专利名称：萧基二极管装置及其制造方法
技术领域：
本发明是关于半导体装置，且特别是关于一种萧基二极管(Schottky diode)装置 及其制造方法。
背景技术：
萧基二极管(Schottky diode)为具有金属-半导体接面 (metal-semiconductorjunction)的一种半导体装置，于此金属-半导体接面结构的电 流_电压特性则按照所施加电压的极性而定。当萧基二极管处于顺向偏压时(即阳极施加正电压以及于阴极施加负电压)可 使得载子导通，而当萧基二极管处于逆向偏压时(即阳极施加负电压以及于阴极施加正电 压)则载子不易导通因而与一般pn接面二极管具有同样的单向导通特性。另外，由于萧基 二极管是单载子移动，故于顺向偏压时具有相对低的临界电压且于顺逆向偏压切换时反应 速度极快。请参照图1，显示了一种已知萧基二极管装置100的剖面情形。如图1所示，萧基 二极管装置100包括了 n型漂移区(n drift region) 104、阳极电极112、阴极电极114以 及形成于n型漂移区(n drift region) 104内的n+掺杂区116等主要构件。n型漂移区 104是形成于p型硅基底102的表面内，而于n型漂移区104表面形成有两分隔的场氧化物 108，以于n型漂移区104表面定义出为场氧化物108所分隔的阳极区150以及阴极区160。 于n型漂移区104表面上更形成有经图案化的层间介电层110，其覆盖了场氧化物108及 其邻近的n型漂移区104与n+掺杂区116的部分表面，而由钛、氮化钛、钨、铝等金属材质 所形成的阳极电极112与阴极电极114则分别覆盖并穿透层间介电层110以分别实体接触 位于阳极区150内的n型漂移区104以及位于阴极区160内的n+掺杂区116。于阳极区 150内邻近场氧化物108处的n型漂移区104内分别形成有一 p型掺杂区106，以避免于电 极112邻近n型漂移区104与场氧化物108处区域内形成高电场，通过提升萧基二极管装 置100的逆向偏压下的电压崩溃表现。于萧基二极管装置100内的阳极电极112及相接触 的n型漂移区104间的介面即为一金属-半导体接面120。另外，为了进一步提升萧基二极管装置100的逆向偏压下的崩溃电压，n型漂移区 104内的n型掺质浓度通常不可高于2. OX 1016atomS/Cm3。如此的n型漂移区104的掺质 浓度虽有助于提升萧基二极管装置100于逆向偏压下的崩溃电压表现，但是却使得萧基二 极管装置100于顺向偏压下流通于阳极区150与阴极区160间的单位面积电流受到限制。因此，便需要一种新颖的萧基二极管装置，以满足逆向电压下的高崩溃电压以及 顺向偏压下的高单位面积电流等元件需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种萧基二极管装置及其制造方法，以改善其崩溃电压 与单位面积电流等电性表现。
依据一实施例，本发明提供了一种萧基二极管装置，包括一 p型半导体结构；一 n型漂移区，设置于所述p型半导体结构表面，其中所述n 型漂移区包括掺质浓度相异的一第一 n型掺杂区以及一第二 n型掺杂区，而所述第二 n型 掺杂区是环绕所述第一 n型掺杂区的侧壁且具有较所述第一 n型掺杂区为高的掺质浓度； 多个隔离结构，设置于所述n型漂移区的所述第二 n型掺杂区内，以定义出一阳极区以及一 阴极区，其中所述阳极区露出所述第一n型掺杂区的表面而所述阴极区部分露出所述第二 n型掺杂区的表面；一第三n型掺杂区，设置于为所述阴极区所部分露出的第二 n型掺杂区 表面，其中所述第三n型掺杂区具有高于所述第二 n型掺杂区的掺质浓度；一阳极电极，设 置于所述阳极区内的所述第一 n型掺杂区之上；以及一阴极电极，设置于所述阴极区内的 所述第三n型掺杂区之上。依据另一实施例，本发明提供了一种萧基二极管装置的制造方法，包括 提供一 p型半导体层；形成一 n型漂移区于所述p型半导体层表面内，其中所述n 型漂移区包括一第一 n型掺杂区以及环绕所述第一 n型掺杂区的一第二 n型掺杂区，而所 述第二 n型掺杂区具有高于所述第一 n型掺杂区的掺质浓度；形成数个隔离结构于邻近所 述第一 n型掺杂区的所述第二 n型掺杂区之内，进而于所述p型半导体层上定义出一阳极 区与一阴极区，其中所述阳极区露出了所述第一 n型掺杂区及邻近所述第一 n型掺杂区的 所述第二n型掺杂区的一部分，而所述阴极区仅露出了所述第二n型掺杂区的另一部分；形 成一第三n型掺杂区于所述阴极区所露出的所述第二 n型掺杂区之内；以及于所述阳极区 与阴极区内分别形成一阳极电极与一阴极电极，以分别实体接触所述第一 n型掺杂区与所 述第三n型掺杂区。
图1显示了一已知萧基二极管装置的剖面情形；以及图2-图6为一系列剖面图，显示了依据本发明一实施例的萧基二极管装置的制造 方法。附图标号100 萧基二极管装置；102 p型硅基底；104 n型漂移区；106 p型掺杂区；108 场氧化物；110 层间介电层；112 阳极电极；114 阴极电极；116 n+掺杂区；120 金属-半导体接面；150 阳极区；160 阴极区；202 p型半导体层；
204 掩膜层；206 离子注入程序；208 η型掺杂区；210 ρ型条状区；212 第二 η型掺杂区；214 第一 η型掺杂区；216 掩膜层；218 离子注入程序；220 ρ型掺杂区；222 隔离结构；224 掩膜层；226 离子注入程序；228 η+掺杂区；230 层间介电层；232、234 电极；235、237 开口；250 η型漂移区；260 阳极区；270 阴极区；280 金属-半导体接面；W 掩膜层/p型条状区的宽度；P 掩膜层/p型条状区的间距。
具体实施例方式为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实 施例，并配合所附附图，作详细说明如下图2-图6为一系列剖面图，显示了依据本发明一实施例的萧基二极管装置的制造 方法。请参照图2，首先提供一 ρ型半导体结构，例如为一 ρ型半导体层202。ρ型半导体 层202例如为含硅、硅锗的半导体材料的外延层或基板的一部。接着于半导体基板202的 表面形成数个图案化的掩膜层204并露出部分的ρ型半导体层202。接着，针对ρ型半导体 层202施行一离子注入程序206并采用此些掩膜层204做为离子注入掩膜，因此于ρ型半 导体层202内形成了数个相分隔的η型掺杂区208。离子注入程序206是采用磷与砷等η 型掺质，其所采用的离子注入能量约介于500KeV SOOKeV，而所注入η型掺质剂量则约介 于 2X IO12 8Χ 1012atoms/cm2。如图2所示，由于ρ型半导体层202之上形成有数个分隔的掩膜层204，故于离子 注入程序206施行后于所形成的相分隔的数个η型掺杂区208之间分别存在有一未经η型 掺杂的P型条状区210，其仍具有相同于ρ型半导体层202的掺杂特性与掺质浓度。在此， 此些掩膜层204分别具有介于0. 4 μ m 0. 8 μ m的宽度W且相邻掩膜层204之间存在有介
6于0.4μπι 0.8μ m之间距P。如此可通过调整形成于ρ型半导体层202上的掩膜层204 数量、其宽度W以及相邻掩膜层204之间距P而达到控制所形成的ρ型条状区210的数量、 范围与轮廓。请参照图3，于移除形成于ρ型半导体层202上的掩膜层204 (请参见第2图)之 后，接着施行一退火程序(未显示)，以于1000 iioo°c的温度下进行退火处理。因此， 于退火程序施行过后，于P型半导体层202表面便形成了一第一 η型掺杂区214以及环绕 此第一 η型掺杂区214侧壁的一第二 η型掺杂区212，而第一 η型掺杂区214与第二 η型 掺杂区212的底面分别接触了 ρ型半导体层202。在此，第二 η型掺杂区212内的掺质浓 度约介于2X IO16 8Χ 1016atoms/cm3，第一 η型掺杂区214内掺质浓度约介于4X IO15 2X1016atOmS/cm3，而第二 η型掺杂区212内的掺质浓度高于第一 η型掺杂区214内掺质浓 度，且先前的P型条状区210于退火程序施行过后便不复存在。第一 η型掺杂区214与第 二 η型掺杂区212组成了萧基二极管装置的η型漂移区250。请继续参照图3，接着于η型漂移区250表面形成图案化的一掩膜层216并分别 露出位于第一 η型掺杂区214两侧的第二 η型掺杂区212的一部分。接着采用掩膜层216 作为离子注入掩膜而施行一离子注入程序218，以于位于第一 η型掺杂区214两侧的第二 η型掺杂区212之内分别形成了一 ρ型掺杂区220。离子注入程序218是采用如硼的ρ型 掺质，其所采用的离子注入能量约介于40KeV 80KeV，而所注入ρ型掺质剂量则约介于 8 X IO13 5Χ 1014atoms/cm2。请参照图4，接着于除去掩膜层216 (请参见图3)之后，于η型漂移区250内的第 二 η型掺杂区212表面及其内形成两分隔的隔离结构222，以于η型漂移区250表面定义 出此萧基二极管装置的阳极区260与阴极区270。在此，隔离结构222是绘示为已知的场 氧化物(filed oxide)且可为已知场氧化物工艺所形成，但并非加以限定本发明，隔离结构 222亦可采用其他型态的隔离结构。于形成隔离结构222时可同时对于先前形成的ρ型掺 杂区220 (请参见图3)进行退火动作，并于隔离结构222形成后同时将的转化成为邻近并 包覆各隔离结构222的一边角的ρ型掺杂区220。此ρ型掺杂区220亦部分延伸进入了第 一 η型掺杂区214之内。接着形成一图案化的掩膜层224，以大体覆盖了隔离结构222与 阳极区260并露出了阴极区270内的第二 η型掺杂区212的表面。接着进行一离子注入程 序226以于第二 η型掺杂区212表面形成了 η+掺杂区228以作为阴极接点之用。离子注 入程序226是采用磷与砷等η型掺质，其所采用的离子注入能量约介于40KeV 60KeV，而 所注入η型掺质剂量则约介于IX IO15 5Χ 1015atomS/Cm2。请参照图5，于移除掩膜层224(见于图4)之后，接着形成图案化的层间介电层 230，其分别大体覆盖了隔离结构222及邻近隔离结构222的部分ρ型掺杂区220与η+掺杂 区228。于层间介电层230内形成有一开口 235与237，分别大体露出第一 η型掺杂区214 的整个表面以及部分的η+掺杂区228表面。请参照图6，接着形成图案化的电极层232与234，其中电极层232是设置于ρ型 掺杂区220与第一 η型掺杂区214之上且部分覆盖邻近的层间介电层230，而电极层234则 设置于η+掺杂区228之上且部分覆盖邻近的层间介电层234。电极232与234分别作为阳 极电极与阴极电极之用，其可采用如钛、氮化钛、钨、铝等金属材料且可采用如沉积、研磨与 蚀刻等已知工艺所形成。
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如图6所示，显示了依据本发明的一实施例的萧基二极管装置，其主要包括一 ρ型半导体结构(例如ρ型半导体层202) ；— η型漂移区，设置于ρ型半导体 结构表面，其中η型漂移区包括掺质浓度相异的一第一 η型掺杂区(例如第一 η型掺杂区 214)以及一第二 η型掺杂区(例如第二 η型掺杂区212)，而第二 η型掺杂区是环绕所述第 一 η型掺杂区的侧壁且具有较第一 η型掺杂区为高的掺质浓度；多个隔离结构(例如隔离 结构222)，设置于η型漂移区的第二 η型掺杂区内，以定义出一阳极区(例如阳极区260) 以及一阴极区(例如阴极区270)，其中所述阳极区露出第一 η型掺杂区的表面而阴极区部 分露出第二 η型掺杂区的表面；一第三η型掺杂区(例如η+掺杂区228)，设置于为所述阴 极区所部分露出的第二 η型掺杂区表面，其中第三η型掺杂区具有高于第二 η型掺杂区的 掺质浓度；一阳极电极(例如阳极电极232)，设置于阳极区内的所述第一 η型掺杂区之上； 以及一阴极电极(例如阴极电极234)，设置于阴极区内的所述第三η型掺杂区之上。于本实施例中，萧基二极管装置是包括了由掺质浓度相对较低的第一 η型掺杂区 214与掺质浓度相对较高的第二 η型掺杂区212所组成的一 η型漂移区250，其中第一 η型 掺杂区214是实体接触了阳极电极232，基于其相对为低的η型掺质浓度，因而有助于提升 于阳极电极232与第一 η型掺杂区214间的金属-半导体接面280处的逆向偏压时的崩溃 电压表现。另外，由于介于阳极区260与阴极区270间的第二 η型掺杂区212具有相对高 的η型掺质浓度，因而可改善萧基二极管装置的单位面积电流量。另外，参照图2 图6的制造流程，本发明的萧基二极管装置的制造方法是针对如 图1所示的已知萧基二极管装置内用于形成η型漂移区104的光掩膜进行图样修正，即可 形成如第6图所示的由两种不同η型掺质浓度的η型掺杂区所组成的η型漂移区250，且不 会造成制造流程所需光掩膜数的增加，并可通过适度调整P型条状区210的数量、宽度及ρ 型条状区210间的间距而达成控制萧基接面280下的η型掺质浓度的目的。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习本领 域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发 明的保护范围当视权利要求范围所界定为准。
权利要求
一种萧基二极管装置，其特征在于，所述装置包括一p型半导体结构；一n型漂移区，设置于所述p型半导体结构表面，其中所述n型漂移区包括掺质浓度相异的一第一n型掺杂区以及一第二n型掺杂区而所述第二n型掺杂区是环绕所述第一n型掺杂区的侧壁且具有较所述第一n型掺杂区为高的掺质浓度；多个隔离结构，设置于所述n型漂移区的所述第二n型掺杂区内，以定义出一阳极区以及一阴极区，其中所述阳极区露出所述第一n型掺杂区的表面而所述阴极区部分露出所述第二n型掺杂区的表面；一第三n型掺杂区，设置于为所述阴极区所部分露出的第二n型掺杂区表面，其中所述第三n型掺杂区具有高于所述第二n型掺杂区的掺质浓度；一阳极电极，设置于所述阳极区内的所述第一n型掺杂区之上；以及一阴极电极，设置于所述阴极区内的所述第三n型掺杂区之上。
2.如权利要求1所述的萧基二极管装置，其特征在于，所述第一η型掺杂区具有介 于4Χ IO15 2Χ 1016atomS/Cm3的掺质浓度，而所述第二 η型掺杂区具有介于2Χ IO16 8X1016atoms/cm3 的掺质浓度。
3.如权利要求1所述的萧基二极管装置，其特征在于，所述第一η型掺杂区与所述第二 η型掺杂区的底面接触所述ρ型半导体结构。
4.如权利要求1所述的萧基二极管装置，其特征在于，所述装置更包括一P型掺杂区， 设置于为所述阳极区所露出的所述第一 η型掺杂区与所述第二 η型掺杂区表面之内并包覆 所述这些隔离结构之一的边角。
5.如权利要求4所述的萧基二极管装置，其特征在于，所述装置更包括一层间介电层， 设置于所述这些隔离结构与所述阳极电极与阴极电极之间，所述层间介电层分别覆盖所述 这些隔离结构及其邻近的P型掺杂区及第三η型掺杂区的一部分。
6.如权利要求4所述的萧基二极管装置，其特征在于，所述阳极电极实体接触所述ρ型 掺杂区与所述第一 η型掺杂区。
7.如权利要求1所述的萧基二极管装置，其特征在于，所述第三η型掺杂区具有介于 1 X IO17 5Χ 1017atoms/cm3 的掺质浓度。
8.一种萧基二极管装置的制造方法，其特征在于，所述方法包括 提供一 P型半导体层；形成一 η型漂移区于所述ρ型半导体层表面内，其中所述η型漂移区包括一第一 η型 掺杂区以及环绕所述第一 η型掺杂区的一第二 η型掺杂区，而所述第二 η型掺杂区具有高 于所述第一 η型掺杂区的掺质浓度；形成数个隔离结构于邻近所述第一η型掺杂区的所述第二η型掺杂区之内，进而于所 述P型半导体层上定义出一阳极区与一阴极区，其中所述阳极区露出了所述第一 η型掺杂 区及邻近所述第一 η型掺杂区的所述第二 η型掺杂区的一部分，而所述阴极区仅露出了所 述第二 η型掺杂区的另一部分；形成一第三η型掺杂区于所述阴极区所露出的所述第二 η型掺杂区之内；以及 于所述阳极区与阴极区内分别形成一阳极电极与一阴极电极，以分别实体接触所述第 一 η型掺杂区与所述第三η型掺杂区。
9.如权利要求8所述的萧基二极管装置的制造方法，其特征在于，所述第一η型掺杂区 具有介于4 X IO15 2 X 1016atoms/cm3的掺质浓度，所述第二 η型掺杂区具有介于2 X IO16 8 X 1016atoms/cm3的掺质浓度，而所述第三η型掺杂区具有介于1 X IO17 5 X 1017atoms/cm3 的掺质浓度。
10.如权利要求8所述的萧基二极管装置的制造方法，其特征在于，形成所述η型漂移 区于所述P型半导体层表面内包括于所述P型半导体层上形成多个分隔的第一掩膜层；施行一第一离子注入程序，采用所述这些第一掩膜层作为注入掩膜，于所述P型半导 体层内形成多个分隔的第四η型掺杂区以及位于所述这些第四η型掺杂区间的多个P型条 状区；移除所述这些第一掩膜层；以及施行一第一退火程序，以于所述P型半导体层内形成所述第一 η型掺杂区以及环绕所 述第一 η型掺杂区的所述第二 η型掺杂区，藉以组成所述η型漂移区。
11.如权利要求10所述的萧基二极管装置的制造方法，其特征在于，所述这些ρ型条 状区具有介于0. 4 μ m 0. 8 μ m的宽度以及所述这些ρ型条状区之间具有介于0. 4 μ m 0. 8μπι的间距。
12.如权利要求8所述的萧基二极管装置的制造方法，其特征在于，形成所述这些隔离 结构之前，更包括形成一第一掩膜层，部分露出邻近所述第一 η型掺杂区的所述第二 η型掺杂区的一部 分；以及施行一第一离子注入程序，采用所述第一掩膜层作为注入掩膜，以于邻近所述第一 η 型掺杂区的所述第二 η型掺杂区的表面形成一 ρ型掺杂区。
13.如权利要求12所述的萧基二极管装置的制造方法，其特征在于，于形成所述这些 隔离结构时更包括同时将所述P型掺杂区转变成为位于所述第一 η型掺杂区与所述第二 η型掺杂区连结 处的一 P型保护环，以包覆所述这些隔离结构的一边角。
全文摘要
本发明提供一种萧基二极管装置及其制造方法，所述萧基二极管装置包括一p型半导体结构；一n型漂移区，设置于所述p型半导体结构表面，包括掺质浓度相异的一第一n型掺杂区以及一第二n型掺杂区，而所述第二n型掺杂区具有较所述第一n型掺杂区为高的掺质浓度；多个隔离结构，设置于所述第二n型掺杂区内，以定义出一阳极区以及一阴极区；一第三n型掺杂区，设置于为所述阴极区所部分露出的所述第二n型掺杂区表面；一阳极电极，设置于所述阳极区内的所述第一n型掺杂区之上；以及一阴极电极，设置于所述阴极区内的所述第三n型掺杂区之上。本发明提供了一种萧基二极管装置及其制造方法，以改善其崩溃电压与单位面积电流等电性表现。
文档编号H01L21/329GK101901840SQ20091020312
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者白煌朗, 蔡宏圣 申请人:世界先进积体电路股份有限公司