一種肖特基二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種肖特基二極管及其形成方法，該肖特基二極管包括：陰極金屬層；形成在陰極金屬層之上的重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層；形成在重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層之上的輕摻第一類型摻雜外延層；形成在輕摻第一類型摻雜外延層之上的陽極金屬層，其中，輕摻第一類型摻雜外延層與陽極金屬層的界面處形成了肖特基勢壘區(qū)；以及形成在肖特基勢壘區(qū)和輕摻第一類型摻雜外延層之中的至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)，其中，第二類型摻雜擴散區(qū)與陽極金屬層形成歐姆接觸。本發(fā)明具有反向耐壓高、正向降壓效果好、功耗小的優(yōu)點。
【專利說明】一種肖特基二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種肖特基二極管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]肖特基勢壘二極管SBD (Schottky Barrier Diode，簡稱肖特基二極管)是德國科學(xué)家肖特基(Schottky) 1938年發(fā)明的。它是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管使用。肖特基二極管比普通二極管有正向壓降低、反向電荷恢復(fù)時間短(IOns以內(nèi))等優(yōu)點。
[0003]目前傳統(tǒng)肖特基二極管在獲得廣泛應(yīng)用同時，亦遇到了新的問題:隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，對肖特基二極管反向耐壓要求越來越高，近些年甚至達(dá)到200V150V，反向耐壓的提高勢必造成正向壓降的增大，導(dǎo)致在高壓整流電路中產(chǎn)生較大的功耗，造成不必要的資源浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種具有反向耐壓高、正向降壓效果好、功耗小的肖特基二極管及其形成方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實施例的肖特基二極管，包括:陰極金屬層；形成在所述陰極金屬層之上的重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層；形成在所述重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層之上的輕摻第一類型摻雜外延層；形成在所述輕摻第一類型摻雜外延層之上的陽極金屬層，其中，所述輕摻第一類型摻雜外延層與所述陽極金屬層的界面處形成了肖特基勢壘區(qū)；形成在所述肖特基勢壘區(qū)和輕摻第一類型摻雜外延層之中的至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)，其中，所述第二類型摻雜擴散區(qū)與所述陽極金屬層形成歐姆接觸，其中，多個所述第二類型摻雜擴散區(qū)總面積小于所述肖特基勢壘區(qū)面積的一半，并且相鄰兩個所述第二類型摻雜擴散區(qū)的間隔大于所述第二類型摻雜擴散區(qū)的寬度與深度之和。
[0006]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括:形成在所述輕摻第一類型摻雜外延層的頂部表面的、且位于所述至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)的外圍的第二類型摻雜保護(hù)環(huán)。
[0007]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括:形成在所述第二類型摻雜保護(hù)環(huán)之上的邊緣
二氧化硅保護(hù)層。
[0008]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二類型摻雜擴散區(qū)和所述第二類型摻雜保護(hù)環(huán)的摻雜濃度相等。
[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二類型摻雜擴散區(qū)的摻雜原子為硼或磷，摻雜濃度為IO14-1O18原子/立方厘米。
[0010]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二類型摻雜擴散區(qū)的形狀為正方形、圓形、六邊形或八邊形。根據(jù)本發(fā)明實施例的肖特基二極管的形成方法，包括:A.提供重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層；B.在所述重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層之上形成輕摻第一類型摻雜外延層；C.在所述輕摻第一類型摻雜外延層的頂部形成至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)；D.在所述輕摻第一類型摻雜外延層和所述第二類型摻雜擴散區(qū)之上形成陽極金屬層，其中，所述輕摻第一類型摻雜外延層與所述陽極金屬層的界面處形成了肖特基勢壘區(qū)，所述第二類型摻雜擴散區(qū)與所述陽極金屬層形成歐姆接觸，其中，多個所述第二類型摻雜擴散區(qū)總面積小于所述肖特基勢壘區(qū)面積的一半，并且相鄰兩個所述第二類型摻雜擴散區(qū)的間隔大于所述第二類型摻雜擴散區(qū)的寬度與深度之和；以及E.在所述重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層的下表面形成陰極金屬層。
[0011]在本發(fā)明的一個實施例中，在所述步驟C的同時，還包括:在所述輕摻第一類型摻雜外延層的頂部表面、所述至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)的外圍形成第二類型摻雜保護(hù)環(huán)。
[0012]在本發(fā)明的一個實施例中，在所述步驟C的同時，還包括:在所述第二類型摻雜保護(hù)環(huán)之上形成邊緣二氧化硅保護(hù)層。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二類型摻雜擴散區(qū)和所述第二類型摻雜保護(hù)環(huán)的摻雜濃度相等。
[0014]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二類型摻雜擴散區(qū)的摻雜原子為硼或磷，摻雜濃度為IO14-1O18原子/立方厘米。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二類型摻雜擴散區(qū)的形狀為正方形、圓形、六邊形或八邊形。
[0016]本發(fā)明提出的肖特基二極管，比傳統(tǒng)肖特基二極管在肖特基勢壘區(qū)多了至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)，在高反向耐壓條件下，輕摻第一類型摻雜外延層較厚，其對正向壓降的貢獻(xiàn)，在整個器件結(jié)構(gòu)中所占比重較大，因此造成高反壓情況下，正向壓降較大。本發(fā)明中提到的在肖特基勢壘區(qū)增加至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)，可在輕摻第一類型摻雜外延層區(qū)產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng):當(dāng)?shù)诙惖谝活惤Y(jié)上流過的正向電流較大時，由第二類型摻雜擴散區(qū)注入并積累在輕摻第一類型摻雜外延層區(qū)的少子空穴濃度將很大，為了維持半導(dǎo)體的電中性條件，其多子濃度也相應(yīng)大幅度增加，使其電阻率明顯下降，也就是電導(dǎo)大大增加，使得肖特基二極管在正向電流較大時正向壓降仍然很低。鑒于以上理論，可以預(yù)見反向耐壓越高，該發(fā)明降低正向壓降效果越明顯，可有效的降低高壓肖特基二極管功耗。本發(fā)明提出的肖特基二極管的形成方法，與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝兼容，操作簡單，并不增加生產(chǎn)成本。
[0017]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0019]圖1是傳統(tǒng)肖特基二極管的剖面圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實施例的肖特基二極管的剖面圖。
【具體實施方式】[0021]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0022]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0023]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0024]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0025]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明提出的肖特基二極管包括:陰極金屬層I ;形成在陰極金屬層I之上的重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層2 ;形成在重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層2之上的輕摻第一類型摻雜外延層3 ;形成在輕摻第一類型摻雜外延層3之上的陽極金屬層7，其中，輕摻第一類型摻雜外延層3與陽極金屬層7的界面處形成了肖特基勢壘區(qū)6 ;以及形成在肖特基勢壘區(qū)6和輕摻第一類型摻雜外延層3之中的至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)8，其中，第二類型摻雜擴散區(qū)8與陽極金屬層7形成歐姆接觸，其中，至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)8的總面積小于肖特基勢壘區(qū)6面積的一半，并且相鄰兩個第二類型摻雜擴散區(qū)8的間隔大于第二類型摻雜擴散區(qū)8的寬度與深度之和。
[0027]值得指出的是，“至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)總面積小于肖特基勢壘區(qū)面積的一半，并且相鄰兩個第二類型摻雜擴散區(qū)的間隔大于第二類型摻雜擴散區(qū)的寬度與深度之和”的條件是必須的。在滿足此條件情況下，第二類型摻雜擴散區(qū)可在輕摻第一類型摻雜外延層區(qū)產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng):當(dāng)?shù)诙惖谝活惤Y(jié)上流過的正向電流較大時，由第二類型摻雜擴散區(qū)注入并積累在輕摻第一類型摻雜外延層區(qū)的少子空穴濃度將很大，為了維持半導(dǎo)體的電中性條件，其多子濃度也相應(yīng)大幅度增加，使其電阻率明顯下降，也就是電導(dǎo)大大增力口，使得肖特基二極管在正向電流較大時正向壓降仍然很低。若不滿足該條件，則第二類型摻雜擴散區(qū)在總面積中所占比例過大，當(dāng)在反向偏壓時會使第二類型摻雜擴散區(qū)結(jié)耗盡層相連，肖特基勢壘區(qū)被第二類型摻雜擴散區(qū)夾斷，使金屬低勢壘效應(yīng)降低，第二類型摻雜區(qū)面積增大帶來的器件正向壓降增加值大于其電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)帶來的器件正向壓降降低值，使總體器件正向壓降升高，達(dá)不到本專利的低正向壓降的目的。
[0028]需要說明的是，當(dāng)本發(fā)明實施例中的第一摻雜類型為N型時，第二摻雜類型對應(yīng)為P型；當(dāng)?shù)谝粨诫s類型為P型時，第二摻雜類型對應(yīng)為N型。
[0029]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括:形成在輕摻第一類型摻雜外延層3頂部表面的、且位于至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)8的外圍的第二類型摻雜保護(hù)環(huán)4。
[0030]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括:形成在第二類型摻雜保護(hù)環(huán)4之上的邊緣二氧化娃保護(hù)層5。
[0031]在本發(fā)明的一個實施例中，第二類型摻雜擴散區(qū)8和第二類型摻雜保護(hù)環(huán)4的摻雜濃度相等。
[0032]在本發(fā)明的一個實施例中，第二類型摻雜擴散區(qū)8的摻雜原子為硼或磷，摻雜濃度為IO14-1O18原子/立方厘米。
[0033]需要說明的是，關(guān)于第二類型摻雜擴散區(qū)8的尺寸可根據(jù)生產(chǎn)線能力進(jìn)行調(diào)整，在能夠滿足的條件下，其尺寸越小越好，反向耐壓越高，降低正向壓降的效果越明顯，主要適用于100V以上產(chǎn)品。
[0034]需要說明的是，第二類型摻雜擴散區(qū)8的形狀不作限定，可為正方形、圓形、六邊形、八邊形或其他形狀。
[0035]本發(fā)明還提出一種肖特基二極管的形成方法，包括:
[0036]A.提供重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層2。
[0037]B.在重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層2之上形成輕摻第一類型摻雜外延層3。
[0038]C.在輕摻第一類型摻雜外延層3的頂部形成至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)8。
[0039]具體地，在輕摻第一類型摻雜外延層3上熱生長二氧化硅護(hù)層作為硬掩膜，并在其上刻出至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)孔，然后通過離子注入或者固體源擴散等方法形成至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)8，隨后去除二氧化硅保護(hù)層。
[0040]D.在輕摻第一類型摻雜外延層3和第二類型摻雜擴散區(qū)8之上形成陽極金屬層7。
[0041]具體地，可以通過濺射或蒸鍍的方式形成陽極金屬層7。其中，輕摻第一類型摻雜外延層3與陽極金屬層7的界面處形成了肖特基勢壘區(qū)6，第二類型摻雜擴散區(qū)8與陽極金屬層7形成歐姆接觸；以及
[0042]E.在重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層2的下表面形成陰極金屬層I。
[0043]需要說明的是，當(dāng)本發(fā)明實施例中的第一摻雜類型為N型時，第二摻雜類型對應(yīng)為P型；當(dāng)?shù)谝粨诫s類型為P型時，第二摻雜類型對應(yīng)為N型。
[0044]在本發(fā)明的一個實施例中，在步驟C的同時，還包括:在輕摻第一類型摻雜外延層3的頂部表面、至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)8的外圍形成第二類型摻雜保護(hù)環(huán)4。
[0045]在本發(fā)明的一個實施例中，在步驟C的同時，還包括:在第二類型摻雜保護(hù)環(huán)4之上形成邊緣二氧化硅保護(hù)層5。
[0046]在本發(fā)明的一個實施例中，第二類型摻雜擴散區(qū)8和第二類型摻雜保護(hù)環(huán)4的摻雜濃度相等。[0047]在本發(fā)明的一個實施例中，第二類型摻雜擴散區(qū)8的摻雜原子為硼或磷，摻雜濃度為IO14-1O18原子/立方厘米。
[0048]需要說明的是，關(guān)于第二類型摻雜擴散區(qū)8的尺寸可根據(jù)生產(chǎn)線能力進(jìn)行調(diào)整，在能夠滿足的條件下，其尺寸越小越好，反向耐壓越高，降低正向壓降的效果越明顯，主要適用于100V以上產(chǎn)品。
[0049]需要說明的是，第二類型摻雜擴散區(qū)8的形狀不作限定，可為正方形、圓形、六邊形、八邊形或其他形狀。
[0050]本發(fā)明提出的肖特基二極管，比傳統(tǒng)肖特基二極管在肖特基勢壘區(qū)多了至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)，在高反向耐壓條件下，輕摻第一類型摻雜外延層較厚，其對正向壓降的貢獻(xiàn)，在整個器件結(jié)構(gòu)中所占比重較大，因此造成高反壓情況下，正向壓降較大。本發(fā)明中提到的在肖特基勢壘區(qū)增加至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)，可在輕摻第一類型摻雜外延層區(qū)產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng):當(dāng)?shù)诙惖谝活惤Y(jié)上流過的正向電流較大時，由第二類型摻雜擴散區(qū)注入并積累在輕摻第一類型摻雜外延層區(qū)的少子空穴濃度將很大，為了維持半導(dǎo)體的電中性條件，其多子濃度也相應(yīng)大幅度增加，使其電阻率明顯下降，也就是電導(dǎo)大大增加，使得肖特基二極管在正向電流較大時正向壓降仍然很低。鑒于以上理論，可以預(yù)見反向耐壓越高，該發(fā)明降低正向壓降效果越明顯，可有效的降低高壓肖特基二極管功耗。本發(fā)明提出的肖特基二極管的形成方法，與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝兼容，操作簡單，并不增加生產(chǎn)成本。
[0051]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0052]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種肖特基二極管，其特征在于，包括: 陰極金屬層； 形成在所述陰極金屬層之上的重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層； 形成在所述重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層之上的輕摻第一類型摻雜外延層； 形成在所述輕摻第一類型摻雜外延層之上的陽極金屬層，其中，所述輕摻第一類型摻雜外延層與所述陽極金屬層的界面處形成了肖特基勢壘區(qū)；以及 形成在所述肖特基勢壘區(qū)和輕摻第一類型摻雜外延層之中的至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)，其中，所述第二類型摻雜擴散區(qū)與所述陽極金屬層形成歐姆接觸， 其中，多個所述第二類型摻雜擴散區(qū)總面積小于所述肖特基勢壘區(qū)面積的一半，并且相鄰兩個所述第二類型摻雜擴散區(qū)的間隔大于所述第二類型摻雜擴散區(qū)的寬度與深度之和。
2.如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其特征在于，還包括: 形成在所述輕摻第一類型摻雜外延層的頂部表面的、且位于所述至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)的外圍的第二類型摻雜保護(hù)環(huán)。
3.如權(quán)利要求2所 述的肖特基二極管，其特征在于，還包括: 形成在所述第二類型摻雜保護(hù)環(huán)之上的邊緣二氧化硅保護(hù)層。
4.如權(quán)利要求3所述的肖特基二極管，其特征在于，所述第二類型摻雜擴散區(qū)和所述第二類型摻雜保護(hù)環(huán)的摻雜濃度相等。
5.如權(quán)利要求4所述的肖特基二極管，其特征在于，所述第二類型摻雜擴散區(qū)的摻雜原子為硼或磷，摻雜濃度為IO14-1O18原子/立方厘米。
6.如權(quán)利要求4所述的肖特基二極管，其特征在于，所述第二類型摻雜擴散區(qū)的形狀為正方形、圓形、六邊形或八邊形。
7.一種肖特基二極管的形成方法，其特征在于，包括: A.提供重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層； B.在所述重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層之上形成輕摻第一類型摻雜外延層； C.在所述輕摻第一類型摻雜外延層的頂部形成至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)； D.在所述輕摻第一類型摻雜外延層和所述第二類型摻雜擴散區(qū)之上形成陽極金屬層， 其中，所述輕摻第一類型摻雜外延層與所述陽極金屬層的界面處形成了肖特基勢壘區(qū)，所述第二類型摻雜擴散區(qū)與所述陽極金屬層形成歐姆接觸，其中，多個所述第二類型摻雜擴散區(qū)總面積小于所述肖特基勢壘區(qū)面積的一半，并且相鄰兩個所述第二類型摻雜擴散區(qū)的間隔大于所述第二類型摻雜擴散區(qū)的寬度與深度之和；以及 E.在所述重?fù)降谝活愋蛽诫s襯底層的下表面形成陰極金屬層。
8.如權(quán)利要求7所述的肖特基二極管的形成方法，其特征在于，在所述步驟C的同時，還包括: 在所述輕摻第一類型摻雜外延層的頂部表面、所述至少一個第二類型摻雜擴散區(qū)的外圍形成第二類型摻雜保護(hù)環(huán)。
9.如權(quán)利要求8所述的肖特基二極管的形成方法，其特征在于，在所述步驟C的同時，還包括: 在所述第二類型摻雜保護(hù)環(huán)之上形成邊緣二氧化硅保護(hù)層。
10.如權(quán)利要求9所述的肖特基二極管的形成方法，其特征在于，所述第二類型摻雜擴散區(qū)和所述第二類型摻雜保護(hù)環(huán)的摻雜濃度相等。
11.如權(quán)利要求10所述的肖特基二極管的形成方法，其特征在于，所述第二類型摻雜擴散區(qū)的摻雜原子為硼或磷，摻雜濃度為IO14-1O18原子/立方厘米。
12.如權(quán)利要求11所述的肖特基二極管的形成方法，其特征在于，所述第二類型摻雜擴散區(qū)的形狀為正方形、圓形、六邊 形或八邊形。
【文檔編號】H01L29/872GK103887346SQ201210564400
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月24日
【發(fā)明者】王艷春 申請人:比亞迪股份有限公司