CN105576014B - 肖特基二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种肖特基二极管，包括金半接触结和位于所述金半接触结周侧的PN结；金半接触结的N型区由位于场氧的底部的N型掺杂区组成；金半接触结的金属形成于场氧去除后的N型掺杂区表面。PN结的P型区形成于金半接触结周侧的有源区中，组成金半接触结的N型区的N型掺杂区同时延伸到有源区中组成PN结的N型区；PN结的P型区的底部区域还延伸到场氧的底部并且金半接触结相交叠。本发明还公开了一种肖特基二极管的制造方法。本发明能提高金半接触结性能的稳定性，提高器件的击穿电压，减少器件的反向漏电。

Description

肖特基二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种肖特基二极管；本发明还涉及一种肖特基二极管的制造方法。
背景技术
肖特基二极管是模拟集成电路中常见的有源器件，它由金属与N型轻掺杂硅接触而形成的单向导电器件。通常肖特基二极管由一个金属/半导体接触结和其两边各一个PN结构成。如图1所示，是现有肖特基二极管的结构图；在半导体衬底如硅衬底中形成有N型轻掺杂区101，一般N型轻掺杂区101由深N阱组成。在半导体衬底上形成有场氧102，场氧102为局部场氧(LOCOS)或浅沟槽场氧(STI)；通过场氧102隔离出有源区，也即被场氧102围绕的半导体衬底为有源区。现有肖特基二极管的金属/半导体接触结即金半接触结由形成于有源区表面的金属105和金属底部的N型轻掺杂区101组成，金属105一般为金属硅化物。
PN结位于金半接触结的周侧，图1为剖面图，图1中显示PN结位于金半接触结的两侧；PN结的P型区103一般采用P阱形成，P型区103底部的N型轻掺杂区101组成PN结的N型区。
PN结和金半接触结都形成于同一个有源区中，P型区103也被金属105覆盖，通过在金属105顶部形成的接触孔和阳极连接。
N型轻掺杂区101的还形成有N+区104，N+区104位于PN结和金半接触结之外的其它有源区中。在N+区104的表面形成有金属硅化物106，金属105一般也为金属硅化物，这时两者同时形成。通过在金属硅化物106顶部形成的接触孔和阴极连接。
图1所示的现有器件结构中，由于金属105和轻掺杂半导体即N型轻掺杂区101接触结的击穿电压较大，肖特基二极管的击穿电压由两边PN结的击穿电压决定。
肖特基二极管的反向漏电流由金属/半导体接触结的反向漏电流与两边PN结的反向漏电流叠加形成。
由于现有肖特基二极管都是在有源区形成即PN结和金半接触结都形成于同一个有源区中，金属为金属硅化物。带来的问题有：
1、肖特基二极管在半导体表面形成，其特性受半导体表面形貌影响很大，性能不太稳定。
2、在半导体表面形成的PN结由于终端问题很难形成超高击穿压，而且反向漏电流较大。
3、在Co硅化物工艺中不能实现Ti硅化物结构的肖特基二极管。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种肖特基二极管，能提高金半接触结性能的稳定性，提高器件的击穿电压，减少器件的反向漏电。为此，本发明还提供一种肖特基二极管的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的肖特基二极管，形成于半导体衬底上，在所述半导体衬底上形成有场氧，由所述场氧隔离出有源区，其特征在于：肖特基二极管包括金半接触结和位于所述金半接触结周侧的PN结。
所述金半接触结的N型区由位于所述场氧的底部的形成于所述半导体衬底中的N型掺杂区组成；所述金半接触结的金属由将所述场氧的位于所述金半接触结区域的部分去除后形成在所述金半接触结的N型区表面的金属组成。
所述PN结的P型区形成于所述金半接触结对应的所述场氧周侧的所述有源区中，组成所述金半接触结的N型区的N型掺杂区同时延伸到所述金半接触结对应的所述场氧周侧的所述有源区中并将所述PN结的P型区包围从而组成所述PN结的N型区。
所述PN结的P型区的底部区域还延伸到所述场氧的底部并且所述金半接触结相交叠。
进一步的改进是，所述金半接触结的金属为金属硅化物或阻挡金属层。
进一步的改进是，所述金属硅化物为TiSi，CoSi，NiSi。
进一步的改进是，所述阻挡金属层为Ti或TiN。
进一步的改进是，所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区由同时包围所述金半接触结和所述PN结的深N阱组成。
进一步的改进是，所述PN结的P型区由P阱组成。
进一步的改进是，所述场氧为局部场氧或浅沟槽场氧。
进一步的改进是，所述PN结的P型区通过接触孔连接到阳极，所述金半接触结的金属通过接触孔连接到阳极。
组成所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区的N型掺杂区中形成有N+区，该N+区通过接触孔连接到阴极。
进一步的改进是，组成所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区的N型掺杂区的掺杂浓度不超过1e7cm-3。
为解决上述技术问题，本发明提供的肖特基二极管的制造方法中肖特基二极管包括金半接触结和位于所述金半接触结周侧的PN结,包括如下步骤：
步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中形成N型掺杂区。
步骤二、在所述半导体衬底上形成场氧，由所述场氧隔离出有源区，所述N型掺杂区位于所述场氧底部且延伸到所述有源区中。
步骤三、进行P型离子注入在所述有源区中形成所述PN结的P型区，所述有源区中的所述N型掺杂区将所述PN结的P型区包围并组成所述PN结的N型区。
步骤四、采用光刻刻蚀工艺将所述场氧的位于所述金半接触结区域的部分去除并露出底部的所述N型掺杂区的表面。
步骤五、在所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面形成金属并由该金属组成所述金半接触结的金属；所述金半接触结的N型区由位于所述场氧的底部的所述N型掺杂区组成；所述PN结的P型区的底部区域还延伸到所述场氧的底部并且所述金半接触结相交叠。
进一步的改进是，所述金半接触结的金属为金属硅化物。
在步骤三形成所述P型区之后、步骤四的所述场氧的光刻刻蚀之前，还包括进行N+离子注入加快速热退火工艺在所述N型掺杂区的引出区域中形成N+区，该N+区用于将所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区通过接触孔连接到阴极。
步骤五中在所述P型区、所述N+区和所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面同时形成所述金属硅化物。
之后形成层间膜、接触孔和正面金属图形，所述正面金属图形包括阳极和阴极；所述PN结的P型区通过接触孔连接到阳极，所述金半接触结的金属通过接触孔连接到所述阳极；所述N+区通过接触孔连接到所述阴极。
进一步的改进是，所述金半接触结的金属为阻挡金属层。
在步骤三形成所述P型区之后、步骤四的所述场氧的光刻刻蚀之前，还包括如下步骤：进行N+离子注入加快速热退火工艺在所述N型掺杂区的引出区域中形成N+区，该N+区用于将所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区通过接触孔连接到阴极。
在所述P型区和所述N+区表面同时形成所述金属硅化物。
形成所述金属硅化物之后依次进行步骤四和步骤五，步骤五中在所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面形成的金属为阻挡金属层，所述金半接触结的金属形成之后进行快速热退火处理。
之后形成层间膜、接触孔和正面金属图形，所述正面金属图形包括阳极和阴极；所述PN结的P型区通过接触孔连接到阳极，所述金半接触结的金属通过接触孔连接到所述阳极；所述N+区通过接触孔连接到所述阴极。
本发明通过将金半接触结设置在场氧的底部，场氧底部的表面态密度小于有源区的表面，相对于现有结构，本发明能消除半导体表面形貌对金半接触结的不利影响，从而能提高金半接触结性能的稳定性。
本发明的PN结底部区域延伸到场氧的底部并在场氧的底部和金半接触结相交叠，这种结构相对于现有结构中PN结的边缘都位于有源区的表面的情形，本发明的金半接触结两边的PN结的边缘都位于场氧下，能增加PN结的击穿电压，降低其反向漏电流，从而能增加整个肖特基二极管的击穿电压以及降低肖特基二极管的反向漏电。
本发明的金半接触结的金属是通过去除场氧后形成，即能采用金属硅化物也能采用阻挡金属层，金半接触结的金属的选用灵活，如能够消除现有技术中在Co硅化物工艺中不能实现Ti硅化物结构的肖特基二极管的限制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有肖特基二极管的结构图；
图2是本发明实施例一肖特基二极管的结构图；
图3是本发明实施例二肖特基二极管的结构图。
具体实施方式
如图2所示，是本发明实施例一肖特基二极管的结构图；本发明第一实施例肖特基二极管形成于半导体衬底上，本发明第一实施例中所述半导体衬底为硅衬底，在所述硅衬底中形成有深N阱1。在所述半导体衬底上形成有场氧2，由所述场氧2隔离出有源区。
肖特基二极管包括金半接触结和位于所述金半接触结周侧的PN结。
所述金半接触结的N型区由位于所述场氧2的底部的形成于所述半导体衬底中的N型掺杂区组成，本发明第一实施例中，所述N型掺杂区直接由所述深N阱1组成；较佳为，所述深N阱1的掺杂浓度不超过1e7cm-3。。
所述金半接触结的金属4由将所述场氧2的位于所述金半接触结区域的部分去除后形成在所述金半接触结的N型区表面的金属4组成。
比较图1和图2所示可知，本发明第一实施例的所述金半接触结位于所述场氧2的底部，相对于有源区即所述场氧2所围绕的半导体衬底表面，所述场氧2的底部的表面态密度更小，所以本发明第一实施例的所述金半接触结的性能稳定性更好。
所述PN结的P型区3形成于所述金半接触结对应的所述场氧2周侧的所述有源区中，所述PN结的P型区3由P阱组成。图2为肖特基二极管的剖面图，显示为所述PN结的P型区3形成于所述金半接触结对应的所述场氧2两侧。
组成所述金半接触结的N型区的N型掺杂区同时延伸到所述金半接触结对应的所述场氧2周侧的所述有源区中并将所述PN结的P型区3包围从而组成所述PN结的N型区，即本发明第一实施例中所述PN结的N型区也是由所述深N阱1组成。
所述PN结的P型区3的底部区域还延伸到所述场氧2的底部并且所述金半接触结相交叠。比较图1和图2所示可知，本发明第一实施例的所述PN结的P型区3的底部延伸到所述场氧2的底部，这能增加PN结的击穿电压，降低其反向漏电流，从而能增加整个肖特基二极管的击穿电压以及降低肖特基二极管的反向漏电。
本发明第一实施例中，所述金半接触结的金属4为金属硅化物或阻挡金属层，其中，所述金属硅化物能为TiSi，CoSi，NiSi；所述阻挡金属层能为Ti或TiN。
所述场氧2为局部场氧2或浅沟槽场氧2。
组成所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区的N型掺杂区即所述深N阱1中形成有N+区5，该N+区5通过接触孔8连接到阴极10。
所述PN结的P型区3通过接触孔8连接到阳极9，所述金半接触结的金属4通过接触孔8a连接到阳极9。
本发明第一实施例中，在所述金半接触结的金属4之后，所述场氧2被去除的区域被介质层填充，如在后续形成层间膜7时一起被填充，之后通过穿过了所述层间膜7以及被重新填充介质层后的所述场氧2的接触孔8a实现金属4和阳极9的连接，可知，接触孔8a为一深孔接触。接触孔8则仅穿过层间膜7。
如图3所示，是本发明实施例二肖特基二极管的结构图，本发明第二实施例和本发明第一实施例器件的区别之处在于：本发明第二实施例的所述金半接触结的金属4通过接触孔8b连接到阳极9。在形成所述金半接触结的金属4之后，所述场氧2被去除的区域没有被介质层填充，而是直接填充金属，所以所述接触孔8b和横向尺寸和所述金半接触结的金属4的相同。
如图2所示，本发明第一实施例肖特基二极管的制造方法中肖特基二极管包括金半接触结和位于所述金半接触结周侧的PN结,包括如下步骤：
步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中形成N型掺杂区1。N型掺杂区1的掺杂浓度不超过1e7cm-3，N型掺杂区1能采用N型高阻衬底，能进行外延生长N型高阻薄膜形成，还能采用N型杂质的离子注入，然后进炉管进行退火形成。本发明第一实施例方法中所述N型掺杂区为深N阱1。
步骤二、在所述半导体衬底上形成场氧2，由所述场氧2隔离出有源区，所述N型掺杂区位于所述场氧2底部且延伸到所述有源区中。所述场氧2为局部场氧或浅沟槽场氧。
步骤三、进行P型离子注入在所述有源区中形成所述PN结的P型区3，所述PN结的P型区3由P阱组成，P型离子注入的杂质为硼，注入之后进行热退火所述P阱3。所述有源区中的所述N型掺杂区将所述PN结的P型区3包围并组成所述PN结的N型区。
进行N+离子注入加快速热退火工艺在所述N型掺杂区的引出区域中形成N+区5，所述N+区5形成于所述金半接触结和所述PN结之外的有源区中。所述N+区5用于将所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区通过接触孔8连接到阴极10。
步骤四、采用光刻刻蚀工艺将所述场氧2的位于所述金半接触结区域的部分去除并露出底部的所述N型掺杂区的表面。
步骤五、在所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面形成金属并由该金属组成所述金半接触结的金属4。本发明第一实施例方法中，所述金半接触结的金属4为金属硅化物；在形成所述金半接触结的金属4的同时，在所述P型区3和所述N+区5的表面也都形成所述金属硅化物6。两者同时形成，能够节约工艺步骤，节约工艺成本。所述金属硅化物6为TiSi，CoSi，NiSi。
所述金半接触结的N型区由位于所述场氧2的底部的所述N型掺杂区组成；所述PN结的P型区3的底部区域还延伸到所述场氧2的底部并且所述金半接触结相交叠。
之后形成层间膜7、接触孔8和8a和正面金属图形，所述正面金属图形包括阳极9和阴极10；所述PN结的P型区3通过接触孔8连接到阳极9，所述金半接触结的金属4通过接触孔8a连接到所述阳极9；所述N+区5通过接触孔8连接到所述阴极10。
如图3所示，本发明第二实施例肖特基二极管的制造方法中肖特基二极管包括金半接触结和位于所述金半接触结周侧的PN结,包括如下步骤：
步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中形成N型掺杂区1。N型掺杂区1的掺杂浓度不超过1e7cm-3，N型掺杂区1能采用N型高阻衬底，能进行外延生长N型高阻薄膜形成，还能采用N型杂质的离子注入，然后进炉管进行退火形成。本发明第二实施例方法中所述N型掺杂区为深N阱1。
步骤二、在所述半导体衬底上形成场氧2，由所述场氧2隔离出有源区，所述N型掺杂区位于所述场氧2底部且延伸到所述有源区中。所述场氧2为局部场氧或浅沟槽场氧。
步骤三、进行P型离子注入在所述有源区中形成所述PN结的P型区3，所述PN结的P型区3由P阱组成，P型离子注入的杂质为硼，注入之后进行热退火所述P阱3。所述有源区中的所述N型掺杂区将所述PN结的P型区3包围并组成所述PN结的N型区。
进行N+离子注入加快速热退火工艺在所述N型掺杂区的引出区域中形成N+区5，所述N+区5形成于所述金半接触结和所述PN结之外的有源区中。所述N+区5用于将所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区通过接触孔8连接到阴极10。
在所述P型区3和所述N+区5的表面同时形成所述金属硅化物6，所述金属硅化物6为TiSi，CoSi，NiSi。
步骤四、采用光刻刻蚀工艺将所述场氧2的位于所述金半接触结区域的部分去除并露出底部的所述N型掺杂区的表面。
步骤五、在所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面形成金属并由该金属组成所述金半接触结的金属4。本发明第二实施例方法中，在所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面形成的金属为阻挡金属层，所述金半接触结的金属4形成之后进行快速热退火处理。所述阻挡金属层为Ti或TiN。
在形成所述金半接触结的金属4之后，所述场氧2被去除的区域没有被介质层填充，而是直接填充金属，使后续形成的接触孔8b和横向尺寸和所述金半接触结的金属4的相同。
所述金半接触结的N型区由位于所述场氧2的底部的所述N型掺杂区组成；所述PN结的P型区3的底部区域还延伸到所述场氧2的底部并且所述金半接触结相交叠。
之后形成层间膜7、接触孔8和8b和正面金属图形，所述正面金属图形包括阳极9和阴极10；所述PN结的P型区3通过接触孔8连接到阳极9，所述金半接触结的金属4通过接触孔8b连接到所述阳极9；所述N+区5通过接触孔8连接到所述阴极10。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种肖特基二极管的制造方法，其特征在于，肖特基二极管包括金半接触结和位于所述金半接触结周侧的PN结,包括如下步骤：
步骤一、提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中形成N型掺杂区；
步骤二、在所述半导体衬底上形成场氧，由所述场氧隔离出有源区，所述N型掺杂区位于所述场氧底部且延伸到所述有源区中；
步骤三、进行P型离子注入在所述有源区中形成所述PN结的P型区，所述有源区中的所述N型掺杂区将所述PN结的P型区包围并组成所述PN结的N型区；
步骤四、采用光刻刻蚀工艺将所述场氧的位于所述金半接触结区域的部分去除并露出底部的所述N型掺杂区的表面；
步骤五、在所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面形成金属并由该金属组成所述金半接触结的金属；所述金半接触结的N型区由位于所述场氧的底部的所述N型掺杂区组成；所述PN结的P型区的底部区域还延伸到所述场氧的底部并且所述金半接触结相交叠。
2.如权利要求1所述的特基二极管的制造方法，其特征在于：所述金半接触结的金属为金属硅化物；
在步骤三形成所述P型区之后、步骤四的所述场氧的光刻刻蚀之前，还包括进行N+离子注入加快速热退火工艺在所述N型掺杂区的引出区域中形成N+区，该N+区用于将所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区通过接触孔连接到阴极；
步骤五中在所述P型区、所述N+区和所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面同时形成所述金属硅化物；
之后形成层间膜、接触孔和正面金属图形，所述正面金属图形包括阳极和阴极；所述PN结的P型区通过接触孔连接到阳极，所述金半接触结的金属通过接触孔连接到所述阳极；所述N+区通过接触孔连接到所述阴极。
3.如权利要求2所述的特基二极管的制造方法，其特征在于：所述金属硅化物为TiSi，CoSi，NiSi。
4.如权利要求1所述的特基二极管的制造方法，其特征在于：所述金半接触结的金属为阻挡金属层；
在步骤三形成所述P型区之后、步骤四的所述场氧的光刻刻蚀之前，还包括如下步骤：进行N+离子注入加快速热退火工艺在所述N型掺杂区的引出区域中形成N+区，该N+区用于将所述金半接触结的N型区和所述PN结的N型区通过接触孔连接到阴极；
在所述P型区和所述N+区表面同时形成所述金属硅化物；
形成所述金属硅化物之后依次进行步骤四和步骤五，步骤五中在所述金半接触结区域的所述N型掺杂区表面形成的金属为阻挡金属层，所述金半接触结的金属形成之后进行快速热退火处理；
之后形成层间膜、接触孔和正面金属图形，所述正面金属图形包括阳极和阴极；所述PN结的P型区通过接触孔连接到阳极，所述金半接触结的金属通过接触孔连接到所述阳极；所述N+区通过接触孔连接到所述阴极。
5.如权利要求4所述的特基二极管的制造方法，其特征在于：所述阻挡金属层为Ti或TiN。
6.如权利要求1所述的特基二极管的制造方法，其特征在于：步骤一中的所述N型掺杂区为深N阱。
7.如权利要求1或6所述的特基二极管的制造方法，其特征在于：所述N型掺杂区的掺杂浓度不超过1e7cm-3。
8.如权利要求1所述的特基二极管的制造方法，其特征在于：所述PN结的P型区由P阱组成。
9.如权利要求1所述的特基二极管的制造方法，其特征在于：所述场氧为局部场氧或浅沟槽场氧。
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