专利名称：肖特基二极管及其形成方法
技术领域：
本发明大体涉及电子装置，并且更具体地，涉及形成半导体器件 的方法和结构。
背景技术：
在过去，半导体工业利用各种方法和结构来形成肖特基二极管。 由于将各种元件集成在单个集成电路上的能力的增加，期望将肖特基
二极管和其他半导体元件一起集成在半导体村底上。在1995年5月 23日发布给Todd等人的美国专利号5，418，185和2006年3月28曰发 布给Hideaki Tsuchiko的美国专利号7,019,377中提供了这样的肖特 基二极管的例子。在一些应用中，期望有具有高击穿电压、低正向电 阻和低正向电压的肖特基二极管。但是，将肖特基二极管集成在半导 体衬底上并且还要提供高的击穿电压(例如500V或者更大)、低的 正向电压和低的正向电阻(例如小于大约100欧姆)是非常困难的。
因此，期望将肖特基二极管和其他半导体元件一起集成在半导体 衬底上，并形成具有高击穿电压和低正向电阻的肖特基二极管。
发明内容
本发明公开了一种肖特基二极管，其包括第一传导类型的衬底， 其具有第一掺杂浓度并且具有表面；第二传导类型的第一掺杂区，其具
有第二掺杂浓度并且在所述衬底的所述表面上形成；所述第二传导类型 的第二掺杂区，其具有大于所述第二掺杂浓度的第三掺杂浓度，所述第 二掺杂区在所述衬底的所述表面上形成并与所述第一掺杂区重叠；所述 第二传导类型的第三掺杂区，其具有大于所述第二摻杂浓度的第四掺杂 浓度，所述第三掺杂区在所述衬底的所述表面上形成，并且与所述第一掺杂区重叠，其中，所述第三掺杂区与所述第二掺杂区间隔开第一距离；
第一导体，其在所述第二摻杂区上形成，并与其形成肖特基结；以及第 二导体，其被配置成形成与所述第三掺杂区的欧姆接触。
本发明还公开了一种形成肖特基二极管的方法，其包括在半导 体衬底上形成具有第一掺杂浓度的第一传导类型的第一区域；形成覆 盖所述第一区域的一部分的肖特基结；形成处于所述半导体衬底上并 包围所述肖特基结的外边缘的保护环；以及形成覆盖所述半导体衬底 的表面并位于所述保护环和场氧化区的一部分之间的MOS栅极。
本发明还公开了一种形成肖特基二极管的方法，其包括提供具 有第一摻杂浓度的第一传导类型的衬底；在所述衬底的表面上形成具 有第二掺杂浓度的第二传导类型的第一掺杂区；形成与所述第一掺杂 区重叠的具有第三掺杂浓度的所述第二传导类型的第二掺杂区，所述 第三掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度；形成覆盖所述第一掺杂区的一 部分并与所述第二掺杂区间隔开的肖特基结；以及形成处于所述第二 掺杂区中并与所述肖特基结间隔开第 一距离的具有第四掺杂浓度的所 述第一传导类型的第三掺杂区，所述第四掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。
图l示出了根据本发明的包括肖特基二极管的半导体器件的一部 分的实施方案的放大的平面视图；以及
图2示出了根据本发明的图l的肖特基二极管的一部分的放大的 横截面视图。
为了说明的简单和明了，图中的元件不一定按照比例，并且在不 同的图中相同的参考标号代表相同的元件。此外，为了说明的简单， 省略了众所周知的步骤和元件的说明和细节。这里使用的载流电极
(current carrying electrode )是指承载通过该器件例如MOS晶体管 的源极或漏极、或双极晶体管的发射极或集电极、或二极管的.阳极或 阴极的电流的器件的元件，并且控制电极是指控制通过该器件例如MOS晶体管的栅极或者双极晶体管的基极的电流的器件的元件。为了 附图的清楚，器件结构的掺杂区域被示为一般具有直线边缘和精确的 拐角。但是，本领域的技术人员应该理解，由于掺杂物的扩散和活动， 掺杂区域的边缘一般不是直线，并且拐角不是精确的角。
具体实施例方式
图1示意性示出了包括肖特基二极管25的集成电路10的示例性 形式的一部分的放大的平面视图。二极管25与其它半导体元件如 MOS晶体管12和17—起集成在半导体衬底28上。为了附图的清楚， 晶体管12和17以简化的形式示出。MOS晶体管12包括作为衬底28 的掺杂部分形成的源极区13和漏极区14，并且还包括MOS栅极15。 类似地，MOS晶体管17包括作为衬底28的掺杂部分形成的源极区 18和漏极区20，并且包括MOS栅极19。在优选实施方案中，包括漏 极区14和20的晶体管12和17作为二极管25的区域29的一部分(图 2)形成。其他晶体管如MOS晶体管22和23也可以在衬底28的其 他部分上形成。
图2示出了沿图1中所示的横截面线2-2截取的二极管25的放大 的横截面视图。二极管25形成为具有一般大于约500伏特(V)的高击 穿电压。其上形成有二极管25的衬底28形成为具有在l-5xl014 atom/cm3 (原子/立方厘米)范围内的掺杂浓度的轻掺杂P型衬底。衬 底28的轻掺杂有利于在衬底28上形成其他类型的半导体器件如晶体 管22和23连同二极管25。 N型掺杂区29形成为从衬底28的表面延 伸进衬底28中。区域29的掺杂浓度一般为大约l-2xl015 atom/cm3。 二极管25还包括N型掺杂区30和31,其一般形成为与区域29的相 应的第一和第二部分重叠。区域30和31形成有大于区域29的掺杂浓 度的掺杂浓度，并且间隔开距离32。区域30和31—般延伸穿过区域 29进入衬底28中。区域29的部分33在区域30和31间延伸了距离 32。区域29到区域30和31之间的不同的掺杂浓度的组合连同距离 32—起帮助增加击穿电压并减小二极管25的正向电阻。阳极导体49在衬底28的表面上形成，并与区域30的至少一部分电接触，以便沿 着导体49和区域30的交界面形成肖特基结。导体49起二极管25的 阳极的作用，同时阴极由区域30、 29、 31形成，并通过欧姆接触到达 导体60。 P型保护环形成为从表面延伸进衬底28并进入区域30的掺 杂区36和37。区域36和37的保护环沿着肖特基结的外边缘延伸， 并减小了肖特基结边缘处的电场，从而帮助增加了击穿电压。如可从 图1的平面视图中可以看到的，掺杂区36和37—般是一个连续的掺 杂区，其包围在导体49和区域30之间的交界面处形成的肖特基结的 外边缘周围。 一般，区域36和37与导体49和区域30之间的外交界 面重叠，以便帮助提高二极管25的击穿电压。区域36和37的掺杂浓 度通常大于区域30和31的掺杂浓度，这形成了帮助减小肖特基结的 边缘处的电场的结。P型掺杂区39在区域31中形成也帮助增加二极 管25的击穿电压。区域39的掺杂浓度一般大于区域30和31的掺杂 浓度，也帮助增加击穿电压。区域39的电荷一般大约是区域31的电 荷的一半。区域39的宽度一般小于区域31的宽度，使得区域39与区 域59间隔开一段距离61并且还与区域31的相对的边缘间隔开 一段距 离38。这些间距也帮助增加击穿电压,。场氧化区40在衬底28的表面 上形成。场氧化区40的一部分形成为从区域59延伸至区域31的外部 或远侧边缘。场氧化区40的第二部分从区域59穿过衬底28的表面延 伸，覆盖区域31和39超过区域31的内边缘。场氧化区40的第三部 分从区域29和30的远侧边缘的外部延伸，延伸成覆盖邻近于远侧边 缘的区域30的至少一部分。薄的绝缘体41形成为在区域36的边缘和 区域36附近的氧化区40的边缘之间延伸。导体46 4皮在绝缘体41上 形成，并且导体46的一部分可以覆盖氧化区40的一部分。绝缘体41 和覆盖绝缘体41的导体46的一部分形成MOS栅极。与绝缘体41相 似的另一薄的绝缘体42覆盖区域29的一部分，所述区域29的一部分 从区域37延伸至邻近于区域31的氧化区40的一部分的边缘。另一导 体47在绝缘体42上形成，并且一部分可以覆盖在氧化区40上。覆盖 绝缘体42的导体47的一部分形成另一 MOS栅极。如在下文中将进一步看到的，MOS栅极帮助提高二极管25的击穿电压和正向电阻。 本领域的技术人员应认识到，绝缘体41和42不必覆盖氧化区40和各 个区域36或37之间的整个距离。例如，区域36和邻近的氧化区40 之间的距离可以比区域37和邻近的氧化区40之间的距离小很多，因 此，绝缘体41和由其产生的MOS栅极可以比绝缘体42和由其产生 的MOS栅极短很多。绝缘体材料被涂到衬底28的表面，并被图案化 以形成包括内层电介质51、 52和53的内层电介质。电介质51和电介 质52的一部分使阳极导体49与导体46和47绝缘，而电介质52的另 一部分连同电介质53使导体60与二极管25的其他部分绝缘。导体 68在氧化区40的一部分上形成，以形成覆盖距离61的至少一部分的 MOS电容器。导体68具有长度69并且被定位在区域59的邻近边缘 附近以帮助提高击穿电压。馈电导体(Feed-through) 55、 56和57 分别在导体49和导体46、 47之间以及在导体60和68之间提供电连 接，以便将电势能提供给MOS栅极和MOS电容器。重掺杂区域64 在衬底28上形成，以便形成与衬底28的欧姆接触。导体65通过区域 64提供与衬底28的连接。
当二极管25被正向偏置时，MOS栅极从导体49接收电压。施加 到包括绝缘体42的MOS栅极的电压在区域29的部分33内及其表面 附近形成堆积区。堆积区帮助从区域30越过在区域30和31之间的区 域29的一部分引导电流。电流继续从区域29流动通过区域31到达区 域59和导体60。除了堆积区之外，还有区域30和31的低电阻帮助 保持二极管25的正向电阻低。因此，即使区域29的一部分将区域30 和31分开，堆积区依然帮助降低正向电阻。二极管25的漂移区从区 域59的边缘延伸而通过区域31，通过在区域30和31之间的区域29 的一部分，如由距离44所示的，并通过区域30到达肖特基结的边缘。 注意，堆积区还在绝缘体41下形成，但它对电流传导有很小的影响。
当二极管25被反向偏置时，二极管25的几个特征组合起来帮助 增加二极管25的击穿电压。在反向偏置的情况下，与导体49的连接 保证在MOS栅极下的堆积区不在绝缘体41和42下形成，而是该区域将被耗尽。因此，MOS栅极帮助增加二极管25的击穿电压。施加 至二极管25的反向电压使在衬底28和区域29、 30、 31之间形成的 P-N结扩张，从而形成耗尽区，该耗尽区使电场扩展并帮助增加了击 穿电压。将由区域59和导体60形成的阴极电极与由导体49形成的阳 极电极间隔开一段距离44也使电场在距离44上扩展，并且增加了击 穿电压。将区域39与区域59间隔开一段距离61并将区域39与氧化 区40的边缘间隔开一段距离35使场边缘拥挤现象最小化，并且还增 加了击穿电压。使区域30位于距场氧化区40的边缘一段距离34处也 减低了在氧化区40边缘附近的电场的强度，并且帮助提高了击穿电 压。将区域30与区域31间隔开一段距离32也降低了在氧化区40边 缘附近的电场，并提高了击穿电压。使导体46和47延伸至氧化区40 的各个部分上帮助降低了氧化区40边缘处的电场。此外，延长导体 49以将距离50延伸而超过氧化区40的边缘使氧化区40的下边缘附 近的电场消除(smooth)。类似地，使导体60延伸而超过氧化区40 的边缘也使氧化区40的下边缘附近的电场消除。另外，使区域36和 37形成的掺杂浓度比区域30高通过抑制了少数载流子的注入而降低 了注入效率。 一般，区域36和37的掺杂浓度不大于区域30的掺杂浓 度的大约100倍。这给二极管25提供了快速的开关时间并且还减小了 衬底电流和耗用功率。区域30和31的掺杂浓度的调节连同间距32 最小化了反向漏电流，并为二极管25提供了更理想的反向漏电流特 性。
正如本领域的技术人员将认识到的，二极管25的某些部分根据期 望的击穿电压值来按比例标度。距离38、 50、 62以及长度69根据期 望的击穿电压选择。在一个示例性实施方案中，二极管25形成为具有 不小于大约700伏特(V)的击穿电压。对于该示例性实施方案，距 离32、 34、 35、 44、 50、 61、 62以及长度69分别为大约19微米、10 微米、12微米、70微米、ll微米、6.5微米、22和11微冬。此外， 区域36和37的掺杂是大约l-2xl017 atom/cm3，而区域39的掺杂浓 度为大约l-2xl016 atom/cm3。另外，导体46、 47和相关的绝缘体41和42、区域30、 31和39是可选的，并且可以被省略。进一步地，导 体49一般是金属，并且可以是包括钛/氮化钛层的势垒金属 (barrier metal)
在其他示例性实施方案中，二极管25形成为具有不小于大约850 伏特(V)的击穿电压。对于该示例性实施方案，距离32、 34、 35、 44、 50、 61、 62以及长度69分别为大约19微米、IO微米、12微米、 100微米、ll微米、6.5微米、42以及31微米。此外，区域36和37 的掺杂是大约l-2xl017 atom/cm3,而区域39的掺杂浓度为大约 l-2xl016 atom/cm3。
尽管以具体优选实施方案描述了本发明的主题，但是对于半导体 领域的技术人员而言，很多可选方案和变更是显而易见的。例如，区 域36和37可以远离肖特基结间隔开。区域29可以在外延层中形成， 外延层在半导体衬底上形成。绝缘体41和42的厚度可以是任何选择 的值。此外，词"大约"或"大致，，意指元件的值具有被预期为很接近于 规定值或位置的参数。但是，如本领域中所公知的，总是有阻止值或 位置确切地与规定的一样的微小变化。在本领域中完全确认，达到大 约10%的变化被认为是偏离确切地如所述的理想目标的合理的变化。
权利要求
1.一种肖特基二极管，其包括第一传导类型的衬底，其具有第一掺杂浓度并且具有表面；第二传导类型的第一掺杂区，其具有第二掺杂浓度并且在所述衬底的所述表面上形成；所述第二传导类型的第二掺杂区，其具有大于所述第二掺杂浓度的第三掺杂浓度，所述第二掺杂区在所述衬底的所述表面上形成并与所述第一掺杂区重叠；所述第二传导类型的第三掺杂区，其具有大于所述第二掺杂浓度的第四掺杂浓度，所述第三掺杂区在所述衬底的所述表面上形成，并且与所述第一掺杂区重叠，其中，所述第三掺杂区与所述第二掺杂区间隔开第一距离；第一导体，其在所述第二掺杂区上形成，并与其形成肖特基结；以及第二导体，其被配置成形成与所述第三掺杂区的欧姆接触。
2. 如权利要求1所述的肖特基二极管，还包括覆盖所述第一距离 的至少一部分的MOS栅极。
3. 如权利要求l所述的肖特基二极管，还包括所述第一传导类型 的第四掺杂区，其具有大于所述第三掺杂浓度的第五掺杂浓度，所述 缘下, ' " ' …"± '
4. 如权利要求3所述的肖特基二极管，还包括MOS栅极，所述 MOS栅极覆盖所述衬底的所述表面，并位于所述第四掺杂区和场氧化 区之间。
5. 如权利要求1所述的肖特基二极管，还包括在所述衬底的所述 表面上并处于所述第三掺杂区中的第四掺杂区，其中，所述第四掺杂 区具有大于所述第四掺杂浓度的第五掺杂浓度。
6. —种形成肖特基二极管的方法，其包括在半导体衬底上形成具有第 一掺杂浓度的第一传导类型的第一区域；形成覆盖所述第一区域的一部分的肖特基结； 形成处于所述半导体衬底上并包围所述肖特基结的外边缘的保护 环；以及形成覆盖所述半导体衬底的表面并位于所述保护环和场氧化区的 一部分之间的MOS栅极。
7. 如权利要求6所述的方法，还包括形成与所述第一区域重叠 的具有第二掺杂浓度的所述第一传导类型的第一掺杂区，以及在所述第一掺杂区上形成导体以形成所述肖特基结，其中，所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。
8. 如权利要求7所述的方法，还包括形成与所述第一区域重叠 并且与所述第一掺杂区间隔开第一距离的具有第三掺杂浓度的所述第 一传导类型的第二掺杂区，其中，所述第三掺杂浓度大于所述第一掺 杂浓度。
9. 一种形成肖特基二极管的方法，其包括 提供具有第一掺杂浓度的第一传导类型的衬底； 在所述衬底的表面上形成具有第二掺杂浓度的笫二传导类型的第一掺杂区；形成与所述第一掺杂区重叠的具有第三掺杂浓度的所述第二传导类型的第二掺杂区，所述第三掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度；形成覆盖所述第 一掺杂区的 一部分并与所述第二掺杂区间隔开的肖特基结；以及形成处于所述第二掺杂区中并与所述肖特基结间隔开第 一距离的 具有第四掺杂浓度的所述第一传导类型的第三掺杂区，所述第四掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。
10. 如权利要求9所述的方法，还包括形成与所述第一掺杂区 重叠的具有第五掺杂浓度的所述第二传导类型的第四掺杂区，以及在 所述第一掺杂区上形成导体以形成所述肖特基结，其中，所述第五掺 杂浓度大于所述第二掺杂浓度。
全文摘要
本发明公开了一种肖特基二极管及其形成方法。在一个实施方案中，肖特基二极管与其他半导体器件一起在半导体衬底上形成，并且还形成有高的击穿电压和低的正向电阻。
文档编号H01L29/66GK101315952SQ20081009719
公开日2008年12月3日 申请日期2008年5月19日 优先权日2007年6月1日
发明者A·罗斯帕尔, 杜尚晖, 穆罕默德·T·库杜斯 申请人:半导体元件工业有限责任公司