專利名稱：半導體二極管及其方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及到電子學，更確切地說是涉及到制作半導體器件和結構的方法。
背景技術：
過去，半導體工業(yè)利用了各種方法和結構來生產半導體二極管。包括肖特基二極管的半導體二極管被用于許多不同的應用中，特別是可用于電源。在這些應用特別是電源應用中，重要的是二極管要具有低的正向電壓和小的泄漏電流，以便使功率損耗盡可能小并提供高的效率。在許多情況下，二極管的正向電壓不夠低，不足以提供所希望的效率。在其它一些情況下，得到低的正向電壓的代價是增大了泄漏電流或提高了成本。
因此，獲得具有低的正向電壓、小的泄漏電流、以及低的成本的半導體二極管，是可取的。


圖1示意地示出了根據本發(fā)明的肖特基二極管的實施方案的放大剖面部分；圖2示意地示出了在根據本發(fā)明的制作圖1的肖特基二極管的方法的實施方案的早期制造階段中的圖1的肖特基二極管；圖3-5示意地示出了根據本發(fā)明的制作圖1的肖特基二極管的方法的實施方案的后續(xù)制造階段；而圖6示意地示出了根據本發(fā)明的圖1的肖特基二極管部分的實施方案的放大平面圖。
為了說明的簡化和明晰，沒有必要按比例繪制各個圖中的各個元件，且不同的圖中的相同參考號表示相同的元件。此外，為了簡化描述而省略了對眾所周知的步驟和元件的描述和細節(jié)。雖然此處將器件解釋為包括某些N型或P型材料，但本技術領域的一般熟練人員可以理解的是，根據本發(fā)明，互補的器件也是可能的。為了使附圖明晰，器件結構的摻雜區(qū)被示為通常具有直線邊沿和角度準確的角落。但本技術領域的熟練人員理解的是，由于摻雜劑的擴散和激活，摻雜區(qū)的邊沿通常不是直線，且角落不是準確的角度。
具體實施例方式
圖1示意地示出了正向電壓低、泄漏電流小、且成本低的肖特基二極管10的實施方案的放大剖面部分。二極管10包括形成在襯底14第一表面15上的第一陽極46以及形成在襯底14第二表面20上的第二陽極47。二極管10的陰極50也被形成在第一表面15上。在襯底14的二個表面上形成陽極，增大了陽極的面積，從而降低了二極管10的正向電壓而不增大二極管10的尺寸。保持小的二極管10的尺寸，盡可能降低了成本。如本技術熟練人員可以理解的那樣，二極管10的陰極被形成在陽極46與下方襯底材料的界面附近以及陽極47與下方襯底材料的界面附近，且陰極50是能夠形成到二極管10陰極的電接觸的處所。
圖2示意地示出了根據制作二極管10的方法的實施方案的早期階段。N型外延層16被形成在本體半導體襯底11的第一表面12上。層16具有形成第一表面15的外表面。為了保護襯底11，在形成層16的過程中典型地用二氧化硅覆蓋襯底11的第二表面13。
圖3示意地示出了根據制作二極管10的方法的實施方案的后續(xù)制造階段。在形成層16之后，第二外延層17被形成在襯底11的表面13上。層17的外表面形成第二表面20。為了保護層16，在形成層17的過程中典型地用二氧化硅覆蓋襯底16的表面15。在優(yōu)選實施方案中，襯底11是重摻雜的N型材料，而層16和17是摻雜更輕的N型材料。例如，襯底11的電阻率典型地不大于大約0.0024Ωcm。隨后，保護層18被形成在表面15上，且相似的保護層19被形成在層17上。層18和19在后續(xù)加工操作過程中被用作掩模，并在后續(xù)操作中保護下方的半導體材料。層18和19可以是各種材料，包括二氧化硅、氮化硅、或它們的組合。在優(yōu)選實施方案中，層18和19是不小于大約七千(7000)埃的二氧化硅，以便提供所需的保護。在一些實施方案中，掩?？梢杂奢^薄的氧化物層和下方的光抗蝕劑層組成。在這種實施方案中，氧化物可以薄到900?；蛞韵?，并具有厚的下方光抗蝕劑層。窗口21-24隨后被用來形成摻雜區(qū)，這些摻雜區(qū)將用作環(huán)繞陽極46的保護環(huán)。窗口21和24被形成為重疊要形成的陽極46的最外面或遠側邊沿的表面15部分，且窗口22和23被形成為重疊要形成的陽極46的最里面邊沿的表面15部分。同樣，窗口26和27被形成為重疊要形成的陽極47的最外面或遠側邊沿的表面20部分。在優(yōu)選實施方案中，窗口21-24以及26-27被形成為延伸通過各自的層18和19，以便暴露襯底11的部分下方表面。掩模(未示出)通常被涂敷到層18和19，然后被圖形化，以便暴露窗口21-24和26-27位置處的層18和19。窗口26和27典型地各自與窗口21和24對準，但并不要求這種對準。在大多數情況下，雙面對準工具被用來形成和暴露掩模。這種雙面對準工具在本技術領域中是眾所周知的。
然后，摻雜區(qū)29-32通過各自窗口21-24被形成在表面15上，且摻雜區(qū)34-35同樣通過各自窗口26和27被形成在表面20上。在優(yōu)選實施方案中，硼通過窗口21-24和26-27被注入，以便形成摻雜區(qū)29-32和34-35，作為電阻率約為0.3-20.0Ωcm的P型區(qū)。在此優(yōu)選實施方案中，襯底11的部分暴露表面在摻雜劑的激活過程中被氧化。如圖3所示，由于此氧化，絕緣層就被形成在襯底11的表面上以及窗口21-24和26-27內。如以下可以進一步看到的那樣，窗口21-24和26-27內的這一絕緣層在后續(xù)的加工操作過程中將被用作掩模，且最終被用作有助于提供高擊穿電壓的邊沿末端結構部分。而且，在此優(yōu)選實施方案中，層18中的窗口和下方的摻雜區(qū)被形成為封閉結構，致使窗口21和24以及各自的下方摻雜區(qū)29和32成為一個連續(xù)的區(qū)域。同樣，窗口22和23以及下方摻雜區(qū)30和31，還有窗口26和27以及下方摻雜區(qū)34和35，也是一個封閉結構。
在其它實施方案中，部分層18可以留在窗口21-24的底部，而不是使窗口21-24延伸通過層18。同樣，部分層19可以留在窗口26和27的底部。在一個示例性實施方案中，大約3000埃被留在窗口21-24和26-27的底部。
參照圖4，為了形成窗口60來暴露要形成陽極46的第一部分處的部分表面15，清除了從大致區(qū)域29跨越表面15延伸到區(qū)域30的部分層18。同樣，在形成窗口61來暴露要形成陽極46的第二部分處的另一部分表面15的相同的過程中，清除了從大致區(qū)域31延伸到區(qū)域32的部分層18。同樣，為了形成窗口62來暴露要形成陽極47的部分表面20，清除了從大致區(qū)域34跨越表面20延伸到區(qū)域35的部分層19。典型地說，窗口60延伸以暴露部分區(qū)域29和30，窗口61延伸以暴露部分區(qū)域31和32，窗口62延伸以暴露部分區(qū)域34和35。窗口60、61、62優(yōu)選暴露各個窗口29和30、31和32、34和35的大約一半。清除區(qū)域29-30之間以及區(qū)域31-32之間的各部分層18，在表面15上留下了各部分18作為各個邊沿末端結構36-37以及38-39。同樣，清除區(qū)域34-35之間的部分層19，在表面20上留下了邊沿末端結構40和41。此外，窗口44被形成為通過摻雜區(qū)30和31之間且優(yōu)選為結構37和38之間的部分層18。窗口44被形成為延伸通過層18并暴露部分襯底11以便確保到襯底11的低阻電接觸。窗口44與區(qū)域30和31之間的距離決定于二極管10所希望的擊穿電壓。典型地說，窗口44離區(qū)域30和31約為2-50微米。
參照圖5，陽極46被形成在邊沿末端結構36和37之間以及邊沿末端結構38和39之間的表面15的暴露部分上。在優(yōu)選實施方案中，掩模(未示出)被涂敷來保護窗口44，然后涂敷肖特基勢壘材料的滿鋪層來覆蓋表面15的暴露部分。同樣，涂敷肖特基勢壘材料的滿鋪層來覆蓋結構40和41之間的表面20。此肖特基勢壘材料可以是形成肖特基勢壘的任何一種材料。例如，此材料可以是鎳-鉑、鎳、鉻、鈦、或鉑。對于要求加熱來形成肖特基勢壘的情況，二極管10被加熱，致使部分材料擴散進入到層16和17中，從而以金屬硅化物區(qū)域的形式形成陽極46和47。
再次參照圖1，在形成陽極46和47之后，導體51和52被形成為與陽極46電接觸。相似的導體53被形成為與陽極47電接觸，且陰極50被形成在窗口44中與襯底11電接觸。典型地說，多層金屬結構的滿鋪層被涂敷并圖形化，來形成陰極50和導體51-53。在優(yōu)選實施方案中，此導體材料是鈦鎢層-鎳釩層-鋁層。在此優(yōu)選實施方案中，在清除暴露部分的過程中，涂敷掩模(未示出)來保護陰極50和導體51-53，以便留下陰極50和導體51-53。
圖6示意地示出了二極管10在形成陰極50和導體51-53之前的放大平面圖。此平面圖示出了結構36和39、結構37和38、摻雜區(qū)29和32、摻雜區(qū)30和31、以及陽極46的封閉結構布局。如從此平面圖可見，窗口44位于二極管10的中部，且邊沿末端結構37和38將窗口44分隔于摻雜區(qū)30和31。陽極46延伸跨越襯底11的表面直至并侵入到摻雜區(qū)29和32中。邊沿末端結構36和39環(huán)繞陽極46的外面。在某些實施方案中，窗口44的尺寸可以約為2-1200平方微米。
如本技術領域熟練人員可以理解的那樣，窗口44和各個陰極50可以被形成為許多不同的圖形。例如，窗口44和陰極50可以是圓形或任何其它的形狀。此外，窗口44和陰極50可以位于陽極46的不同部分中，而不一定位于陽極46的中心。而且，二極管10可以具有許多窗口44和分布貫穿陽極46的各個陰極50，而不是單個窗口44和陰極50。雖然對于肖特基二極管描述了此方法，但此方法也可以被用來制作結型二極管。例如，陽極46和47可以是摻雜區(qū)而不是肖特基勢壘材料。
權利要求
1.一種制作二極管的方法，它包含提供具有第一表面和第二表面的襯底；在襯底的第一表面上形成二極管的第一陽極；以及在襯底的第二表面上形成二極管的第二陽極。
2.權利要求1的方法，還包括在襯底的第一表面上形成二極管的第一陰極。
3.權利要求2的方法，還包括在襯底的第二表面上形成二極管的第二陰極。
4.權利要求1的方法，其中，提供具有第一表面和第二表面的襯底包括提供具有第一表面和第二表面的第一導電類型的本體半導體襯底、在第一表面上形成第一導電類型的第一外延層、以及在第二表面上形成第一導電類型的第二外延層。
5.權利要求1的方法，其中，在襯底的第一表面上形成二極管的第一陽極包括在第一表面的第一部分上形成硅化物，還包括在第一表面的第二部分中形成窗口，并通過此窗口電接觸二極管的陰極。
6.一種二極管，它包含具有第一表面和第二表面的襯底；第一表面上的第一陽極；以及第二表面上的第二陽極。
7.權利要求6的二極管，還包括環(huán)繞二極管陰極的第一摻雜區(qū)。
8.權利要求6的二極管，還包括第一表面上的第一陰極。
9.權利要求8的二極管，還包括第二表面上的第二陰極。
10.權利要求8的二極管，其中，第一陰極包括第一表面中的窗口以及窗口內至襯底的電接觸。
全文摘要
在一個實施方案中，二極管被制作成在半導體襯底二個表面上具有陽極。
文檔編號H01L29/872GK1822332SQ20051011355
公開日2006年8月23日 申請日期2005年10月17日 優(yōu)先權日2004年10月18日
發(fā)明者約翰·D·莫蘭, 布蘭卡·E·克魯索, 約瑟·R·莫雷諾 申請人:半導體元件工業(yè)有限責任公司