專利名稱：一種肖特基二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明本發(fā)明屬于整流器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新結(jié)構(gòu)的肖特基二極管，尤
其涉及一種具有更大的反向擊穿電壓和更小的反向漏電流的肖特基二極管。
背景技術(shù)：
肖特基二極管是二極管大類中的一個(gè)分支，一般由金屬或類金屬的化合物與半導(dǎo) 體接觸而成。由于界面處能帶的不連續(xù)性，注入的載流子具有多余的能量，所以該結(jié)構(gòu)也稱 為熱載流子二極管或者熱電子二極管。和其他類型的二極管一樣，肖特基二極管的基本特 性是在正向工作時(shí)表現(xiàn)為很低的電阻，而在反向工作時(shí)表現(xiàn)為很高的電阻。
該器件的應(yīng)用最早可以追溯到19世紀(jì)。1874年Braun發(fā)現(xiàn)在銅和鐵的硫化物之間 導(dǎo)電性能存在不對(duì)稱性。隨后在整流機(jī)制并沒(méi)有得到清晰認(rèn)識(shí)的情況下，Pickard在1906 年得到了用硅作點(diǎn)接觸二極管的專利。1907年P(guān)ierce發(fā)表論文，闡明了將金屬噴涂到各種 半導(dǎo)體上做成的二極管的整流特性。隨后的二十年里，"觸須式"整流器的推廣應(yīng)用了廣播 事業(yè)的極大發(fā)展。1938年，Schottky和Mott分別獨(dú)自實(shí)現(xiàn)了用半導(dǎo)體表面空間電荷形成 勢(shì)壘并提出了獨(dú)立的理論模型。1942年Bethe系統(tǒng)地闡述了熱電子發(fā)射理論。該理論在 1966年由Crowell和Sze加以完善。1968年，L印selter等人率先使用硅化物替代硅表面 的金屬。1984年，T皿g開(kāi)發(fā)出外延硅化物工藝，提出了對(duì)本征金屬-半導(dǎo)體特性的新見(jiàn)解。
肖特基二極管不同于PN結(jié)二極管的特點(diǎn)在于，正向開(kāi)啟電壓低，導(dǎo)通電流大，同 時(shí)開(kāi)關(guān)速度由于不存在少子貯存效應(yīng)而快于PN結(jié)二極管。相對(duì)地，在反向性能方面，傳統(tǒng) 的肖特基二極管一般性能不如PN結(jié)二極管，表現(xiàn)在漏電流較大，擊穿電壓較低。
從集成電路的發(fā)展趨勢(shì)看，出于節(jié)省功耗的考慮，一方面，電路的工作電壓越來(lái)越 低，這就要求單個(gè)器件的開(kāi)啟電壓相應(yīng)降低，而肖特基二極管在低開(kāi)啟電壓方面的優(yōu)勢(shì)明 顯；另一方面，器件關(guān)態(tài)的漏電也是功耗的一個(gè)部分，對(duì)于肖特基二極管，減小反向漏電就 成為了一個(gè)課題。另外，對(duì)于功率二極管，人們還希望它們能承受很高的反向電壓而不被擊 穿。 不幸的是，上述的良好正向和反向特性對(duì)于傳統(tǒng)的肖特基二極管而言是不可同時(shí) 兼得的。對(duì)于肖特基二極管的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)肖特基勢(shì)壘高度(Schottky Barrier Height, SBH)和半導(dǎo)體摻雜濃度而言，降低SBH可以得到更小的開(kāi)啟電壓，但會(huì)導(dǎo)致更大的反向漏 電，反之亦然。升高半導(dǎo)體摻雜濃度可以得到更小的開(kāi)啟電壓，但由于半導(dǎo)體內(nèi)碰撞電離效 應(yīng)的加劇會(huì)導(dǎo)致反向更容易被擊穿，反之亦然。 1994年Baliga等人在專利"Schottky barrier reetifier with MOS trench，，(US PatentNO. 5， 365， 102)中提出Trench Mos Barrier Schottky rectifier (TMBS)概念，改變 了傳統(tǒng)肖特基二極管平面金半接觸的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而使用橫向的金屬氧化層結(jié)構(gòu)包圍矩形的半 導(dǎo)體導(dǎo)電溝槽，同時(shí)獲得了良好的正向和反向特性。TMBS的結(jié)構(gòu)圖以及電學(xué)特性圖由圖1 至圖3示出，均引自前述'102patent。 對(duì)TMBS的模擬結(jié)果顯示，在反向偏置下，導(dǎo)電溝槽的邊緣介質(zhì)層拐角處等勢(shì)線最為密集(圖4)，亦即電場(chǎng)強(qiáng)大最大。因此反向電壓加至一定程度時(shí)擊穿首先發(fā)生在這里。 該效應(yīng)對(duì)于獲取更好的反向特性是不利的。本發(fā)明的指導(dǎo)思想在于使用非矩形的導(dǎo)電溝槽 以避免上述的介質(zhì)層拐角處電場(chǎng)集中效應(yīng)，從而改善器件的反向特性，即增大器件的反向 擊穿電壓，以及減小未擊穿時(shí)器件的漏電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能改善方向特性，即減小漏電流并提高擊穿電壓的肖特
基二極管。 本發(fā)明提出的肖特基二極管采用非矩形的導(dǎo)電溝槽，降低原TMBS介質(zhì)層拐角處 的大電場(chǎng)，從而改善肖特基二極管的反向特性。具體結(jié)構(gòu)包括 第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體構(gòu)成的第一區(qū)域，稱為襯底，襯底下方為第一種金 屬構(gòu)成的導(dǎo)電陰極。 第一導(dǎo)電類型的輕摻雜半導(dǎo)體構(gòu)成的第二區(qū)域，覆蓋于第一區(qū)域的上表面。左右
相對(duì)地刻蝕出溝槽，溝槽沿某角度傾斜，底部呈現(xiàn)鈍角或圓弧。兩條相對(duì)溝槽之間所夾的輕
摻雜半導(dǎo)體區(qū)域稱為平臺(tái)，本發(fā)明中平臺(tái)的特征是底部呈現(xiàn)鈍角或圓弧。 第一種介質(zhì)構(gòu)成的第三區(qū)域，覆蓋于前述平臺(tái)兩側(cè)壁的上表面及其余第二區(qū)域半
導(dǎo)體的上表面。 第二種金屬構(gòu)成的導(dǎo)電陽(yáng)極，覆蓋于第三區(qū)域的上表面及平臺(tái)頂部之上表面。 所述的第一導(dǎo)電類型可以為N型。 所述的重?fù)诫s半導(dǎo)體的摻雜濃度在1 X 1017cm—3以上。 所述的輕摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃度在1 X 1017cm—3以下。 所述的輕摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃度是線性分布?；蛘咚龅妮p摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃 度是階梯分布。或者所述的輕摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃度是類高斯分布。
所述的第二區(qū)域的寬度大于0. 1 ii m，小于20 ii m。
所述的第三區(qū)域的厚度大于0. 1 ii m，小于2 ii m。 上述第一導(dǎo)電類型通常是N型，重?fù)诫s的典型值是1 X 102°cm—3，輕摻雜的典型值是 1 X 1016cm—3，但本發(fā)明不限于使用這些值。 上述第一種介質(zhì)通常是指Si(^，但本發(fā)明不限于使用該介質(zhì)Si02。 另外，如前述定義的平臺(tái)區(qū)域也可不由刻蝕溝槽行成。如外延生長(zhǎng)等技術(shù)也可形
成前述平臺(tái)區(qū)域。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)詳述于如后的"具體實(shí)施方式
"中。


圖1為引自US Patent NO. 5， 365， 102的TMBS結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖2為引自US Patent NO. 5， 365， 102的TMBS反向I_V特性圖。
圖3為引自US Patent NO. 5， 365， 102的TMBS正向I_V特性圖。
圖4為TMBS在陽(yáng)極偏置_50V時(shí)的等勢(shì)線圖。
圖5為本發(fā)明的Mesa TMBS的實(shí)例結(jié)構(gòu)剖面圖。 圖6為本發(fā)明的Mesa TMBS的實(shí)例中，_100V偏置時(shí)，在左右對(duì)稱中軸線上從上至下的電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖，作為對(duì)比，同時(shí)示出了擁有相同半導(dǎo)體摻雜濃度與SBH的平面SBD電 場(chǎng)強(qiáng)度分布。 圖7為本發(fā)明的Mesa TMBS的實(shí)例在陽(yáng)極偏置_50V時(shí)的等勢(shì)線圖。 圖8為本發(fā)明的Mesa TMBS的實(shí)例的正向I-V特性圖，作為對(duì)比，同時(shí)示出了擁有
相同半導(dǎo)體摻雜濃度與SBH的平面SBD和TMBS的正向I_V特性。 圖9為本發(fā)明的Mesa TMBS的實(shí)例的反向I-V特性圖，作為對(duì)比，同時(shí)示出了擁有 相同半導(dǎo)體摻雜濃度與SBH的平面SBD和TMBS的反向I_V特性。 圖中標(biāo)號(hào)501第一種金屬，502第一種導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體，503第一種導(dǎo)電 類型的輕摻雜半導(dǎo)體，504第一種介質(zhì)，505第二種金屬，523為502與503的界面，535為 503與505的界面。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)更加易于理解，此處參照?qǐng)D5詳述一較佳實(shí)例如下。然 而，本發(fā)明不應(yīng)被限于使用下述實(shí)例中的方法實(shí)現(xiàn)。 圖5示出了按本發(fā)明思路設(shè)計(jì)的一種肖特基二極管的剖面結(jié)構(gòu)圖。整個(gè)器件寬度 為5ym，從下至上包含以下材料層 第一種金屬(此例為Al)構(gòu)成的陰極501，厚度300nm。 第一種導(dǎo)電類型(此例為N型)的重?fù)诫s(此例為1 X 102°cm—3)半導(dǎo)體(此例為 硅Si)502，厚度500iim。第一種導(dǎo)電類型(此例為N型)的輕摻雜(此例為1 X 1016cm—3)半導(dǎo)體(此例為 硅Si)503，平臺(tái)頂535寬度a為800nm，平臺(tái)底寬度b為3200nm，平臺(tái)斜邊與底邊夾角y為 78. 7° ，從平臺(tái)底到界面523之間的厚度c為2000nm。
第一種介質(zhì)(此例為二氧化硅Si02) 504，厚度為1000nm。 第二種金屬(此例為鎳鉑合金NiPt)505，位于平臺(tái)頂535之上的部分厚度d為 300nm。 第一種金屬(Al)與襯底重?fù)诫s半導(dǎo)體(N型硅)形成歐姆接觸。 第二種金屬(NiPt)與平臺(tái)頂535的輕摻雜半導(dǎo)體(N型硅)形成肖特基接觸，本
例中肖特基勢(shì)壘高度(SBH)為0. 782eV。 介質(zhì)層(Si02)504的作用與習(xí)知的MOS電容中的氧化層類似，當(dāng)在陽(yáng)極施加正或 負(fù)的偏置電壓時(shí)，在503靠近504的一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，進(jìn)而影響該區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)分
布。對(duì)于本例的參數(shù)設(shè)置，當(dāng)陽(yáng)極偏壓為-ioov時(shí)，沿平臺(tái)中線從上至下的電場(chǎng)強(qiáng)度分布如
圖6所示，圖6還參考性地示出了傳統(tǒng)平面肖特基二極管(Parallel Plane SBD)-100V偏
置時(shí)的電場(chǎng)分布?？梢钥闯鲇捎诮橘|(zhì)層的電荷感應(yīng)作用，使得金半接觸表面峰值電場(chǎng)降低，
總的偏壓有部分由更深處的半導(dǎo)體承擔(dān)，從而使整個(gè)器件更難被擊穿。 圖7示出了 _5(^偏置時(shí)的等勢(shì)線分布，和圖4對(duì)比可以看出，在拐角處的等勢(shì)線
更加稀疏，亦即此處的電場(chǎng)更小。這反映了非矩形的(此處為梯形)平臺(tái)區(qū)域相對(duì)于矩形
的TMBS的優(yōu)勢(shì)，即減小了拐角處的電場(chǎng)集中(Field crowding)效應(yīng)，從而使器件更難被擊穿。 圖8和圖9示出了對(duì)按本例設(shè)計(jì)參數(shù)的Mesa TMBS進(jìn)行模擬給出的正反向I-V特性。圖中還參考性地示出了相同半導(dǎo)體摻雜濃度(此例為lX1016cm—3)和相同 SBH(O. 782eV)的傳統(tǒng)平面肖特基二極管以及TMBS的相應(yīng)I_V特性。從圖8和圖9可以 看出，本例的正向特性與TMBS近似，略好于平面SBD ;本例的反向特性好于TMBS以及平面 SBD，表現(xiàn)在反向漏電流小以及擊穿電壓高。另夕卜，由于引入了介質(zhì)層，TMBS和Mesa TMBS并 非全部面積都用于導(dǎo)電，所以圖8和圖9中的電流密度J是按工藝占用面積而非導(dǎo)電面積 計(jì)算的。 本發(fā)明雖然以較佳實(shí)例公開(kāi)如上，但并不限制于上文所述的方法。在不脫離本發(fā) 明的核心精神范圍內(nèi)，熟知本項(xiàng)發(fā)明的制造工藝者均可能做些許改動(dòng)或潤(rùn)飾。故本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)以本專利申請(qǐng)權(quán)利要求書(shū)中所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種肖特基二極管，其特征在于該肖特基二極管的結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體構(gòu)成的第一區(qū)域；第一金屬構(gòu)成的導(dǎo)電陰極，鄰接于第一區(qū)域的下表面；第一導(dǎo)電類型的輕摻雜半導(dǎo)體構(gòu)成的第二區(qū)域，覆蓋于第一區(qū)域的上表面；兩條溝槽，相對(duì)地位于第二區(qū)域的左右兩側(cè)，溝槽沿某角度傾斜，溝槽底部呈現(xiàn)鈍角或圓??；第一種介質(zhì)構(gòu)成的第三區(qū)域，覆蓋于前述的兩條溝槽內(nèi)除第二區(qū)域頂部平臺(tái)外的第二區(qū)域的上表面；第二種金屬構(gòu)成的導(dǎo)電陽(yáng)極，覆蓋于第三區(qū)域的上表面，及第二區(qū)域未被第三區(qū)域覆蓋的上表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述的第一導(dǎo)電類型為N型。
3. 如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述的重?fù)诫s半導(dǎo)體的摻雜濃度 在lX1017cm—3以上。
4. 如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述的輕摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃度 在lX1017cm—3以下。
5. 如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述的輕摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃度 是線性分布，或者是階梯分布，或者是類高斯分布。
6. 如權(quán)利要求l所述的肖特基二極管，其特征在于，所述第二區(qū)域的寬度大于O. lym， 小于20iim。
7. 如權(quán)利要求l所述的肖特基二極管，其特征在于，所述第三區(qū)域的厚度大于O. lym， 小于2 ii m。
8. 如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，所述第二區(qū)域和第三區(qū)域所形成 的夾角中的銳角大于45。，小于90° 。
全文摘要
本發(fā)明屬于整流器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種新結(jié)構(gòu)的肖特基二極管。該結(jié)構(gòu)使用非矩形溝槽狀導(dǎo)電通道，提升器件反向性能。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)產(chǎn)品，能耐受更大的反向電壓，且在擊穿前具有更小的漏電流，具有更高的正反電流比，同時(shí)幾乎不損失正向的驅(qū)動(dòng)能力。
文檔編號(hào)H01L29/36GK101710593SQ20091019905
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者李惟一, 茹國(guó)平, 蔣玉龍, 阮剛 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)