TW201222649A - HV Schottky diode with dual guard regions - Google Patents

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Description

201222649 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明的實施例涉及一種半導體裝置，更具體地，涉 及一種肯特基二極體及其製作方法。 【先前技術】 金屬與輕摻雜的半導體材料接觸會產生一個類似於 PN接面的接觸結構，稱爲肯特基接觸，用於製作肯特基 二極體。外加正向電壓時’肯特基二極體處於導通狀態， 電流流過二極體；外加反向電壓時，肯特基二極體處於關 斷狀態。理想情況下’反向電流爲〇。但實際上，肯特基 二極體不是理想裝置，會流過少量的反向漏電流。反向漏 電流會影響電路的性能，降低電路的效率。肯特基二極體 的擊穿電壓是肯特基二極體反向擊穿前兩端允許施加的最 大反向電壓。綜上所述，在實際應用中期望肯特基二極體 具有高的擊穿電壓和小的反向漏電流。 圖1是現有的肖特基二極體1 00的剖視圖。該肖特基 二極體100包括輕摻雜的N阱11、用作肖特基接觸結構 的金屬接觸12以及重摻雜的N型陰極接觸區14。爲了使 肖特基二極體1 〇〇具有小的反向漏電流和高的擊穿電壓， 常需要降低金屬接觸12與N阱11之間的大電場。如圖1 所示，肖特基二極體100製作有接面深度較深的輕摻雜P 型保護環15以降低金屬接觸12附近的大電場。該肖特基 二極體100還可以包括位於輕摻雜的N阱11之下的重摻 -5- 201222649 雜的N型掩埋層13(簡稱NBL))、以及位於金屬接觸12和 N型陰極接觸區14之間的場氧層16。 圖2是_ 1所示肖特基二極體1〇〇的佈局示意圖。陰 極接觸區14位於肖特基二極體1〇〇佈局的最外緣。在肖 特基二極體100的中心放置金屬接觸12，P型保護環區 15位於該金屬接觸12的外緣。然而，p型保護環區15具 有較深的接面深度’佔用面積大，因此現有肯特基二極體 1〇〇的集成密度較差。 【發明內容】 本發明要解決的技術問題是提供一種肯特基二極體及 其製作方法’該宵特基二極體的.擊穿電壓高、反向漏電流 小，且具有高的集成密度。 根據本發明一實施例的肯特基二極體，包括：半導體 層’具有第一摻雜類型；保護環區，包括第一保護環區和 第二保護環區，位於半導體層內，具有第二摻雜類型，其 中所述第一保護環區至少部分地圍繞所述第二保護環區； 金屬接觸，位於半導體層和保護環區上方；以及陰極接觸 區’位於半導體層內，具有第一摻雜類型。 根據本發明一實施例的背特基二極體，包括：陰極區 ’包括陰極接觸區，該陰極接觸區具有第一摻雜類型；陽 極區’包括金屬接觸和肯特基介面，其中金屬接觸位於肯 特基介面的上方，肯特基介面具有第一摻雜類型；以及保 護環區，具有第二摻雜類型，其中所述保護環區與所述肯 -6- 201222649 特基介面彼此交叉。 根據本發明一實施例的宵特基二極體製作方法，包括 :製作陰極區；製作第一保護環區；製作第二保護環區， 其中所述第一保護環區至少部分地圍繞第二保護環區；在 第一保護環區和第二保護環區上方製作金屬接觸。 【實施方式】. 下面參照附圖充分描述本發明的示範實施例。在下面 對本發明的詳細描述中，爲了更好的理解本發明，描述了 大量的細節。然而，本領域技術人員將理解，沒有這些具 體細節’本發明同樣可以實施。本發明可以以許多不同形 式體現1不應理解爲局限於這裏闡述的示範實施方式。此 外’圖中顯示的區域實質上是示意性的，它們的形狀不意 圖限制本發明的範圍。還應理解，附圖不是按比例畫的， 爲了清晰，層和區域的尺寸可被放大。 圖3是根據本發明一實施例的肖特基二極體3 00的剖視 圖’該肖特基二極體300製作有外側保護環區（或稱第一保 護環區）和內側保護環區（或稱第二保護環區），其中外側保護 環區至少部分地圍繞內側保護環區。由於採用這樣的結構， 使得反向漏電流減小、並改善肖特基二極體的擊穿電壓。 如圖3所示，肖特基二極體300包括P型半導體基底 30、N型半導體層31、金屬接觸32、重摻雜的N型陰極 接觸區34和P型保護環區。其中N型半導體層31位於P 型半導體基底30之上。P型保護環區位於N型半導體層 201222649 3 1內，包括外側保護環區3 5 1和內側保護環區3 5 2，外側 保護環區3 5 1至少部分地圍繞內側保護環區3 5 2。金屬接 觸32位於N型半導體層31和P型保護環區351、352的 上方。N型陰極接觸區34形成於N型半導體層31內。 在一個實施例中，外側保護環區3 5 1環繞內側保護環 區3 52。在一個實施例中，外側保護環區351和內側保護 環區3 52彼此接觸構成一個完整的保護環區。在其他實施 例中，外側保護環區35 1和內側保護環區3 52可以是分隔 的不同區域。 在一個實施例中，外側保護環區351位於金屬接觸32 的外緣。 在一個實施例中，肖特基二極體300進一步包括位於 P型半導體基底30和N型半導體層31之間的重摻雜的N 型掩埋層（NBL)33。在一個實施例中，半導體基底30和N 型掩埋層33統稱爲半導體基底。在一些實施例中，N型 掩埋層3 3不是必須存在的。在一個實施例中，宵特基二 極體300還進一步包括位於金屬接觸32和陰極接觸區34 之間的場氧層36。在一些實施例中，可用其他絕緣材料來 代替場氧層3 6來實現隔離。 在一個實施例中，外側保護環區3 5 1具有比內側保護 環區3 52深的接面深度。保護環區的接面深度越深，肖特 基二極體可實現的擊穿電壓越高。在一個實施例中通過控 制保護環區351、352的深度可調節肖特基二極體300的 擊穿電壓。 -8- 201222649 在一個實施例中，內側保護環區352包括多個窄的帶 狀區。內側保護環區3 52的多個帶狀區彼此靠近，可進一 步減小肖特基二極體300的反向漏電流。在擊穿電壓與載 流能力一定時，內側保護環區3 5 2的多個帶狀區與外側保 護環區351採用合理佈局，可有效減小肖特基二極體300 的尺寸。肖特基二極體3 00可以與其他半導體裝置集成在 一個積體電路中。 從俯視的角度看肖特基二極體3 00，該肖特基二極體 3〇〇包括陽極區、陰極區以及P型保護環區351、352，其 中陽極區包括金屬接觸32和肖特基介面310。金屬接觸 32位於N型半導體層31的上表面上，在N型半導體層 31內靠近上表面的區域形成與P型保護環區彼此交叉的 肖特基介面310。陰極區包括陰極接觸區34·。陰極區還 可進一步包括位於陰極接觸區34之上的金屬層，用作陰 極電極。 在一個實施例中，金屬接觸32爲鈦，半導體材料爲 矽。N型半導體層31是輕摻雜的半導體材料。如圖3所 示的實施例中，N型半導體層31是輕摻雜的N阱。 圖4是根據本發明一實施例的肖特基二極體400的佈 局示意圖。如圖4所示，右上方向斜線塡充區表示陰極接 觸區34，點狀塡充區表示P型保護環區351、352，左上 方向斜線塡充區表示金屬接觸32。其中P型保護環區是 柵格狀的，外側保護環區351圍繞內側保護環區3 52。陰 極接觸區34環繞P型保護環區。金屬接觸32覆蓋絕大部 -9- 201222649 分保護環區3 5 1、3 5 2，其中外側保護環區3 5 1位於金屬接 觸32的邊緣。位於金屬接觸32下方與P型保護環區形成 互補的區域是肖特基介面310。從圖4中可以看出，肖特 基介面310與P型保護環區351、352是彼此交叉的。這 裏“交叉”的意思是，從肖特基二極體400的俯視圖可以 找到這樣一個方向（例如S-S)，從該方向可切出至少三個 帶狀保護環區。 保護環區可以多種形式存在，使得外側保護環區至少 部分地包圍內側保護環區，且肯特基介面與保護環區彼此 交叉》 圖5A，5B是根據本發明實施例的肯特基介面與保護 環區彼此交叉的示例圖。 圖5A所示的示例圖中，外側保護環區551A呈圓環 形，環繞著內側保護環區5 5 2A，其中內側保護環區5 5 2A 包括多個分立的帶狀區。位於金屬接觸52A下方的肖特基 介面510A與外側保護環區551 A和內側保護環區5 5 2A彼 此交叉。 圖5 B所示的示例圖中，外側保護環區5 5 1 B和內側保 護環區5 5 2 B是栅格狀的。外側保護環區5 5 1 B包圍內側保 護環區552B。位於金屬接觸52B下方的肖特基介面510B 與外側保護環區5 5 1 B和內側保護環區5 5 2 B彼此交叉。 圖6爲根據本發明一實施例的肖特基二極體600的佈 局示意圖。肖特基二極體600包括陰極接觸區64、多個保 護環區65、多個金屬接觸62以及N型半導體層61»陰極 -10- 201222649 接觸區64呈柵格狀，具有三個格子。在每個格子640內 ，包含保護環區65和位於保護環區65之上的金屬接觸62 。因而肖特基二極體600的陽極被劃分爲A1’A2和A3 三個陽極島。內側保護環區652包括多個帶狀區，可減小 反向漏電流。在其他實施例中’陰極接觸區64可以爲其 他形狀，例如網紋狀’將陽極區劃分爲多個陽極島。 在一個實施例中，對於一個鈦矽肯特基二極體（金屬 接觸爲鈦、N型半導體層爲矽）’只有一個保護環區的傳 統肖特基二極體的擊穿電壓爲33V’正向電流與反向漏電 流的比値爲9。而如圖6所示的肖特基二極體600，具有 外側保護環區6 5 1和內側保護環區6 5 2 ’該肖特基二極體 6 00的擊穿電壓可提高到59 V，且其正向電流與反向漏電 流的比値也可提高到165。 圖7所示爲根據本發明一實施的肯特基二極體製作方 法流程圖，包括步驟7〇1~7〇4 : 在步驟7 01，製作陰極區。在一個實施例中，步驟 7〇1包括製作N型陰極接觸區和位於陰極接觸區上方的金 屬層，該金屬層用作陰極電極。 在步驟702，製作具有第一深度的第一保護環區。 在步驟703，製作具有第二深度的第二保護環區，第 一保護環區至少部分地圍繞第二保護環區。在一個實施例 中，第一保護環區和第二保護環區爲P型摻雜。 在一個實施例中，第二深度小於第一深度。在一個實 施例中，通過控制第一保護環區的深度可以控制肯特基二 -11 - 201222649 極體的擊穿電壓。 在步驟702和703之後，可採用退火製程。 在步驟704，製作金屬接觸，該金屬接觸的位於第一 保護環區和第二保護環區的上方。 採用不同的步驟製作第一保護環區和第二保護環區， 可使得保護環區具有確定的形狀，且保護環區與肯特基介 面彼此交叉。在一個實施例中，第二保護環區先於第一保 護環區製作，具有較淺的接面深度。 上述實施例均涉及N型肯特基二極體裝置，由於P型 肯特基二極體裝置的各個摻雜區域的類型與N型肯特基二 極體裝置相反，因此本發明的實施例僅僅需要稍作改變就 可以應用於P型肯特基二極體裝置。P型肯特基二極體裝 置同樣滿足本發明的精神和保護範圍。 上述本發明的說明書和實施方式僅僅以示例性的方式 對本發明進行了說明，這些實施例不是完全詳盡的，並不 用於限定本發明的範圍。對於公開的實施例進行變化和修 改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元 件的等同變化可以被本技術領域的普通技術人員所瞭解。 本發明所公開的實施例的其他變化和修改並不超出本發明 的精神和保護範圍。 【圖式簡單說明】 爲了更好的理解本發明，將根據以下附圖對本發明進 行詳細描述： -12- 201222649 圖1是現有的肖特基二極體1 00的剖視圖； 圖2是圖1所不肖特基二極體1〇〇的佈局示意圖； 圖3是根據本發明一實施例的肖特基二極體300的剖 視圖； 圖4是根據本發明一實施例的肖特基二極體4〇〇的佈 局示意圖； 圖5A’ 5B是根據本發明實施例的肖特基介面與保護 環區彼此交叉的示例圖； 圖6是根據本發明一實施例的肖特基二極體6〇〇的佈 局示意圖； 圖7是根據本發明一實施例的宵特基二極體製作方法 的流程圖。 【主要元件符號說明】 1 1 : N p井 12 :金屬接觸 1 3 : N型掩埋層 14: N型陰極接觸區 15 : P型保護環 1 6 .場氧層 :半導體基底 3 1 : N型半導體層 3 2 ·金屬接觸 33 : N型掩埋層 -13- 201222649 3 4 :陰極接觸區 3 6 :場氧層 52A :金屬接觸 52B :金屬接觸 61 : N型半導體層 62 :金屬接觸 64 :陰極接觸區 65 :保護環區 100 :肖特基二極體 3 00 :肖特基二極體 3 1 0 :肖特基介面 351 :保護環區 3 5 2 :保護環區 400 :肖特基二極體 5 10A :肖特基介面 510B :肖特基介面 5 5 1 A :外側保護環區 5 5 1 B :外側保護環區 5 52A :內側保護環區 5 5 2B :內側保護環區 600:肖特基一極體 6 4 0 :格子 651 :外側保護環區 652 :內側保護環區

Claims (1)

  1. 201222649 七、申請專利範圍： 1. 一種宵特基二極體，包括： 半導體層，具有第一摻雜類型； 保護環區，包括第一保護環區和第二保護環區，位於 半導體層內，具有第二摻雜類型，其中該第一保護環區至 少部分地圍繞所述第二保護環區； 金屬接觸，位於半導體層和保護環區上方； 陰極接觸區，位於半導體層內，具有第一摻雜類型。 2. 如申請專利範圍第1項所述的肯特基二極體，其中 該第二保護環區具有比該第一保護環區淺的接面深度。 3. 如申請專利範圍第1項所述的肯特基二極體，其中 該第二保護環區包括多個帶狀區。 4. 如申請專利範圍第1項所述的肯特基二極體，包括 多個保護環區和多個金屬接觸’其中每個金屬接觸位於一 個保護環區之上，陰極接觸區至少部分地圔繞每個保護環 區。 5 .如申請專利範圍第4項所述的肯特基二極體，其中 該陰極接觸區呈柵格狀，具有多個格子，其中每個保護環 區位於一個格子中。 6.如申請專利範圍第1項所述的肯特基二極體，其中 該第一保護環區位於金屬接觸的外緣。 7 .如申請專利範圍第1項所述的肯特基二極體，進一 步包括： 掩埋層，具有第一摻雜類型，其中該掩埋層具有比該 -15- 201222649 半導體層高的摻雜濃度。 8. 如申請專利範圍第1項所述的肯特基二極體，其中 金屬接觸緊靠半導體層，在半導體層內形成與保護環區彼 此交叉的肯特基介面。 9. 如申請專利範圍第1項所述的肯特基二極體，其中 第一摻雜類型爲N型，第二摻雜類型爲P型。 • 1 〇·如申請專利範圍第1項所述的背特基二極體，進 —步包括： 場氧層，位於金屬接觸和陰極接觸區之間。 Π·~種宵特基二極體，包括： 陰極區，包括陰極接觸區，該陰極接觸區具有第一摻 雜類型； 陽極區，包括金屬接觸和肯特基介面，其中該金屬接 觸位於該肯特基介面的上方，該肖特基介面具有第一摻雜 類型；以及 保護環區，具有第二摻雜類型，其中該保護環區與該 肯特基介面彼此交叉。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項所述的肯特基二極體，其 中該保護環區包括第一保護環區和第二保護環區，該第二 保護環區具有比該第一保護環區淺的接面深度。 1 3 ·如申請專利範圍第1 1項所述的肯特基二極體，其 中該保護環區呈柵格狀。 1 4 .如申請專利範圍第1 1項所述的背特基二極體，其 中該陰極接觸區呈柵格狀，將該陽極區劃分爲多個陽極島 •16- 201222649 1 5 .如申請專利範圍第1 1項所述的肯特基二極體’其 中該第一摻雜類型爲N型，該第二摻雜類型爲P型。 16. —種肯特基二極體的製作方法，包括： 製作陰極區； 製作第一保護環區； 製作第二保護環區，其中該第一保護環區至少部分地 圍繞該第二保護環區； 在該第一保護環區和該第二保護環區上方製作金屬接 觸。 17·如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該第二 保護環區具有比該第一保護環區淺的接面深度。 18.如申請專利範圍第16項所述的方法，進—步包括 透過控制該第一保護環區的深度來調節該肖特基二極體的 擊穿電壓。 -17-
TW100132079A 2010-09-07 2011-09-06 肖特基二極體及其製造方法 TWI466183B (zh)

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