一种紧凑的低电容型肖特基二极管的制作方法

本发明涉及肖特基二极管结构领域，具体涉及一种紧凑的低电容型肖特基二极管。

背景技术：

1、肖特基二极管是一种利用金属与半导体接触所形成的整流器件，其相比pn二极管，正向开启电压更低，导通功耗更小；同时，肖特基二极管中只有多数载流子参与导电，几乎不存在“少数载流子存储效应”，因而可获得快速的开关切换速度。得益于上述优势，目前肖特基二极管已经被广泛地应用在整流、信号调节、开关、电压钳位、太阳能电池等领域。

2、为了提升肖特基二极管的反向耐压能力，并降低漏电流，目前业界典型的措施为添加保护环，典型结构如图1（a）所示。

3、图1（a）显示了在互补式金属氧化物半导体（complementary metal-oxide-semiconductor，cmos）工艺上实现的典型高压肖特基二极管器件。为了与p型衬底p110相隔离，整个器件制造在n阱n120之中，所有有源区之间采用浅沟槽隔离（shallow trenchisolation，sti）结构100进行隔离。通过典型的自对准金属硅化物工艺（self-alignedsilicide，salicide），在所有的有源区表面，均会自动生成一种金属硅化物121a、122a、123a、124a和125a。当所述金属硅化物121a、125a与重掺杂有源区121、125相接触时，会形成欧姆接触，不具有整流能力；而当所述金属硅化物123a与轻掺杂的n阱区n120相接触时，便会形成肖特基结。此时，当金属互联线91接正极高电位，金属互联线92接负极低电位时，所述肖特基结正偏开启，导通电流；反之，所述肖特基结反偏关断，起到单向整流的功效。

4、肖特基二极管与pn二极管性能对比：

5、相比pn二极管，肖特基二极管的正向开启电压更低；同时，由于不存在“少数载流子存储效应”，因而开关切换速度，尤其是关断速度大幅加快，从而适用于高频应用。然而，肖特基二极管的反向阻塞能力通常比pn二极管更差，这主要是因为在肖特基结的边缘处，由于“边角效应”的影响，使得这里的电场强度远高于肖特基结内部，从而大幅恶化漏电流和击穿电压。

6、通过在肖特基结边缘处添加p型保护环（p-type guard ring），可以有效消除上述“边角效应”问题，从而大幅降低器件在反偏状态下的漏电流，并提升击穿电压。具体来说，p型保护环由两个p型掺杂区域122、124，以及其表面处的金属硅化物122a、124a所构成，所述p型掺杂区域可以为重掺杂有源区。根据主流的自对准硅化物工艺特点，所述金属硅化物122a，123a和124a会自动短接。虚线141展示了上述高压肖特基二极管的耗尽区边界。

7、高压肖特基二极管的优缺点：

8、由上述描述可知，得益于p型保护环的加入，高压肖特基二极管的反向阻塞能力得到显著加强，表现为漏电流的降低和击穿电压的提升。然而，p型保护环还会引入一个与肖特基结所并联的pn结，如图1（b）中的d2，从而带来额外的寄生电容（包括势垒电容和扩散电容）；此外，当整个器件的正偏电压较高时，该pn结将会充分开启，引入少数载流子导电机制，从而在器件关断时引入“少数载流子存储效应”，大幅恶化器件的开关切换速度。

9、为了缓解上述保护环对器件性能的恶化，现有专利（公开号：us9461039b2）提出了一种改良型的保护环结构，如图2（a）所示。

10、在该结构中，保护环由传统的“p型重掺杂有源区”替换为了“n型重掺杂有源区122c、124c与p型区域122b、124b构成的反偏pn二极管”，最终将保护环与n型阱区n120构成的“pn二极管”演变为“n-p-n双极结型晶体管（bipolar junction transistor, bjt）”。

11、该专利的优势为：

12、在肖特基二极管正向工作时，上述双极结型晶体管由于基区浮空，在较低的电压范围内始终处于截止状态，因而避免了过量少数载流子的注入，优化了器件的开关速度。

13、双极结型晶体管始终处于截止态，因而消除了扩散电容；此外，通过图2（b）的等效电路可以看出，其由于多串联了一个pn结d3，因而势垒电容也较之前更低。最终，该专利可以显著降低由保护环所引入的寄生电容，优化器件的高频特性。

14、然而，上述专利中所采用的p型区域122b、124b需要完全包围住n型有源区122c和124c，且结深较深，横扩效应相对严重，最终导致其体积相对较大，不够紧凑，从而大幅延长了电流导通路径，显著恶化器件的正向导通电阻，并会增大版图面积，增加制造成本。

技术实现思路

1、为解决现有技术中体积相对较大、电流导通路径大幅延长，器件的正向导通电阻显著恶化的问题，本发明提供一种紧凑的低电容型肖特基二极管，从而全面提升肖特基二极管的综合性能。

2、本发明紧凑的低电容型肖特基二极管，包括第一导电类型阱区、设置在所述第一导电类型阱区内、相互隔离的第一导电类型重掺杂区及第二导电类型保护环，所述第二导电类型保护环为第二导电类型轻掺杂区，所述第一导电类型重掺杂区、第一导电类型阱区、第二导电类型轻掺杂区上表面均设有肖特基势垒金属，所述第一导电类型阱区与其直接相接触的表面肖特基势垒金属构成一主肖特基结，所述第二导电类型轻掺杂区与其表面的肖特基势垒金属构成一肖特基结，所述肖特基结与主肖特基结电流整流方向相反。

3、本发明作进一步改进，所述第二导电类型轻掺杂区的掺杂浓度范围为：1016~1018cm-3量级。

4、本发明作进一步改进，所述第二导电类型轻掺杂区的制备工艺包括：改进工艺和定制工艺，所述定制工艺为由定制掺杂浓度后制备而成，

5、所述改进工艺包括：由重掺杂有源区，轻掺杂漏、基区掺杂或静电泄放注入层，调整掺杂浓度改进而成。

6、本发明作进一步改进，所述第一导电类型重掺杂区与所述第二导电类型轻掺杂区之间设有隔离结构。

7、本发明作进一步改进，所述隔离结构为设置在所述第一导电类型阱区上表面的浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构为设置在第二导电类型轻掺杂区和所述第一导电类型重掺杂区之间、用于隔离两者及其上表面肖特基势垒金属的沟槽。

8、本发明作进一步改进，所述隔离结构为设置在所述第一导电类型阱区上方的栅极隔离结构，

9、所述栅极隔离结构设置在所述第一导电类型重掺杂区表面的肖特基势垒金属及所述第二导电类型轻掺杂区表面表面的肖特基势垒金属之间，

10、包括靠近所述肖特基势垒金属的栅极氧化层、设置在所述栅极氧化层上方的栅极多晶硅、设置在所述栅极多晶硅上方的栅极金属硅化物，及设置在所述栅极多晶硅两侧的栅极侧墙，所述栅极侧墙一端与所述栅极金属硅化物上表面齐平，另一端与所述栅极氧化层相接。

11、本发明作进一步改进，所述第二类型轻掺杂区靠近所述第一导电类型重掺杂区的一侧设有表面没有设置所述肖特基势垒金属的延伸端，

12、所述延伸端设置在所述栅极隔离结构一侧下方，所述栅极隔离结构另一侧下方设有与所述第一导电类型重掺杂区相接的第一导电类型轻掺杂漏极。

13、本发明作进一步改进，所述隔离结构为金属硅化物阻挡层隔离结构或场氧化层隔离结构。

14、本发明作进一步改进，所述低电容型肖特基二极管还包括p型衬底，所述第一导电类型为n型，所述第一导电类型阱区为n型阱区，所述n型阱区设置在所述p型衬底上。

15、本发明作进一步改进，所述低电容型肖特基二极管还包括p型衬底，所述第一导电类型为p型，所述第一导电类型阱区为p型阱区，所述p型衬底上方设有隔离所述p型阱区与p型衬底的深n阱，所述p型阱区设置在所述深n阱中。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过优化保护环的具体组成结构，大幅降低第二导电类型掺杂区的杂质浓度，从而将该区域与其表面肖特基势垒金属之间构成的“欧姆接触结”（无整流能力）转变为“肖特基结”（具有单向整流能力），从而有效抑制传统保护环带来的各种不利影响。

17、当整个器件外加正向偏压时，新优化的“肖特基结”处于反偏截止状态，因而避免了少数载流子的大量注入，优化了器件的开关切换速度，并消除了保护环所引入的扩散电容；此外，保护环的势垒电容也较之前显著降低，这是因为一方面此时多串联了一个“肖特基结”，有利于降低容值；另一方面，p型区域掺杂浓度的显著降低，也使得“pn结”的耗尽区一部分可由第二导电类型轻掺杂区所分担，从而优化了寄生电容。当整个器件外加反向偏压时，保护环的存在可以有效消除本征肖特基结的“边角电场”效应，从而维持优越的反向耐压能力。

18、因此，本发明可以在维持器件反向耐压特性的同时，实现更低的寄生电容，更快的开关切换速度，更紧凑的版图布局和更低的正向导通阻抗，从而全面提升肖特基二极管的综合性能。