TiW) металлизации электродов.

Известен способ изготовления диодов Шоттки [2] с использованием в качестве металлической пленки эвтектического сплава Au-Ge с последующей взрывной литографией барьерной области, но использование эвтектических сплавов золота и взрывной литографии несовместимо с современной КМОП - технологией интегральных схем.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления диодов Шоттки на основе силицидов титана и кобальта (TiSi₂, CoSi₂) [3], с низким пробивным напряжением, недостатком которого для применения в микросхемах радиочастотных идентификаторов является низкое пробивное напряжение.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, является создание способа изготовления низкобарьерного диода Шоттки, без формирования в области анода диода Шоттки охранного кольца, с высокочастотными характеристиками и большим пробивным напряжением, позволяющего интегрировать его в базовый технологический процесс изготовления КМОП - интегральных микросхем.

Данный технический результат достигается тем, что способ изготовления диода Шоттки включает формирование области N-типа внутри подложки P-типа, формирование разделительных областей двуокиси кремния на подложке P-типа и области N-типа, далее в области N-типа формируются области с более низкой концентрацией примеси, затем идет формирование высоколегированных областей P+-типа на подложке P-типа и высоколегированных областей N+-типа в области N-типа, осаждение слоя межслойной изоляции с последующей термообработкой, после которой проводится фотокопия вскрытия окон к области с более низкой концентрацией примеси, на которую напыляется слой Pt толщиной 500А, причем слой Pt напыляется на нагретую до 180°C подложку, с последующей термообработкой в инертной среде при температуре 550°C в течение 10 минут, стравливание слоя Pt с областей вне зоны анода диода Шоттки осуществляется в растворе НСl+HNO₃+H₂SO₄при температуре 65÷70°C в течение 10 минут, затем проводится вскрытие контактных окон к P+-областям и N-областям, после чего напыляется слой Al+Si толщиной 1,05 мкм и проводится фотолитография по металлизации с последующей термообработкой при температуре 400°C в инертной среде в течение 50 минут.

Такой способ изготовления диода Шоттки позволяет реализовать структуру, состоящую из подложки P-типа, внутри которой сформирована область N-типа, разделительных областей двуокиси кремния, сформированных на подложке P-типа и области N-типа, электрода катода и электрода анода, сформированных в области N-типа, электрода земли, сформированного на подложке P-типа, высоколегированных областей P+-типа, сформированных на подложке P-типа и высоколегированных областей N+-типа, сформированных в области N-типа, области с более низкой концентрацией примеси относительно области N-типа, сформированной в области анода диода Шоттки, слоя межслойной изоляции, который имеет вскрытые контактные окна к области с более низкой концентрацией примеси и к высоколегированным областям P+ и N+-типа, катоду и аноду, металлическая разводка, которая сформирована поверх слоя межслойной изоляции и вскрытых окон, состоящая из Al+Si, причем во вскрытом контактном окне к области с более низкой концентрацией примеси между металлической разводкой и областью N-типа сформирован слой силицида платины толщиной 1000А.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в приборах радиочастотной идентификации (RFID) в диапазоне частот сканирующего электромагнитного поля СВЧ-диапазона.

Для пояснения изобретения предложены чертежи.

На фиг.1 изображена структура диода Шоттки в разрезе.

На фиг.2A, 2B, 2C, 2D, 2Е, 2F изображены разрезы структур в процессе формирования диода Шоттки.

Для изготовления диода Шоттки 10, показанного на фиг.1, используется подложка P-типа 11, внутри которой формируется область противоположного типа проводимости - N-карман 12 (фиг.2А). Далее в областях P-подложки 11 и N-кармана 12 формируются разделительные области двуокиси кремния 18 для электрической изоляции элементов друг от друга (фиг.2В). В области анода диода Шоттки формируется область 19 с более низкой концентрацией примеси относительно N-кармана 12 (фиг.2С). В диоде Шоттки 10 катод 14 и анод 15 формируется в области N-кармана 12, а электрод земли 13 на P-подложке 11. Для создания омических контактов к P-подложке 11 и N-карману 12 формируются области высокой концентрации P+-типа 16 и N+-типа 17 соответственно (фиг.2D). После осаждения межслойной изоляции 21 проводится фотокопия вскрытия окон к области 19, на которой будет формироваться силицид платины. Далее проводится напыление слоя Pt 22 толщиной 500А, как показано на фиг.2Е, с последующим отжигом в инертной среде при температуре 550°C в течение 10 минут. Стравливание Pt с областей вне зоны анода 15 диода Шоттки проводится в растворе царской водки при температуре 65÷70°C в течение 10 минут.

После этого проводится вскрытие контактных окон к P+-областям 16 и N-областям 17 и напыление слоя Al+Si толщиной 1,05 мкм. После проведения фотолитографии по металлизации и термообработки при температуре 400°C в инертной среде в течение 50 минут получаем окончательную структуру диода Шоттки, показанную на фиг.2F.

Таким образом, получается структура, в которой металлизация (14) образует омический контакт к катоду диода Шоттки (12) через область высокой концентрации N+-типа (17), а металлизация (13) - омический контакт к подложке P -типа (11) через область высокой концентрации P+-типа (16). В то же время металлизация (15) образует омический контакт к силициду Pt (20), который, в свою очередь, образует высокочастотный барьер с областью пониженной концентрации (19) и, далее, с областью N-типа (12), являющейся катодом диода Шоттки (10).

Изготовленный, таким образом, диод Шоттки (10) имеет следующую структуру. Внутри подложки P-типа (11) сформирована область N-типа (12). Разделительные области двуокиси кремния (18) сформированы на подложке P -типа и области N-типа. Электрод катода и электрод анода сформированы в области N-типа (12), а электрод земли сформирован на подложке P -типа (11). Области высокой концентрации P +-типа(16) сформированы на подложке P-типа, и области высокой концентрации N+-типа (17) сформированы в области N-типа. Область с более низкой концентрацией примеси (19) относительно области N-типа сформирована в области анода диода Шоттки (10). Слой межслойной изоляции (21) имеет контактные окна к области анода (20) и к высоколегированным областям P+-типа (16) и N+-типа (17). Металлическая разводка, состоящая из Al+Si толщиной 1,05 мкм, сформирована поверх слоя межслойной изоляции и вскрытых контактных окон. Причем во вскрытом контактном окне к области с более низкой концентрацией примеси между металлической разводкой и областью N-типа сформирован слой силицида платины толщиной 1000А.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления диода Шоттки, заявляемый в качестве изобретения, позволяет создавать низкобарьерный диод Шоттки с высокочастотными характеристиками и большим пробивным напряжением, позволяющий интегрировать его в базовый технологический процесс изготовления КМОП-интегральных микросхем, без формирования в области анода диода Шоттки охранного кольца.

Литература

1. PROCESS FOR FORMING SCHOTTKY RECTIFIER WITH PTNI SILICIDE SCHOTTKY BARRIER // Rossano Carta; Carmelo Sanfilippo // Заявка на изобретение США №2011/0159675 А1, дата приоритета 30.06.2011 г., кл. H01L 21/28; H01L29/861, правообладатель VISHAY-SILICONIX, Santa Clara, СА (US).

2. Способ изготовления диода Шоттки // Бляшко Ю.P . [RU]; Душева Л.Н. [RU]; // Патент на изобретение PФ №2197767), дата приоритета 13.06.2001 г., кл. МПК H01L 21/329, правообладатель Бляшко Юрий Руфинович, Россия.

3. Schottky diode having low breakdown voltage and method for fabricating the same // SHIM DONG-SIK [KR]; CHOI HYUNG [KR]; MIN YOUNG-HOON [KR] // Заявка на изобретение США №20070278608, дата приоритета 02.06.2007 г., кл. H01L 21/44; H01L 29/861, правообладатель SAMSUNG ELECTRONICS СО LTD, Корея.

1. Способ изготовления диода Шоттки, включающий формирование области N-типа внутри подложки P-типа, формирование разделительных областей двуокиси кремния на подложке P-типа и области N-кармана, формирование в области N-кармана области с более низкой концентрацией примеси, формирование высоколегированных областей P+-типа на подложке P-типа и высоколегированных областей N+-типа в области N-кармана, осаждение слоя межслойной изоляции с последующей термообработкой, отличающийся тем, что после термообработки проводится фотокопия вскрытия окон к области с более низкой концентрацией примеси, на которую напыляется слой Pt с последующей термообработкой, стравливание слоя Pt с областей вне зоны анода диода Шоттки, затем проводится вскрытие контактных окон к P+-областям и N+-областям, после чего напыляется слой Al+Si и проводится фотолитография по металлизации с последующей термообработкой.

2. Способ изготовления диода Шоттки по п.1, отличающийся тем, что слой Pt напыляется на нагретую подложку до 180°С.

3. Способ изготовления диода Шоттки по п.2, отличающийся тем, что напыляемый слой Pt имеет толщину 500А.

4. Способ изготовления диода Шоттки по п.3, отличающийся тем, что термообработка после напыления слоя Pt осуществляется в инертной среде при температуре 550°C в течение 10 минут.

5. Способ изготовления диода Шоттки по п.4, отличающийся тем, что стравливание Pt с областей вне зоны анода диода Шоттки осуществляется в растворе НСl+HNO₃+H₂SO₄ при температуре 65+70°C в течение 10 минут.

6. Способ изготовления диода Шоттки по п.5, отличающийся тем, что в качестве металлизации используется слой Al+Si толщиной 1,05 мкм.

7. Способ изготовления диода Шоттки по п.6, отличающийся тем, что термообработка после травления металлизации осуществляется при температуре 400°C в инертной среде в течение 50 минут.

8. Диод Шоттки 10, состоящий из подложки P-типа, внутри которой сформирована область N-кармана, разделительных областей двуокиси кремния, сформированных на подложке P-типа и области N-кармана, электрода катода и электрода анода, сформированных в области N-кармана, электрода земли, сформированного на подложке P-типа, высоколегированных областей P+-типа, сформированных на подложке Р-типа, и высоколегированных областей N+-типа, сформированных в области N-кармана, области с более низкой концентрацией примеси относительно области N-кармана, сформированной в области катода диода Шоттки, слоя межслойной изоляции, который имеет контактные окна к области с более низкой концентрацией примеси, катоду и аноду, металлическая разводка, которая сформирована поверх слоя межслойной изоляции и вскрытых контактных окон, состоящая из Al+Si, отличающийся тем, что во вскрытом контактном окне к области с более низкой концентрацией примеси между металлической разводкой и областью N-кармана сформирован слой силицида платины.

9. Диод Шоттки по п.8, отличающийся тем, что слой силицида платины имеет толщину 1000А.

Изобретение относится к технологии изготовления приборов с барьером Шоттки. .

Полупроводниковый свч-диод // 1407341

Диод шоттки // 1037809

Способ изготовления диода шоттки с охранным кольцом // 1030887

Способ изготовления диода шоттки // 2488912

Изобретение относится к изготовлению полупроводниковых диодов с барьером Шоттки на основе синтетического алмаза, широко применяющихся в сильнотоковой высоковольтной и твердотельной высокочастотной электронике.

Способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов // 2479888

Изобретение относится к области изготовления дискретных полупроводниковых приборов. .

Способ получения диода на основе оксида ниобия // 2470409

Изобретение относится к микроэлектронике. .

Способ изготовления полупроводниковых ограничительных диодов сверхвысокочастотного диапазона групповым методом // 2452057

Изобретение относится к микроэлектронике. .

Диод силовой низкочастотный выпрямительный непланарный и способ его изготовления // 2411611

Изобретение относится к области силовой промышленной электронной техники. .

Способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов // 2411607

Изобретение относится к области изготовления дискретных полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении шунтирующих диодов для солнечных батарей космических аппаратов.

Способ изготовления интегрированных шоттки-pn диодов на основе карбида кремния // 2395868

Изобретение относится к области электронной техники, а более конкретно - к технологии создания высоковольтных полупроводниковых диодов, и может быть использовано для создания интегрированных Шоттки-pn диодов на основе карбида кремния.

Способ изготовления кристаллов p-i-n диодов групповым методом (варианты) // 2393583

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении диффузионных p-i-n диодов с большим уровнем управляемой мощности групповым методом.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2280915

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов. .

Способ изготовления свч меза-диодов // 2280914

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам изготовления полупроводниковых приборов, предназначенных для работы особенно в миллиметровом СВЧ диапазоне, таких как мощные генераторные лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна и др.

Способ формирования высоковольтного карбидокремниевого диода на основе ионно-легированных p-n-структур // 2528554

Изобретение относится к твердотельной электронике, в частности к технологии изготовления высоковольтных карбидокремниевых полупроводниковых приборов на основе p-n-перехода с использованием ионной имплантации. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в получении высоковольтного карбидокремниевого диода на основе ионно-легированных p-n-структур с напряжением пробоя ~1200 В. В способе формирования высоковольтного карбидокремниевого диода на основе ионно-легированных p-n-структур на сильнолегированную подложку 6H-SiC наносят методом химического осаждения из газовой фазы слаболегированный эпитаксиальный слой толщиной 10÷15 мкм, после чего проводят ионное легирование этого слоя акцепторной примесью А1 или В с энергией 80÷100 кэВ и дозой 5000÷7000 мкКл/см2, что позволяет максимально увеличить ширину области пространственного заряда p-n-перехода (w~10 мкм), при которой в приповерхностном p-слое не возникает инверсии носителей заряда, при этом достигается величина напряжения пробоя p-n-перехода ~1200 В. 1 ил.

Способ изготовления полупроводниковых свч приборов // 2546856

Изобретение позволяет значительно упростить способ изготовления полупроводниковых приборов для управления СВЧ мощностью, в частности ограничительного элемента на основе p-i-n диодов. Способ изготовления полупроводниковых приборов для управления СВЧ мощностью на основе p-i-n структур заключается в равномерном утонении центральной части полупроводниковой пластины, создании на обеих сторонах центральной части пластины пар локальных углублений с плоским дном в местах расположения меза-структур, легировании выделенных областей на обеих сторонах пластины акцепторной и донорной примесями, формировании балочных выводов на противоположных сторонах пластины с областями взаимного перекрытия и получении парных меза-структур приборов. Техническим результатом является повышение процента выхода годных приборов за счет упрощения способа их производства. При этом электротехнические параметры приборов не ухудшаются, а идентичность их повышается. 2 ил.

Кремниевый диод с барьером шоттки и способ его изготовления // 2550374

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к представляющему собой меза-структуру с барьером Шоттки полупроводниковому кремниевому диоду, который может быть использован в качестве выпрямительного диода или сверхвысокочастотного детектора, и способу его изготовления. Изобретение обеспечивает создание конструкции и способа изготовления кремниевого диода с барьером Шоттки, позволяющих получить диод с уменьшенным значением токов утечки и высоким значением обратного напряжения при высоких значениях температуры окружающей среды с одновременным улучшением качества защитного диэлектрического покрытия меза-структуры диода. В выполненном в виде меза-структуры кремниевом диоде с барьером Шоттки периферийная часть барьерного контакта защищена слоем оксида кремния, а высота меза-структуры превышает толщину эпитаксиального рабочего слоя кремния n-типа электропроводности, при этом защитное диэлектрическое покрытие, толщина которого превышает высоту меза-структуры, выполнено из алюмосиликатного стекла и расположено на боковой поверхности меза-структуры и на поверхности кремниевой подложки n+-типа электропроводности. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Диод на гетеропереходах металл-полупроводник-металл (мпм) // 2632256

Изобретение относится к быстродействующим диодам. Диод содержит полупроводниковый слой, имеющий первую сторону и противоположную первой стороне вторую сторону, полупроводниковый слой имеет толщину между первой стороной и второй стороной, при этом толщина полупроводникового слоя сравнима со средней длиной свободного пробега носителей заряда, эмитированного в полупроводниковый слой. Диод содержит первый металлический слой, осажденный на первой стороне полупроводникового слоя, второй металлический слой, осажденный на второй стороне полупроводникового слоя, первый гетеропереход между полупроводниковым слоем и первым металлическим слоем или между полупроводниковым слоем и вторым металлическим слоем, причем полупроводниковый слой, первый металлический слой и второй металлический слой выполнены с возможностью осуществления баллистической проводимости носителя заряда из первого металлического слоя через полупроводниковый слой во второй металлический слой. Изобретение обеспечивает получение диода с высокой плотностью тока термоионной эмиссии, высокой нелинейностью и выпрямлением. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Способ изготовления диода с вискером терагерцового диапазона // 2635853

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. Способ изготовления диода с вискером "Меза-подложка" терагерцового диапазона включает нанесение на поверхность гетероэпитаксиальной структуры диэлектрической пленки, в которой по маске фоторезиста травлением до высоколегированного катодного слоя создается окно катодного контакта U-, или О-образной формы, формирование в нем металлизации низкоомного омического катодного контакта с последующим удалением резиста, отжигом и гальваническим утолщением, формирование с использованием тонких резистивных масок на поверхности активных слоев окна анодного контакта микронного или субмикронного диаметра между U-выступами катода, или в центре О-образного катода, удаление в окне анодного контакта слоя диэлектрика, проведение финишных обработок, формирование металлизации анодного контакта, удаление резиста, формирование резистивной маски или маски диэлектрика для травления мезы вокруг площадки с расположенными на ней анодом и катодом, травление мезы как минимум до полуизолирующего слоя подложки, формирование анодной и катодной контактных площадок на полуизолирующем слое у основания мезы, соединение анода со своей контактной площадкой металлическим воздушным мостом, место соединения которого с анодом представляет собой расширенный контакт, выступы поля которого опираются на слой диэлектрика, соединение катода со своей контактной площадкой осуществляется либо металлическим воздушным мостом, либо металлической шиной, лежащей на боковой поверхности мезы или на слое диэлектрика, утонение подложки и разделение на отдельные кристаллы. Согласно способу перед травлением мезы и формированием воздушных мостов на анодном контакте микронных или субмикронных размеров формируется металлический вискер, представляющий собой перевернутый усеченный металлический конус, или усеченную металлическую пирамиду сечением, соединенным с анодным контактом, а широким основанием, соединенным с нависающим над анодом концом воздушного моста, другой конец которого соединен с расположенной на полуизолирующем слое у основания мезы контактной площадкой и формированием ребра жесткости на внешней стороне воздушного моста, причем формирование воздушного моста к аноду и утолщение катода осуществляют на разных технологических этапах. Изобретение обеспечивает упрощение изготовления диода с вискером. 2 ил.