專利名稱：Pn結(jié)和肖特基結(jié)混合式二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件及其制備方法，更具體的說，涉
及二極管及其制備方法。
背景技術(shù)：
采用擴散、合金、離子注入等制造工藝，可以在一塊半導(dǎo)體中獲得不同摻雜的兩個區(qū)域， 一邊成為施主占優(yōu)勢的N型半導(dǎo)體，另一邊成為受主占優(yōu)勢的P型半導(dǎo)體，P型區(qū)和N型區(qū)之間的冶金學(xué)邊界稱為PN結(jié)。 PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dāng)正向偏壓超過閾值電壓，PN結(jié)開始導(dǎo)通。電流隨著電壓成指數(shù)增長。外加反向電壓時，漏電流很小并且飽和，反向電壓超過擊穿電壓時，將發(fā)生擊穿現(xiàn)象，電流突然增大。 PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定。 一是勢壘電容，二是擴散電容。平衡時，PN結(jié)勢壘區(qū)中存在電荷，加正偏壓時勢壘寬度減小，多子流入空間電荷區(qū)，相當(dāng)于電容充電；加負(fù)偏壓時勢壘寬度增大，空間電荷區(qū)載流子流出成為耗盡區(qū)，相當(dāng)于電容放電，此為勢壘電容。PN結(jié)擴散區(qū)少子電荷會隨偏壓變化，可以把它看成電容，此即擴散電容。勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。 金屬和半導(dǎo)體接觸，可以分為整流接觸和歐姆接觸。實際上，若半導(dǎo)體摻雜濃度很高，則一般形成歐姆接觸，無論加正偏壓還是負(fù)偏壓，都表現(xiàn)出較低的阻抗。反之，則形成整流接觸，整流接觸的金半結(jié)又稱為肖特基結(jié)。 半導(dǎo)體的逸出功一般比金屬的小，故當(dāng)金屬與半導(dǎo)體(以N型為例)接觸時，電子就從半導(dǎo)體流入金屬，在半導(dǎo)體表面層內(nèi)形成一個由帶正電不可移動的雜質(zhì)離子組成的空間電荷區(qū)，在此區(qū)中存在一個由半導(dǎo)體指向金屬的電場，形成一個肖特基勢壘。電子必須具有高于這一勢壘的能量才能越過勢壘流入金屬。當(dāng)平衡時，肖特基勢壘的高度是金屬和半導(dǎo)體的逸出功的差值。當(dāng)金屬接正電壓時，空間電荷區(qū)中的電場減小，勢壘降低，載流子容易通過；反之勢壘升高，載流子不易通過。因此肖特基結(jié)具有單向?qū)щ姷恼魈匦?。肖特基結(jié)也有與PN結(jié)較為相似的電容特性。 PN結(jié)外加偏壓突然改變方向時，少數(shù)載流子不能立即被去除，開關(guān)速度收到這種少數(shù)載流子儲存效應(yīng)的限制。而肖特基結(jié)中電流是由多子傳導(dǎo)的，由于沒有少數(shù)載流子的儲存，貯存時間可以忽略不計，因此，頻率僅受RC時間常數(shù)限制。由于這個原因，肖特基結(jié)開關(guān)時間更加理想。 由于多子電流高于少子電流，肖特基結(jié)中飽和電流遠(yuǎn)高于具有同樣面積的PN結(jié)。因此，對于同樣的電流，肖特基結(jié)上的正向壓降比PN結(jié)上的低。肖特基結(jié)的開啟電壓低于PN結(jié)，肖特基結(jié)的反向電流則高于PN結(jié)。另外，肖特基結(jié)上常存在額外的漏電流和軟擊穿，不利于器件的制造。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出一種二極管，該二極管同時具有開關(guān)速度快、漏電流小，擊 穿電壓高等優(yōu)點。
同時，本發(fā)明提供一種上述二極管的制備方法。 本發(fā)明提出的二極管，是一種PN結(jié)和肖特基結(jié)混合式二極管。其結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體 襯底、該半導(dǎo)體襯底上與其摻雜類型相反的區(qū)域A、導(dǎo)體層B，所述半導(dǎo)體襯底與所述區(qū)域A 接觸處形成PN結(jié)，所述導(dǎo)體層B同時與所述半導(dǎo)體襯底和所述區(qū)域A接觸，所述導(dǎo)體層B 與所述半導(dǎo)體襯底形成肖特基結(jié)，所述導(dǎo)體層B與所述區(qū)域A形成歐姆接觸。
優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體襯底是硅、鍺、鍺硅合金、SOI結(jié)構(gòu)或GOI結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體襯 底的摻雜濃度在lxl014 lX1019Cm—3之間。 優(yōu)選地，所述區(qū)域A的摻雜濃度高于所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度。 優(yōu)選地，所述導(dǎo)體層B為金屬或金屬和所述半導(dǎo)體襯底形成的金屬化合物。 優(yōu)選地，所述的金屬化合物為硅化鎳、鍺化鎳、硅化鈷、鍺化鈷、硅化鈦、鍺化鈦、硅
化鉑、鍺化鉑中的任意一種或者為它們之中幾種的混合物。 本發(fā)明提出制造二極管的方法，包括首先在半導(dǎo)體襯底上生長一層絕緣層，用光 刻和刻蝕的方法在該絕緣層中形成窗口 ；淀積一層阻擋層，然后用各向異性干法刻蝕方法 除去大部分阻擋層，只在窗口邊緣區(qū)域留下由該阻擋層形成的側(cè)墻；用擴散或者離子注入 等方法在所述半導(dǎo)體襯底上形成PN結(jié)，然后刻蝕除去留存的側(cè)墻；在襯底表面淀積一層金 屬，退火后除去未與上述半導(dǎo)體襯底反應(yīng)的金屬，留下覆蓋全部窗口區(qū)域的導(dǎo)體層。
優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體襯底是硅、鍺、鍺硅合金、S01結(jié)構(gòu)或GOI結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，所述阻擋層與所述絕緣層為不同種材料。 優(yōu)選地，所述金屬為鎳、鈷、鈦、鉑中的任意一種，或者為它們之中幾種的混合物。
優(yōu)選地，所述導(dǎo)體層為硅化鎳、鍺化鎳、硅化鈷、鍺化鈷、硅化鈦、鍺化鈦、硅化鉑、 鍺化鉑中的任意一種，或者它們之中幾種的混合物。 本發(fā)明方法制造的二極管結(jié)構(gòu)包括由PN結(jié)和肖特基結(jié)組成的混合結(jié)，所述二極
管結(jié)構(gòu)具有工作電流高、開關(guān)速度快、漏電流小，擊穿電壓高和制備工藝簡單等優(yōu)點。
這些目標(biāo)以及本發(fā)明的內(nèi)容和特點，將經(jīng)過下面的的


進(jìn)行詳細(xì)的講解

圖1是本發(fā)明一個實例使用的半導(dǎo)體襯底的截面示意圖。 圖2是繼圖一后在半導(dǎo)體襯底上生長絕緣層后的截面示意圖。 圖3是繼圖二后通過光刻和刻蝕方法在絕緣層中形成窗口的截面示意圖。 圖4是繼圖三后生長阻擋層后的截面示意圖。 圖5是繼圖四進(jìn)行刻蝕步驟后的截面示意圖。 圖6是繼圖五后形成PN結(jié)后的截面示意圖。 圖7是繼圖六后去掉側(cè)墻后的截面示意圖。 圖8是繼圖七后淀積金屬后的截面示意圖。 圖9是繼圖八后完成工藝步驟后形成的混合結(jié)二極管的截面示意圖。
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下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提出的PN結(jié)與肖特基結(jié)混合式二極管結(jié)構(gòu)與制造工藝進(jìn) 行詳細(xì)的描述。后面的描述中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的組件，對其重復(fù)描述將省略。在 后面的參考附圖中，為了方便說明，放大或者縮小了不同層和區(qū)域的尺寸，所以所示大小并 不一定代表實際尺寸，也不反映尺寸的比例關(guān)系。 圖1是本發(fā)明一個實例中使用的半導(dǎo)體襯底的截面示意圖。首先準(zhǔn)備硅襯底101 并完成生長前的各項工藝如清洗和去除硅表面的天然二氧化硅薄層等。在該實例中，所述 的半導(dǎo)體襯底為單晶硅。 如圖2所示，在襯底上生長一層絕緣層202，如二氧化硅或氮化硅等。然后用光刻
和刻蝕的方法在希望形成二極管的區(qū)域去掉絕緣層，形成窗口 ，此時截面形狀如圖3所示。 如圖4所示，在襯底上生長一層阻擋層403，為了在后續(xù)的去除該阻擋層403步驟
中對絕緣層202擁有選擇性，阻擋層403與絕緣層202應(yīng)為不同種的材料。 用各向異性干法刻蝕的方法除去大部分阻擋層403，僅保留窗口邊緣的部分，刻蝕
后的截面如圖5所示，阻擋層403被刻蝕后形成沿著窗口邊緣的側(cè)墻結(jié)構(gòu)413。 如圖6所示，使用擴散或離子注入等方法，在半導(dǎo)體硅襯底101表面形成雜質(zhì)類型
與襯底相反、摻雜濃度較高的區(qū)域604，若半導(dǎo)體硅襯底101為N型摻雜則區(qū)域604為高摻
雜的P型，若半導(dǎo)體硅襯底101101為P型摻雜則604為高摻雜的N型，即在原半導(dǎo)體襯底
101和新形成的區(qū)域604之間形成一個PN結(jié)。 如圖7所示，用干法刻蝕或者濕法腐蝕等方法去掉側(cè)墻413，裸露出窗口底部的半 導(dǎo)體襯底表面。 接著，如圖8所示，在襯底上淀積一層金屬805，退火后除去未反應(yīng)的金屬，如圖9 所示，襯底表面形成一層金屬硅化物906。金屬硅化物906覆蓋整個窗口底部的半導(dǎo)體襯 底表面，同時與原先的半導(dǎo)體襯底101和新形成的高摻雜半導(dǎo)體區(qū)域604接觸。由于新形 成的半導(dǎo)體區(qū)域604摻雜濃度很高，其與金屬硅化物906之間形成歐姆接觸；而原先的半 導(dǎo)體襯底101摻雜濃度較低，其與金屬硅化物906之間形成肖特基接觸。金屬805可以為 鎳、鈷、鈦、鉑中的任意一種或者為它們之間的混合物，退火之后，金屬805和硅襯底反應(yīng)形 成相應(yīng)的金屬硅化物硅化鎳、硅化鈷、硅化鈦、硅化鉑或者它們之間的混合物；如果半導(dǎo) 體襯底為鍺，則金屬805和鍺襯底形成相應(yīng)的金屬鍺化物。 在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上，也可以選用其他工藝方法形成成金屬硅化物層 906。 在以上實例中，為了保證金屬硅化物906與襯底101之間形成肖特基結(jié)，襯底101 的初始摻雜濃度需控制在lxl014 lX1019Cm—3 ;為了保證金屬硅化物906與新形成的高摻雜 區(qū)域604之間形成歐姆接觸，區(qū)域604的摻雜濃度一般應(yīng)高于lxl019cm—3。特別需要說明的 是，本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體襯底101不限定于硅襯底，還可包括鍺，硅鍺合金，SOI(絕緣體 上的硅)或GOI(絕緣體上的鍺)結(jié)構(gòu)等。 上面所說的工藝流程和方法可以根據(jù)實際應(yīng)用的不同進(jìn)行組合，也就是說，上面 所說的工藝步驟和方法可以在不偏離本發(fā)明精神和內(nèi)容的情況下根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào) 整。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施 例。
權(quán)利要求
一種PN結(jié)和肖特基結(jié)混合式二極管，其特征在于該二極管結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底、該半導(dǎo)體襯底上與其摻雜類型相反的區(qū)域A、導(dǎo)體層B，所述半導(dǎo)體襯底與所述區(qū)域A接觸處形成PN結(jié)，所述導(dǎo)體層B同時與所述半導(dǎo)體襯底和所述區(qū)域A接觸，所述導(dǎo)體層B與所述半導(dǎo)體襯底形成肖特基結(jié)，所述導(dǎo)體層B與所述區(qū)域A形成歐姆接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述二極管，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底是硅、鍺、鍺硅合金、SOI結(jié)構(gòu)或GOI結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度在lxl014 lX1019Cm—3之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述二極管，其特征在于所述區(qū)域A的摻雜濃度高于所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述二極管，其特征在于所述導(dǎo)體層B為金屬，或金屬和所述半導(dǎo)體襯底形成的金屬化合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述二極管，其特征在于所述的金屬化合物為硅化鎳、鍺化鎳、硅化鈷、鍺化鈷、硅化鈦、鍺化鈦、硅化鉑、鍺化鉑中的任意一種，或者為它們之中幾種的混合物。
6. —種如權(quán)利要求1所述二極管的制備方法，其特征在于具體步驟為首先在半導(dǎo)體襯底上生長一層絕緣層，用光刻和刻蝕的方法在該絕緣層中形成窗口 ；淀積一層阻擋層，然后用各向異性干法刻蝕方法除去大部分阻擋層，只在窗口邊緣區(qū)域留下由該阻擋層形成的側(cè)墻；用擴散或者離子注入方法在所述半導(dǎo)體襯底上形成PN結(jié)，然后刻蝕除去留存的側(cè)墻；在襯底表面淀積一層金屬，退火后除去未與上述半導(dǎo)體襯底反應(yīng)的金屬，留下覆蓋全部窗口區(qū)域的導(dǎo)體層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底是硅、鍺、鍺硅合金、S01結(jié)構(gòu)或GOI結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述阻擋層與所述絕緣層為不同種材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述金屬為鎳、鈷、鈦、鉑中的任意一種，或者為它們之中幾種的混合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)體層為硅化鎳、鍺化鎳、硅化鈷、鍺化鈷、硅化鈦、鍺化鈦、硅化鉬、鍺化鉬中的任意一種，或者它們之中幾種的混合物。
全文摘要
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種PN結(jié)和肖特基結(jié)混合式二極管及其制備方法。該二極管包括半導(dǎo)體襯底、該半導(dǎo)體襯底上與其摻雜類型相反的區(qū)域A、導(dǎo)體層B，所述半導(dǎo)體襯底與所述區(qū)域A接觸處形成PN結(jié)，所述導(dǎo)體層B同時與所述半導(dǎo)體襯底和所述區(qū)域A接觸，所述導(dǎo)體層B與所述半導(dǎo)體襯底形成肖特基結(jié)，所述導(dǎo)體層B與所述區(qū)域A形成歐姆接觸。本發(fā)明的二極管具有工作電流高、開關(guān)速度快、漏電流小、擊穿電壓高和制備工藝簡單等優(yōu)點。
文檔編號H01L29/861GK101771088SQ20101002306
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者吳東平, 張世理, 樸穎華 申請人:復(fù)旦大學(xué)