一種低漏電低正向壓降肖特基二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型的主要目的為提供一種低漏電低正向壓降肖特基二極管包括：以N或P型半導(dǎo)體為基片，在上面形成N-或P-外延層，在外延層上形成勢(shì)壘層，再形成金屬陽(yáng)極，邊緣造型設(shè)置帶有濃度梯度的結(jié)擴(kuò)展終端，有源區(qū)內(nèi)注入小劑量的P或N型雜質(zhì)來(lái)提高表面的電阻率，以達(dá)到提高勢(shì)壘高度的作用，兩個(gè)結(jié)在同一次光刻版上完成。本實(shí)用新型應(yīng)用后可采用低電阻率的外延片來(lái)制造肖特基二極管，有效地降低了正向壓降，既達(dá)到高壓效果，并提高低漏電低壓降效果。本實(shí)用新型可得到高效率的肖特基勢(shì)壘二極管，與傳統(tǒng)二極管結(jié)構(gòu)相比，本實(shí)用新型二極管的應(yīng)用范圍更為廣泛。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種低漏電低正向壓降肖特基二極管結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于二極管及其制備的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種低漏電低正向壓降型的肖特基勢(shì)壘二極管。

【背景技術(shù)】
[0002]肖特基勢(shì)魚(yú)二極管(Schottky Barrier D1de, SBD)廣泛用于直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC-DC converter)、電壓調(diào)節(jié)器(Voltage Regulator Module VRM)、電信傳輸 / 伺服器(Telecom/Server)、交流電源適配器(Adaptor)及充電器(Charger)等。在所有這些應(yīng)用中，肖特基勢(shì)壘二極管需要保證一定的擊穿電壓和低正向壓降和低反向漏電流，以保證低功率消耗。
[0003]但上述器件的電參數(shù)，正向壓降和反向漏電流需要一個(gè)折中選取，因?yàn)榻档驼驂航档耐瑫r(shí)必然引起反向漏電的增加，反向電壓降低；提高反向電壓的同時(shí)也必然引起正向壓降的增加。也就是說(shuō)，在接通狀態(tài)性能與關(guān)閉狀態(tài)性能上，不能做到全面兼顧。
[0004]在所有這些制造過(guò)程中，肖特基勢(shì)壘二極管是通過(guò)勢(shì)壘金屬層達(dá)到反向截止的，由于勢(shì)壘層的深度只有納米級(jí)，邊緣的表面電場(chǎng)大，難以達(dá)到高的電壓，為了形成高的反向耐壓(40V以上)，都是通過(guò)擴(kuò)散保護(hù)環(huán)來(lái)達(dá)到，相當(dāng)于在肖特基二極管旁并聯(lián)一個(gè)PN結(jié)二極管，正向?qū)〞r(shí)通過(guò)肖特基二極管來(lái)流過(guò)電流，保證低的導(dǎo)通正向壓降；反向截止時(shí)由PN結(jié)來(lái)截止。
[0005]典型的功率肖特基勢(shì)壘二極管的截面圖如說(shuō)明書(shū)附圖1所示，在重?fù)诫s硅單晶上生長(zhǎng)中等摻雜濃度的薄外延層，在外延層上淀積金屬形成肖特基勢(shì)壘，反向阻斷電壓能力的大小受勢(shì)壘結(jié)的擊穿電壓高低的限制，在理想條件下?lián)舸╇妷焊叩陀刹牧想娮杪蕸Q定，事實(shí)上影響擊穿電壓的因素主要由元胞邊緣的電場(chǎng)分布決定，優(yōu)化器件阻斷能力設(shè)計(jì)就是減少對(duì)擊穿電壓的影響因素，使得器件的擊穿電壓盡量接近材料的固有能力。終端造型是為了消除PN結(jié)邊緣因電場(chǎng)集中對(duì)擊穿電壓的影響。
[0006]為了克服邊緣效應(yīng)提高反向耐壓，可采用金屬場(chǎng)板或/和擴(kuò)散保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)或臺(tái)面截止型結(jié)構(gòu)，這樣做法對(duì)于肖特基二極管這樣的產(chǎn)品通常低于200V的電壓也可以達(dá)到一定效果。根據(jù)半導(dǎo)體肖特基理論，無(wú)邊緣特殊造型的肖特基二極管芯片的邊緣的電場(chǎng)最大點(diǎn)為角處，其電場(chǎng)與平面結(jié)的最大電場(chǎng)比值公式為:
[0007]ECyl/EPP=rd/2rj (其中rd為耗盡區(qū)半徑，rj為勢(shì)壘區(qū)厚度)
[0008]而勢(shì)壘區(qū)厚度僅有納米級(jí)，相對(duì)于耗盡區(qū)半徑的微米級(jí)有幾百倍的關(guān)系，導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度在表面區(qū)非常大，擊穿電壓最大也就25V，不能滿足需要。加入擴(kuò)散保護(hù)環(huán)將擊穿點(diǎn)弓I到PN結(jié)處，通過(guò)增加PN結(jié)深度r j，提高了電壓能力。
[0009]但擴(kuò)散的保護(hù)環(huán)雖能提高肖特基結(jié)的電壓，由于PN結(jié)需擴(kuò)散一定的深度，必須外延層的厚度相對(duì)地要加厚。
[0010]根據(jù)肖特基理論，正向?qū)〞r(shí)功率肖特基的正向壓降為:
[0011]νΡ=ΦΒ+ΚΤΛ*?η (Jf/AT2) +Jf ( P e*de+P S*ds)
[0012]其中:ΦΒ為勢(shì)壘高度，Jf為正向?qū)娏鳎琍e，尤分別為外延層電阻率和厚度，P s，ds分別為襯底電阻率和厚度，通?？珊雎?。
[0013]從上式可知，正向壓降與外延層的厚度de有密切關(guān)系，增加外延層厚度會(huì)導(dǎo)致肖特基結(jié)正向壓降提高。
[0014]同時(shí)，擴(kuò)散保護(hù)環(huán)加場(chǎng)板的方案也只能達(dá)到平面結(jié)80%電壓，若采用臺(tái)面的技術(shù)工藝復(fù)雜性提高。
[0015]并且，對(duì)于肖特基勢(shì)壘區(qū)，勢(shì)壘的高度對(duì)正向壓降和反向漏電流影響至大，而勢(shì)壘高度除和所選用的金屬直接相關(guān)外，和所選用的外延片的濃度也有很大關(guān)聯(lián)。濃度高則勢(shì)壘高度降低，反之亦然。在制造的過(guò)程中由于一般采用熱氧化方式生長(zhǎng)氧化層，而氧化層又具有吸硼排磷特性，對(duì)于N型材料，導(dǎo)致表面層的濃度提高，如圖2所示，會(huì)使勢(shì)壘高度降低，漏電流增大，因此要選用電阻率高的外延片或高勢(shì)壘金屬，又導(dǎo)致正向壓降增大。我們需要的是降低反向漏電流，不增加正向壓降的產(chǎn)品，則需要高金屬勢(shì)壘和低電阻率的外延片來(lái)制造。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本實(shí)用新型的主要目的為提供一種新型高壓低正向壓降低漏電的肖特基勢(shì)壘二極管結(jié)構(gòu)及其制備方法，此方法包括:以N或P型半導(dǎo)體為基片，在上面形成N-或P-外延層，在外延層上形成勢(shì)壘層，再形成金屬陽(yáng)極，邊緣造型設(shè)置帶有濃度梯度的結(jié)擴(kuò)展終端，有源區(qū)內(nèi)注入小劑量的P或N型雜質(zhì)來(lái)提高表面的電阻率，以達(dá)到提高勢(shì)壘高度的作用。
[0017]通常平面型肖特基二極管的做法為:高溫氧化一光刻I一腐蝕保護(hù)環(huán)Si02—注入硼一推結(jié)氧化一光刻2-—腐蝕接觸孔一形成勢(shì)壘硅化物一蒸發(fā)上電極金屬一金屬光刻3—背面金屬
[0018]本實(shí)用新型的肖特基勢(shì)壘二極管，主要特征為，光刻I時(shí)，通過(guò)對(duì)光刻版中有源區(qū)和終端保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)成不同間距面積的漏光區(qū)(如圖3所示)，腐蝕Si02后注入硼及推結(jié)，既形成結(jié)終端擴(kuò)展(JTE)結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)，又在有源區(qū)表面形成高阻層。如圖4所示。本實(shí)例中都是以N+/N型外延硅片為例，如P+/P型外延硅片注入的雜質(zhì)類(lèi)型相反即可。
[0019]結(jié)終端擴(kuò)展(JTE)結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)是通過(guò)在硅片表面注入一層P型雜質(zhì)層，利用選擇性增加結(jié)內(nèi)的電荷來(lái)進(jìn)行雜質(zhì)互補(bǔ)，調(diào)整離子注入劑量可以精確控制P型區(qū)內(nèi)的電荷，在能夠保持表面平坦的同時(shí)，比臺(tái)面終端實(shí)現(xiàn)結(jié)邊緣電荷更好的控制與更佳的均勻性，這樣有利于在單片上制造多個(gè)小面積功率器件；和擴(kuò)散保護(hù)環(huán)的方式比較，電壓顯著提高，如擴(kuò)散保護(hù)環(huán)方式電壓只能達(dá)到平面結(jié)的80%以下，而JTE方式可達(dá)到平面結(jié)的90%以上。
[0020]JTE方式能夠提高電壓是由于其形成的耗盡層，控制的關(guān)鍵是離子注入的劑量的精確性和氧化等鈍化層的電荷的控制，控制難度很大，注入的劑量要低于lE13cnT2，以保證不形成反型層。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)上采用漸變注入窗口的方法來(lái)形成漸變梯度劑量，即在JTE部位分成多個(gè)區(qū)域，越靠近邊緣的窗口越小，間距越大，但要保證注入推結(jié)后，結(jié)擴(kuò)展要連在一起。
[0021]有源區(qū)通過(guò)注入P型雜質(zhì)來(lái)補(bǔ)償N型外延，使表面的濃度低于體內(nèi)濃度,如圖2所示，表面濃度降低可提高肖特基勢(shì)壘的高度，降低反向漏電流，而外延片的濃度可適當(dāng)提高，可降低串聯(lián)電阻，降低正向壓降，又不增加漏電流，達(dá)到低壓降目的。但注入的雜質(zhì)不能形成P型層，否則形成了 PN結(jié)。設(shè)計(jì)上本實(shí)用新型采用和JTE區(qū)同時(shí)注入的方法，簡(jiǎn)化制程，有源區(qū)注入的單位面積要低于JTE區(qū)的最小面積?？烧{(diào)整窗口的面積和間距，來(lái)調(diào)整補(bǔ)償?shù)臐舛?，達(dá)到不同的勢(shì)壘高度，但保證注入推結(jié)后，結(jié)擴(kuò)展要連在一起。
[0022]本實(shí)用新型肖特基勢(shì)壘二極管的制備方法，其步驟包括:N+/N-型外延片一生長(zhǎng)場(chǎng)氧Si02—光刻I (有源區(qū)和JTE區(qū))一注入一推結(jié)一光刻2 (有源區(qū)肖特基結(jié))-濺射勢(shì)魚(yú)金屬一娃化物形成一正面陽(yáng)極電極金屬一光刻3 (腐蝕金屬)一背面金屬
[0023]該二極管的結(jié)構(gòu)為:以高濃度半導(dǎo)體為基片，在上面形成低濃度外延層，然后通過(guò)光刻注入的方式同時(shí)形成結(jié)終端擴(kuò)展(JTE)保護(hù)環(huán)和高阻的有源區(qū)，再在有源區(qū)形成金屬勢(shì)壘硅化物，最后形成正背面金屬。金屬硅化物作為勢(shì)壘層，可以是CrSi2、NiSiX、PtSi等金屬硅化物，陽(yáng)極為金屬材料，單層或多層金屬。
[0024]對(duì)于漸變JTE區(qū)可以分成多個(gè)區(qū)域，透光面積也可以有多種變化，但要保證靠近邊緣單位透光面積逐步變小，有源區(qū)單位透光面積要小于JTE區(qū)，注入劑量要小于lE13cm_2，以保證不形成反型層，同時(shí)劑量要高于lEllcnT2，以保證能形成表面耗盡層，降低表面電場(chǎng)，提高電壓。
[0025]本實(shí)用新型所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，所述的邊緣造型為帶有濃度梯度緩變型終端，有源區(qū)的注入是和終端的注入用一次光刻版制成。.
[0026]本實(shí)用新型另一特征在于，光刻版在終端區(qū)設(shè)計(jì)不同尺寸和間距的透光區(qū)，越靠近有源區(qū)的透光區(qū)越大；有源區(qū)的單位透光區(qū)面積低于終端區(qū)的最小區(qū)域的單位透光面積，保證注入雜質(zhì)后，終端區(qū)形成耗盡層，而有源區(qū)仍屬于原雜質(zhì)類(lèi)型，只是提高有源區(qū)的電阻率。
[0027]本實(shí)用新型另一特征在于，注入劑量低于lE13cm_2，以保證不形成反型層，同時(shí)劑量要高于IEllcnT2,以保證能形成表面耗盡層，降低表面電場(chǎng)，提高電壓。
[0028]通過(guò)此方案的肖特基二極管和通用的擴(kuò)散保護(hù)環(huán)方法制作的肖特基二極管比較，反向截止電壓可提高8%以上,而漏電流可降低30%以上。
[0029]有益效果
[0030](I)本實(shí)用新型制備方法簡(jiǎn)單，操作容易，成本低；
[0031](2)本實(shí)用新型制備方法能大幅降低反向漏電流，降低正向壓降，提高反向截止電壓，有效改善電器效率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1通用肖特基二極管剖面示意圖。
[0033]圖2有源區(qū)濃度分布示意圖。
[0034]圖3 —次光刻版示意圖。
[0035]圖4本實(shí)用新型剖面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但實(shí)施例并不限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。實(shí)施例
[0037]本實(shí)例中，JTE區(qū)分成三個(gè)區(qū)域，第一區(qū)緊鄰有源區(qū)，為100%透光區(qū)(即全注入)，第二區(qū)為75%透光區(qū)，第三區(qū)為50%透光區(qū)，每區(qū)寬度為1um,透光區(qū)間距為lum，有源區(qū)為10%透光區(qū)。外延片為N+/N型，N型電阻率為0.6 Ω.cm，厚度4um，注入劑量3E12/cm2，推結(jié)溫度為950°C , 60min,勢(shì)魚(yú)金屬為Cr,芯片面積為Imm2.
[0038]結(jié)果:反向電壓為56V (常規(guī)為48V)，反向漏電流12uA (常規(guī)35uA)，正向壓降0.45V (常規(guī) 0.5V) ο
[0039]當(dāng)然，本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變形都將落在本實(shí)用新型權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低漏電低正向壓降肖特基二極管，其特征在于結(jié)構(gòu)包括:以N或P型半導(dǎo)體為基片，在上面形成N-或P-外延層，在外延層上形成勢(shì)壘層，再形成金屬陽(yáng)極，邊緣造型設(shè)置帶有濃度梯度的結(jié)擴(kuò)展終端，有源區(qū)內(nèi)注入小劑量的P或N型雜質(zhì)來(lái)提高表面的電阻率，以達(dá)到提高勢(shì)壘高度的作用，兩個(gè)結(jié)在同一次光刻版上完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低漏電低正向壓降肖特基二極管，其特征在于，所述的邊緣造型為帶有濃度梯度緩變型終端，有源區(qū)的注入是和終端的注入用一次光刻版制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低漏電低正向壓降肖特基二極管，其特征在于，光刻版在終端區(qū)設(shè)計(jì)不同尺寸和間距的透光區(qū)，越靠近有源區(qū)的透光區(qū)越大；有源區(qū)的單位透光區(qū)面積低于終端區(qū)的最小區(qū)域的單位透光面積，保證注入雜質(zhì)后，終端區(qū)形成耗盡層，而有源區(qū)仍屬于原雜質(zhì)類(lèi)型，只是提高有源區(qū)的電阻率。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK204102911SQ201420447233
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】魯艷春, 楊忠武, 王國(guó)峰 申請(qǐng)人:上海安微電子有限公司