CN102446980A - 一种低正向压降肖特基二极管及其制造方法 - Google Patents

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高云飞
李旺勤
黄震宇
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Abstract

本发明公开了一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：从下到上依次包括：阴极金属(1)、第一导电类型阴极区(2)、第一导电类型衬底(3)、第一导电类型外延层(4)、势垒金属或金属硅化物(10)、阳极金属(5)；第一导电类型外延层包括自其上表面向下延伸的凹槽(6)，势垒金属或金属硅化物(10)与凹槽(6)的内壁相连形成肖特基接触(8)。因为本发明采用槽形结构来实现肖特基接触结构，比目前的通过表面结构实现的肖特基接触结构接触面积大大增加了，从而使得肖特基接触部分的电阻大大减小，实现降低正向导通电压的目的。另外本发明还公开了一种低正向压降肖特基二极管的制造方法。

Description

一种低正向压降肖特基二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种低正向压降肖特基二极管及其制造方法。
背景技术
肖特基势垒二极管SBD(Schottky Barrier Diode，简称肖特基二极管)是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短，可以达到纳秒级，正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可以达到上千安培，这些优点是快恢复二极管所无法比拟的。
目前肖特基二极管主要应用于高速整流领域，传统的肖特基二极管包括：阴极金属1、第一导电类型阴极区2、第一导电类型衬底3、第一导电类型外延层4、势垒金属或金属硅化物10、阳极金属5；势垒金属或金属硅化物10与第一导电类型外延层4构成肖特基接触，但由于是平面的肖特基接触，在单位面积下，接触面积有限，因此具有较高的正向压降，导致其在大电流整流电路中所产生的功耗较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的肖特基二极管器件本身在正常使用中产生的损耗较大。
为了解决现有技术存在的问题，本发明公开了一种低正向压降肖特基二极管，从下到上依次包括：阴极金属、第一导电类型阴极区、第一导电类型衬底、第一导电类型外延层、势垒金属或金属硅化物、阳极金属；第一导电类型外延层包括自其上表面向下延伸的凹槽，势垒金属或金属硅化物与凹槽的内壁相连形成肖特基接触。
为了解决现有技术存在的问题，本发明还公开本一种低正向压降肖特基二极管制作方法，包括以下几个步骤：
(1)提供第一导电类型的衬底；
(2)于第一导电类型衬底上淀积形成第一导电类型外延层；
(3)在第一导电类型外延层上刻蚀凹槽，在所述凹槽的内壁蒸渡或溅射形成势垒金属或金属硅化物；
(4)在势垒金属或金属硅化物上蒸渡或溅射形成阳极金属；
(5)于第一导电类型衬底下表面淀积形成第一导电类型阴极区；
(6)于第一导电类型阴极区下表面蒸渡或溅射形成阴极金属。
因为本发明采用槽形结构来实现肖特基接触结构，比目前的通过表面结构实现的肖特基接触结构接触面积大大增加了，从而使得肖特基接触部分的电阻大大减小，实现降低正向导通电压的目的。另外本发明还公开了一种肖特基二极管的制作方法。
附图说明
图1是现有肖特基二极管剖面图；
图2是本发明低正向压降肖特基二极管结构阳极金属与凹槽分离的剖面图；
图3是本发明低正向压降肖特基二极管结构阳极金属与凹槽结合的剖面图；
图4-11是本发明低正向压降肖特基二极管的制作流程图。
1阴极金属；2第一导电类型阴极区；3第一导电类型衬底；4第一导电类型外延层；5阳极金属；6凹槽；7隔离层；8肖特基接触；9第二导电类型重掺杂区；10势垒金属或金属硅化物。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
图2是本发明低正向压降肖特基二极管结构阳极金属与凹槽分离的剖面图；图3是本发明低正向压降肖特基二极管结构阳极金属与凹槽结合的剖面图；如图2、图3所示的低正向压降肖特基二极管，从下到上依次包括：阴极金属1、第一导电类型阴极区2、第一导电类型衬底3、第一导电类型外延层4、势垒金属或金属硅化物10、阳极金属5；第一导电类型外延层包括自其上表面向下延伸的凹槽6，势垒金属或金属硅化物10与凹槽6的内壁相连形成肖特基接触8。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一导电类型外延层上表面除凹槽区域以外的部分覆盖有隔离层7，隔离层一方面用于防止外部杂质进入影响肖特基二极管性能，另外一方面当上述的肖特基接触有多个的时候，所述隔离层用于将肖特基接触隔离开来，防止肖特基接触之间相互影响，所述隔离层材料可以为硅氧化物，如二氧化硅。
作为上述技术方案的进一步改进，所述凹槽可以为矩形槽、梯形槽、锥形槽或者异形槽，如图2所示，本发明实施例的凹槽为梯形槽，其具有除开口以外的五个内壁，6a、6b、6c(由于是剖面图，凹槽的前后两个面未示出)，其槽状结构可利用氧化层对硅蚀刻的屏蔽及特定硅蚀刻液对硅的蚀刻特性实现，这种蚀刻液对硅的蚀刻具有自动停止蚀刻的特性，同时对不同的晶圆刻蚀不同的形状的凹槽。所述势垒金属或金属硅化物的形状跟凹槽内壁的形状相适应。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的第一导电类型阴极区为重掺杂，所述的第一导电类型外延层为轻掺杂，所述的重掺杂浓度为1×1021cm-3，所述的轻掺杂浓度为1×1014cm-3。所述的轻掺杂浓度是线性分布的，或者类高斯分布。
作为上述技术方案的进一步改进，所述肖特基二极管还包括设于第一导电类型外延层4中的第二导电类型重掺杂区9，所述第二导电类型重掺杂区的一部分与势垒金属或金属硅化物10形成欧姆接触。所述的重掺杂浓度为1×1021cm-3，所述的欧姆接触主要用于提高器件的耐压性能。
在本发明的实施例中所述的第一导电类型为N型，所述的第一导电类型也可为P型，当第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型，当第一导电类型为P型时，第二导电类型为N型。
图3可以直观地看出，在同等芯片面积下，通过相同的原材料，通过这种沟槽状结构形成的肖特基接触可以显著地提高肖特基接触面积，从而使得肖特基产品的正向压降得到很显著的降低。
实施例二：
本发明还提供了一种上述低正向压降肖特基二极管制作方法，包括以下几个步骤：
如图4-11所示，一种低正向压降肖特基二极管制作方法，包括以下几个步骤：
(1)如图4所示，提供第一导电类型的衬底；
(2)如图5所示，于第一导电类型衬底上淀积形成第一导电类型外延层，
(3)如图8所示，在第一导电类型外延层上刻蚀凹槽，所述的凹槽是以氧化层为掩膜，利用光刻胶刻蚀凹槽，通过曝光、显影露出需要腐蚀的凹槽的上表面，腐蚀凹槽图形，最终形成凹槽；在所述凹槽的内壁蒸渡或溅射形成势垒金属或金属硅化物；
(4)如图9所示，在势垒金属或金属硅化物上蒸渡或溅射形成阳极金属，以使势垒金属或金属硅化物与凹槽内表面接触形成肖特基接触，阳极金属采用蒸渡或溅射方式，经过氮气保护的高温退火后形成；
(5)如图10所示，于第一导电类型衬底下表面淀积形成第一导电类型阴极区，
(6)如图11所示，于所述第一导电类型阴极区下表面蒸渡或溅射形成阴极金属，所述的阴极区与阴极金属通过蒸渡或溅射形成欧姆接触电极，然后退火。
作为上述方案的进一步改进，在步骤(2)与步骤(3)之间包括：如图6所示，于第一导电类型外延层4上表面淀积隔离层的步骤；此时的隔离层上具有用以形成第二导电类型重掺杂区9的通孔，以限定第二导电类型重掺杂区9的位置。
在所述隔离层形成后，如图7所示，通过所述的通孔，于第一导电类型外延层4中掺杂形成第二导电类型重掺杂区9。
本发明利用现有的CMOS工艺，在硅衬底上制作外延层，在外延层上刻蚀槽状结构的沟槽，然后蒸渡或溅射势垒金属或金属硅化物，形成了槽状结构的肖特基接触，增大了肖特基接触面积，减小导通电阻，从而降低了通态压降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：从下到上依次包括：阴极金属(1)、第一导电类型阴极区(2)、第一导电类型衬底(3)、第一导电类型外延层(4)、势垒金属或金属硅化物(10)、阳极金属(5)；第一导电类型外延层包括自其上表面向下延伸的凹槽(6)，势垒金属或金属硅化物(10)与凹槽(6)的内壁相连形成肖特基接触(8)。
2.根据权利要求1所述的一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：所述第一导电类型外延层上表面除凹槽区域以外的部分覆盖有隔离层(7)。
3.根据权利要求1所述的一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：所述凹槽为矩形槽、梯形槽、锥形槽或者异形槽。
4.根据权利要求1所述的一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：所述的第一导电类型阴极区为重掺杂，所述的第一导电类型外延层为轻掺杂。
5.根据权利要求4所述的一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：所述的重掺杂浓度为1×1021cm-3，所述的轻掺杂浓度为1×1014cm-3。
6.根据权利要求4所述的一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：所述的轻掺杂浓度是线性分布的，或者类高斯分布。
7.根据权利要求1所述的一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：该肖特基二极管还包括设于第一导电类型外延层(4)中的第二导电类型重掺杂区(9)，所述第二导电类型重掺杂区的一部分与势垒金属或金属硅化物(10)形成欧姆接触。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：所述的第一导电类型为N型。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的一种低正向压降肖特基二极管，其特征在于：所述的第一导电类型为P型。
10.一种低正向压降肖特基二极管制造方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)提供第一导电类型的衬底；
(2)于第一导电类型衬底上淀积形成第一导电类型外延层；
(3)在第一导电类型外延层上刻蚀凹槽，在所述凹槽的内壁蒸渡或溅射形成势垒金属或金属硅化物；
(4)在势垒金属或金属硅化物上蒸渡或溅射形成阳极金属；
(5)于第一导电类型衬底下表面淀积形成第一导电类型阴极区；
(6)于第一导电类型阴极区下表面蒸渡或溅射形成阴极金属。
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