专利名称：一种肖特基二极管的制作方法
技术领域：
本发明本发明属于整流器件技术领域，具体涉及一种新结构的肖特基二极管，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Braun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，Schottky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，T皿g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 reetifier with MOS trench，，(US PatentNO. 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'102patent。 对TMBS的模拟结果显示，在反向偏置下，导电沟槽的边缘介质层拐角处等势线最为密集(图4)，亦即电场强大最大。因此反向电压加至一定程度时击穿首先发生在这里。 该效应对于获取更好的反向特性是不利的。本发明的指导思想在于使用非矩形的导电沟槽 以避免上述的介质层拐角处电场集中效应，从而改善器件的反向特性，即增大器件的反向 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非矩形的导电沟槽，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，沟槽沿某角度倾斜，底部呈现钝角或圆弧。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钝角或圆弧。 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。 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。 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1 X 1017cm—3以上。 所述的轻掺杂半导体的掺杂浓度在1 X 1017cm—3以下。 所述的轻掺杂半导体的掺杂浓度是线性分布。或者所述的轻掺杂半导体的掺杂浓 度是阶梯分布。或者所述的轻掺杂半导体的掺杂浓度是类高斯分布。
所述的第二区域的宽度大于0. 1 ii m，小于20 ii m。
所述的第三区域的厚度大于0. 1 ii m，小于2 ii m。 上述第一导电类型通常是N型，重掺杂的典型值是1 X 102°cm—3，轻掺杂的典型值是 1 X 1016cm—3，但本发明不限于使用这些值。 上述第一种介质通常是指Si(^，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。 本发明的优点详述于如后的"具体实施方式
"中。
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TMBS在阳极偏置_50V时的等势线图。
图5为本发明的Mesa TMBS的实例结构剖面图。 图6为本发明的Mesa TMBS的实例中，_100V偏置时，在左右对称中轴线上从上至下的电场强度分布图，作为对比，同时示出了拥有相同半导体掺杂浓度与SBH的平面SBD电 场强度分布。 图7为本发明的Mesa TMBS的实例在阳极偏置_50V时的等势线图。 图8为本发明的Mesa TMBS的实例的正向I-V特性图，作为对比，同时示出了拥有
相同半导体掺杂浓度与SBH的平面SBD和TMBS的正向I_V特性。 图9为本发明的Mesa TMBS的实例的反向I-V特性图，作为对比，同时示出了拥有 相同半导体掺杂浓度与SBH的平面SBD和TMBS的反向I_V特性。 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，535为 503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5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5示出了按本发明思路设计的一种肖特基二极管的剖面结构图。整个器件宽度 为5ym，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300nm。 第一种导电类型(此例为N型)的重掺杂(此例为1 X 102°cm—3)半导体(此例为 硅Si)502，厚度500iim。第一种导电类型(此例为N型)的轻掺杂(此例为1 X 1016cm—3)半导体(此例为 硅Si)503，平台顶535宽度a为800nm，平台底宽度b为3200nm，平台斜边与底边夹角y为 78. 7° ，从平台底到界面523之间的厚度c为2000nm。
第一种介质(此例为二氧化硅Si02) 504，厚度为1000nm。 第二种金属(此例为镍铂合金NiPt)505，位于平台顶535之上的部分厚度d为 300nm。 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. 782eV。 介质层(Si02)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。对于本例的参数设置，当阳极偏压为-ioov时，沿平台中线从上至下的电场强度分布如
图6所示，图6还参考性地示出了传统平面肖特基二极管(Parallel Plane SBD)-100V偏
置时的电场分布。可以看出由于介质层的电荷感应作用，使得金半接触表面峰值电场降低，
总的偏压有部分由更深处的半导体承担，从而使整个器件更难被击穿。 图7示出了 _5(^偏置时的等势线分布，和图4对比可以看出，在拐角处的等势线
更加稀疏，亦即此处的电场更小。这反映了非矩形的(此处为梯形)平台区域相对于矩形
的TMBS的优势，即减小了拐角处的电场集中(Field crowding)效应，从而使器件更难被击穿。 图8和图9示出了对按本例设计参数的Mesa TMBS进行模拟给出的正反向I-V特性。图中还参考性地示出了相同半导体掺杂浓度(此例为lX1016cm—3)和相同 SBH(O. 782eV)的传统平面肖特基二极管以及TMBS的相应I_V特性。从图8和图9可以 看出，本例的正向特性与TMBS近似，略好于平面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。另夕卜，由于引入了介质层，TMBS和Mesa TMBS并 非全部面积都用于导电，所以图8和图9中的电流密度J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 保护范围应以本专利申请权利要求书中所界定的范围为准。
权利要求
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；两条沟槽，相对地位于第二区域的左右两侧，沟槽沿某角度倾斜，沟槽底部呈现钝角或圆弧；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lX1017cm—3以上。
4. 如权利要求1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lX1017cm—3以下。
5. 如权利要求1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 是线性分布，或者是阶梯分布，或者是类高斯分布。
6. 如权利要求l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O. lym， 小于20iim。
7. 如权利要求l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O. lym， 小于2 ii m。
8. 如权利要求1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所形成 的夹角中的锐角大于45。，小于90° 。
全文摘要
本发明属于整流器件技术领域，具体为一种新结构的肖特基二极管。该结构使用非矩形沟槽状导电通道，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，具有更高的正反电流比，同时几乎不损失正向的驱动能力。
文档编号H01L29/36GK101710593SQ20091019905
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者李惟一, 茹国平, 蒋玉龙, 阮刚 申请人:复旦大学