专利名称：一种肖特基二极管的制作方法
技术领域：
本发明属于整流器件技术领域，具体涉及一种肖特基二极管，尤其涉及一种具有更大的反向击穿电压和更小的反向漏电流的肖特基二极管。
背景技术：
肖特基二极管是二极管大类中的一个分支，一般由金属或类金属的化合物与半导体接触而成。由于界面处能带的不连续性，注入的载流子具有多余的能量，所以该结构也称为热载流子二极管或者热电子二极管。和其他类型的二极管一样，肖特基二极管的基本特性是在正向工作时表现为很低的电阻，而在反向工作时表现为很高的电阻。该器件的应用最早可以追溯到19世纪。1874年Braim发现在铜和铁的硫化物之间导电性能存在不对称性。随后在整流机制并没有得到清晰认识的情况下，Pickard在1906 年得到了用硅作点接触二极管的专利。1907年Pierce发表论文，阐明了将金属喷涂到各种半导体上做成的二极管的整流特性。随后的二十年里，“触须式”整流器的推广应用了广播事业的极大发展。1938年，khottky和Mott分别独自实现了用半导体表面空间电荷形成势垒并提出了独立的理论模型。1942年Bethe系统地阐述了热电子发射理论。该理论在 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属。1984年，Timg开发出外延硅化物工艺，提出了对本征金属-半导体特性的新见解。肖特基二极管不同于PN结二极管的特点在于，正向开启电压低，导通电流大，同时开关速度由于不存在少子贮存效应而快于PN结二极管。相对地，在反向性能方面，传统的肖特基二极管一般性能不如PN结二极管，表现在漏电流较大，击穿电压较低。从集成电路的发展趋势看，出于节省功耗的考虑，一方面，电路的工作电压越来越低，这就要求单个器件的开启电压相应降低，而肖特基二极管在低开启电压方面的优势明显；另一方面，器件关态的漏电也是功耗的一个部分，对于肖特基二极管，减小反向漏电就成为了一个课题。另外，对于功率二极管，人们还希望它们能承受很高的反向电压而不被击穿。不幸的是，上述的良好正向和反向特性对于传统的肖特基二极管而言是不可同时兼得的。对于肖特基二极管的两个关键参数肖特基势垒高度(Schottky Barrier Height, SBH)和半导体掺杂浓度而言，降低SBH可以得到更小的开启电压，但会导致更大的反向漏电，反之亦然。升高半导体掺杂浓度可以得到更小的开启电压，但由于半导体内碰撞电离效应的加剧会导致反向更容易被击穿，反之亦然。1994 年 Baliga 等人在专利"Schottky barrier rectifier with MOS trench” (US Patent NO. 5, 365, 102)中提出 Trench Mos Barrier Schottky rectifier (TMBS)概念，改变了传统肖特基二极管平面金半接触的结构，转而使用横向的金属氧化层结构包围矩形的半导体导电沟槽，同时获得了良好的正向和反向特性。TMBS的结构图以及电学特性图由图1至图3示出，均引自前述’ 102 patent。对TMBS的器件模拟结果显示，在反向偏置下，在拐角区域存在极强的电场峰。因此反向电压加至一定程度时击穿首先发生在这里。该电场汇聚效应对于获取更好的反向特性是不利的。原因是大电场会导致雪崩击穿。本发明的指导思想在于使用圆弧形的导电沟槽以避免上述的介质层拐角处电场集中效应，从而增大器件的反向击穿电压，以及减小未击穿时器件的漏电流。
发明内容
本发明的目的是提出一种能改善方向特性，即减小漏电流并提高击穿电压的肖特
基二极管。 本发明提出的肖特基二极管，采用圆弧形的导电沟槽，降低原TMBS介质层拐角处的大电场，从而改善肖特基二极管的反向特性。具体结构包括
第一导电类型的重掺杂半导体构成的第一区域，称为衬底，衬底下方为第一种金属构成的导电阴极。第一导电类型的轻掺杂半导体构成的第二区域，覆盖于第一区域的上表面。左右相对地刻蚀出沟槽，沟槽竖直，底部呈现圆弧形状。两条相对沟槽之间所夹的轻掺杂半导体区域称为平台，本发明中平台的特征是底部呈现圆弧形状。第一种介质构成的第三区域，覆盖于前述平台两侧壁的上表面及其余第二区域半导体的上表面。保持沟槽底部的持圆弧形状。第二种金属构成的导电阳极，覆盖于第三区域的上表面及平台顶部之上表面。上述肖特基二极管中 所述的第一导电类型可以为N型。所述的重掺杂半导体的掺杂浓度在5 X IO17 cm—3以上。所述的轻掺杂半导体的掺杂浓度在5 X IO17 cm—3以下。所述的轻掺杂半导体的掺杂浓度是均勻分布，或者是线性分布，或者是阶梯分布， 或者是类高斯分布，或者是任意分布。所述第二区域的宽度大于0. 1 μ m，小于20 μ m。所述第三区域的厚度大于0. 1 μ ，小于2 μ 。所述第二区域和第三区域中包含的圆弧曲率半径分别大于0. 1 μπι，小于2 μπι。上述第一导电类型通常是N型，重掺杂的典型值是IX 102° cm—3，轻掺杂的典型值是IXlO"5 cm_3，但本发明不限于使用这些值。上述第一种介质通常是指SiO2,但本发明不限于使用该介质Si02。另外，如前述定义的平台区域也可不由刻蚀沟槽行成。如外延生长等技术也可形成前述平台区域。本发明使用圆弧形的导电沟槽，避免了原有的介质层拐角处电场集中效应，从而增大了器件的反向击穿电压，减小了未击穿时器件的漏电流。
图 1 为引自 US Patent NO.5，365，102 的 TMBS 结构剖面图。图 2 为引自 US Patent NO.5，365，102 的 TMBS 反向 I-V 特性图。图 3 为引自 US Patent NO.5，365，102 的 TMBS 正向 I-V 特性图。
图4为按本发明设计的一种肖特基二极管，称为圆弧拐角(Round Corner, RC)-TMBS，的剖面结构图。图5为RC-TMBS与TMBS在170 V反向偏压下沿平台边缘从上至下一维电场分布图。图6为RC-TMBS与TMBS、平面SBD的反向/-K特性对比图。图7为RC-TMBS与TMBS、平面SBD的正向/-K特性对比图。图中标号501第一种金属，502第一种导电类型的重掺杂半导体，503第一种导电类型的轻掺杂半导体，504第一种介质，505第二种金属，523为502与503的界面，534为 503与504的界面，535为503与505的界面，545为504与505的界面。
具体实施例方式为使本发明的特征和优点更加易于理解，此处参照图4详述一较佳实例如下。然而，本发明不应被限于使用下述实例中的方法实现。图4示出了按本发明思路设计的RC-TMBS的剖面结构图。整个器件宽度为5. 6 μ m，从下至上包含以下材料层
第一种金属(此例为Al)构成的阴极501，厚度300 nm。第一种导电类型(此例为N型)的重掺杂(此例为1X1(T cm-3)半导体(此例为硅 Si) 502，厚度 300 μ mo第一种导电类型(此例为N型)的轻掺杂(此例为IXlO16 cm_3)半导体(此例为硅 Si) 503，平台顶535宽度a为2000 nm,从界面535到界面523之间的厚度c为8000 nm, 平台厚度J为5900 nm,平台两侧沟槽底部圆弧曲率半径&为900 nm。第一种介质(此例为二氧化硅SiO2) 504，厚度‘为900 nm。曲率半径&为900 nm。第二种金属(此例为镍钼合金NiPt)505，位于平台顶535之上的部分厚度d为300 nm0第一种金属(Al)与衬底重掺杂半导体(N型硅)形成欧姆接触。第二种金属(NiPt)与平台顶535的轻掺杂半导体(N型硅)形成肖特基接触，本例中肖特基势垒高度(SBH)为0.782 eV。介质层(SiO2) 504的作用与习知的MOS电容中的氧化层类似，当在阳极施加正或负的偏置电压时，在503靠近504的一定区域内产生感应电荷，进而影响该区域内的电场分布。对于按本例的参数设计的RC-TMBS，当阳极偏压为-170 V时，沿平台边缘从上至下的电场强度分布由图5示出，图5还示出了 TMBS在-170 V偏置时的电场分布。可以看出由于圆弧拐角的设计，降低了拐角处的峰值电场大小。图6和图7示出了对按本例设计参数的RC-TMBS进行模拟给出的正反向厂特性。图中还参考性地示出了相同半导体掺杂浓度(此例为IXio16 cm_3)和相同SBH (0.782 eV)的TMBS以及平面SBD的相应I-V特性。从图6和图7可以看出，本例的正向特性略逊于TMBS，优于平面SBD ；本例的反向特性好于TMBS以及平面SBD，表现在反向漏电流小以及击穿电压高。另外需说明的是，由于引入了介质层，RC-TMBS和TMBS并非全部面积都用于导电，所以图6和图7中的电流密度是按工艺占用面积而非导电面积计算的。
本发明虽然以较佳实例公开如上，但并不限制于上文所述的方法。在不脱离本发明的核心精神范围内，熟知本项发明的制造工艺者均可能做些许改动或润饰。故本发明的保护范围应以本发明申请权利要求书中所界定的范围为准。
权利要求
1.一种肖特基二极管，其特征在于该肖特基二极管的结构包括第一导电类型的重掺杂半导体构成的第一区域；第一金属构成的导电阴极，邻接于第一区域的下表面；第一导电类型的轻掺杂半导体构成的第二区域，覆盖于第一区域的上表面；两条竖直沟槽，相对地位于第二区域的左右两侧，沟槽底部呈现圆弧形状；第一种介质构成的第三区域，覆盖于前述的两条沟槽内除第二区域顶部平台外的第二区域的上表面；第二种金属构成的导电阳极，覆盖于第三区域的上表面，及第二区域未被第三区域覆盖的上表面。
2.如权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的第一导电类型为N型。
3.如权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的重掺杂半导体的掺杂浓度在 5X1017 CnT3 以上。
4.如权利要求1、2或所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的轻掺杂半导体的掺杂浓度在5 X IO17 cm—3以下。
5.如权利要求4所述的肖特基二极管，其特征在于，所述的轻掺杂半导体的掺杂浓度是均勻分布，或者是线性分布，或者是阶梯分布，或者是类高斯分布，或者是任意分布。
6.如权利要求1、2、3或5所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第二区域的宽度大于 0. 1 μ m,小于 20 μ m。
7.如权利要求6所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第三区域的厚度大于0.1 ym,小于 2 μ m0
8.如权利要求1、2、3、5或7所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第二区域和第三区域中包含的圆弧曲率半径分别大于0. 1 μπι，小于2 μπι。
全文摘要
本发明属于整流器件技术领域，具体为一种肖特基二极管。本发明使用圆弧形状的沟槽，提升器件反向性能。本发明相对于传统产品，能耐受更大的反向电压，且在击穿前具有更小的漏电流，具有更高的正反向电流比，同时几乎不损失正向电流驱动能力。
文档编号H01L29/872GK102244106SQ20111017934
公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者李惟一, 茹国平, 蒋玉龙, 阮刚 申请人:复旦大学