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)明屬于整流器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種肖特基二極管，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Braim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，khottky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，Timg開發(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，正向開啟電壓低，導(dǎo)通電流大，同時(shí)開關(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越低，這就要求單個(gè)器件的開啟電壓相應(yīng)降低，而肖特基二極管在低開啟電壓方面的優(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 rectifier with MOS trench” (US Patent NO. 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’ 102 patent。對(duì)TMBS的器件模擬結(jié)果顯示，在反向偏置下，在拐角區(qū)域存在極強(qiáng)的電場(chǎng)峰。因此反向電壓加至一定程度時(shí)擊穿首先發(fā)生在這里。該電場(chǎng)匯聚效應(yīng)對(duì)于獲取更好的反向特性是不利的。原因是大電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致雪崩擊穿。本發(fā)明的指導(dǎo)思想在于使用圓弧形的導(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，采用圓弧形的導(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，溝槽豎直，底部呈現(xiàn)圓弧形狀。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)圓弧形狀。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。保持溝槽底部的持圓弧形狀。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。上述肖特基二極管中 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5 X IO17 cm—3以上。所述的輕摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃度在5 X IO17 cm—3以下。所述的輕摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃度是均勻分布，或者是線性分布，或者是階梯分布， 或者是類高斯分布，或者是任意分布。所述第二區(qū)域的寬度大于0. 1 μ m，小于20 μ m。所述第三區(qū)域的厚度大于0. 1 μ ，小于2 μ 。所述第二區(qū)域和第三區(qū)域中包含的圓弧曲率半徑分別大于0. 1 μπι，小于2 μπι。上述第一導(dǎo)電類型通常是N型，重?fù)诫s的典型值是IX 102° cm—3，輕摻雜的典型值是IXlO"5 cm_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SiO2,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)明使用圓弧形的導(dǎo)電溝槽，避免了原有的介質(zhì)層拐角處電場(chǎng)集中效應(yīng)，從而增大了器件的反向擊穿電壓，減小了未擊穿時(shí)器件的漏電流。


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為按本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種肖特基二極管，稱為圓弧拐角(Round Corner, RC)-TMBS，的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖5為RC-TMBS與TMBS在170 V反向偏壓下沿平臺(tái)邊緣從上至下一維電場(chǎng)分布圖。圖6為RC-TMBS與TMBS、平面SBD的反向/-K特性對(duì)比圖。圖7為RC-TMBS與TMBS、平面SBD的正向/-K特性對(duì)比圖。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，534為 503與504的界面，535為503與505的界面，545為504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)D4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4示出了按本發(fā)明思路設(shè)計(jì)的RC-TMBS的剖面結(jié)構(gòu)圖。整個(gè)器件寬度為5. 6 μ m，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300 nm。第一種導(dǎo)電類型(此例為N型)的重?fù)诫s(此例為1X1(T cm-3)半導(dǎo)體(此例為硅 Si) 502，厚度 300 μ mo第一種導(dǎo)電類型(此例為N型)的輕摻雜(此例為IXlO16 cm_3)半導(dǎo)體(此例為硅 Si) 503，平臺(tái)頂535寬度a為2000 nm,從界面535到界面523之間的厚度c為8000 nm, 平臺(tái)厚度J為5900 nm,平臺(tái)兩側(cè)溝槽底部圓弧曲率半徑&為900 nm。第一種介質(zhì)(此例為二氧化硅SiO2) 504，厚度‘為900 nm。曲率半徑&為900 nm。第二種金屬(此例為鎳鉬合金NiPt)505，位于平臺(tái)頂535之上的部分厚度d為300 nm0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0.782 eV。介質(zhì)層(SiO2) 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)于按本例的參數(shù)設(shè)計(jì)的RC-TMBS，當(dāng)陽(yáng)極偏壓為-170 V時(shí)，沿平臺(tái)邊緣從上至下的電場(chǎng)強(qiáng)度分布由圖5示出，圖5還示出了 TMBS在-170 V偏置時(shí)的電場(chǎng)分布?？梢钥闯鲇捎趫A弧拐角的設(shè)計(jì)，降低了拐角處的峰值電場(chǎng)大小。圖6和圖7示出了對(duì)按本例設(shè)計(jì)參數(shù)的RC-TMBS進(jìn)行模擬給出的正反向廠特性。圖中還參考性地示出了相同半導(dǎo)體摻雜濃度(此例為IXio16 cm_3)和相同SBH (0.782 eV)的TMBS以及平面SBD的相應(yīng)I-V特性。從圖6和圖7可以看出，本例的正向特性略遜于TMBS，優(yōu)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。另外需說明的是，由于引入了介質(zhì)層，RC-TMBS和TMBS并非全部面積都用于導(dǎo)電，所以圖6和圖7中的電流密度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)以本發(fā)明申請(qǐng)權(quán)利要求書中所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種肖特基二極管，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；兩條豎直溝槽，相對(duì)地位于第二區(qū)域的左右兩側(cè)，溝槽底部呈現(xiàn)圓弧形狀；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 5X1017 CnT3 以上。
4.如權(quán)利要求1、2或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5 X IO17 cm—3以下。
5.如權(quán)利要求4所述的肖特基二極管，其特征在于，所述的輕摻雜半導(dǎo)體的摻雜濃度是均勻分布，或者是線性分布，或者是階梯分布，或者是類高斯分布，或者是任意分布。
6.如權(quán)利要求1、2、3或5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 0. 1 μ m,小于 20 μ m。
7.如權(quán)利要求6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0.1 ym,小于 2 μ m0
8.如權(quán)利要求1、2、3、5或7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)域中包含的圓弧曲率半徑分別大于0. 1 μπι，小于2 μπι。
全文摘要
本發(fā)明屬于整流器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種肖特基二極管。本發(fā)明使用圓弧形狀的溝槽，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，具有更高的正反向電流比，同時(shí)幾乎不損失正向電流驅(qū)動(dòng)能力。
文檔編號(hào)H01L29/872GK102244106SQ20111017934
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29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)