TWI376752B - Mos pn junction schottky diode and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
1376752 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係為-種金氧半P_N接面蕭基二極體結構及其製 作方法’尤指具有較低漏電流，較低正向導通壓降值（Vf)， 較高反向耐電壓值，與低反向回復時間特性的—種金氧半 P-N接面蕭基二極體結構。 【先前技術】 蕭基-極體為以電子作為載子之單極性元件，其特性 為速度快與正向導通壓降值（Vf)低，但反向偏壓漏電流 T較大（與金屬韻數及半導體摻雜丨農度所造成之蕭基能 @ P_N二極體’為—種雙載子元件，傳導電 流^大。但元件的正向操作壓降值（Vp) 一般較蕭基二極 • ’且因電洞載子之作用使P_N二極體反應速度較慢， 反向回復時間較長。 : _溝渠式之簫基能障二鋪裝置，其絲性前案可 : 乡閱1994年之美國專利，第5,365,102號提案名稱 SCHOTTKY BARRIER RECTIFIER WITH MOS TRENCH 所揭路之元件結構為代表。請參閱第一圖⑷〜⑺所示， ”製作方去主要包括步驟：首先，如第—圖⑻所示，提供 基板11與已長好之队塑蟲晶層（epitaxial layer) 12，於其 成長塾I化層13，以降低後續氮化⑦罩幕層沉積之應 6 1376752 力’接者成長罩幕氣化♦層（mask 15。而後如第 一圖(b)所示，於罩幕氮化矽層15上形成光阻層17後進行 微影製程及蝕刻製程，以移除部分罩幕氮化矽層15，墊氧 化層13及N-磊晶層12，形成溝渠之結構2〇。之後，如第 一圖(c)所示，成長熱氧化層16於溝渠之側壁及底部。如 ，一圖(d)所示，移除罩幕氮化矽層15及墊氧化層13。接 著如第一圖(e)所示，鍍上陽極金屬層18，而後進行陽極金 屬之微影與姓刻製程’金屬層18與平台14之源極為蕭基 接面。最後，進行晶背研磨與晶背陰極金屬電極19之製 程，如第一_所示。到此，即完成晶圓部分之製程。
由上述之工法製作之溝渠式蕭基二極體（T職hMOS
BarnerSchottky Rectifier; TMBR)^ ^ 3 但反向漏電流則會相對提高。若要有較低之漏 iur個方法是選擇功函數較高之金屬。如此 '，又 曰回鷇土—極體之正向導通麗降值（％)。因此，對 ，這兩者實為魚與熊掌’難以兼得。此外，二 加深基板中溝渠的深度，以增長反向夾 的長度，來抑制漏電流/但此方式 k 作，因其須使用MW石 營回電壓7C件之製 L雜収厚的㈣^層來增加反 因二料電壓的蕭基二極體元件發展時， 兀件的料，在製程與㈣轉，所 ;^面式 也較易達成高耐壓的設計。由於高f =本較為低廉， 作，在搜尋目前市面量產之蕭基二蕭^一極體較難製 最高反向電壓之產uA6QQ#二 —兀件時，所看到之 之產口口為_伙特。而其實際為2顆3〇〇伏 7 1376752 特之溝渠式蕭基二極體串聯而成，且元件之正向導通塵降 值（vF)亦較高。如何設計元件以達到具有較高之反向耐 電壓（如600伏特以上），較低之正向導通壓降值（Vp)， 較低之反向漏電流與較低之反向回復時間（Reverse KecoveryTimeURR)，即指具有較快之反應速度，實為一大 挑戰。 【發明内容】 本案所提供之金氧半P-N接面蕭基二極體結構及其製 作，法，其在元件之結構設計上，同時具㈣基二極體， 金氧半Nflif道結構與P_N接面二極體的雜。藉由此種 結構設計，當元件於正向偏顯作時為#基二極體，金氧 半N型通道與P_N面二極體並聯，具有如蕭基二極體之反 應速度快與正向導通壓降值（Vf)低的雜1於反向偏 壓操作時，藉由兩邊P_N接面二極體空乏區的夾止與_ 通道關閉之行為，使元件具有非常低的漏電流。因此，同 時融合P_N接面二極體與蕭基二極體的優點。即為具有反 應速度快，正向導通壓降值（Vf)值低，且反向偏壓 流小，等特性的二極體元件。 ' 為凡成上述結構，本案所述之製作方法至少包含下 步驟：提供-基板；於職板上職H幕層 基板進行-第-微雜·程，進而去除部分該^一罩^ 層並於該基板上形成-溝驗構；於麟渠結構内進行一
S 1376752 參 第:離子佈植製程，進而於該基板上形成一第一深度佈植 區域’對該基板進行一第二微影钱刻製程，進而去除部分 5第罩幕層以形成—侧壁結構；於該溝渠結構之底部與 該側壁結構上形成一第二罩幕層；對該基板進行一第三微 影敍刻製程，進而於該溝渠結構令形成一間極結構；於該 溝渠結構内進行-第二離子佈植製程，進而於該基板上形 成相鄰於該第-深度佈植區域之一第二深度佈植區域；於 去除光阻後在該溝渠結構内進行一第三離子佈植製程，進 而於該基板上形成相鄰於該第二深度佈植區域之一第三深 度f植區域；對該基板進行—第四微刻製程 '進而移 除部分該間極結構並露出部分該構渠結構之底部，·於該溝 渠，構之底部、關極結構之表面與該·結構上形成一 金屬層，以及對該基板進行—第五微健㈣程 除掉部分該金屬層。 【實施方式】 〇月參見第-圖’其係為本案為改善習用技術手段之缺 失所發展in -金乳半P _N接面蕭基二極體結構之較佳實施 例示意圖。從圖中我們可以清楚的看出該金氧半㈣接面 蕭基二減2結構主要係包含有—基板21、溝渠結構η 一閘極結構23、一側壁結構24、一金屬層25以及一離子 佈植區域26,其中該基板21係由_高 晶 板（㈣基板）211與-低格雜濃度晶層（= 9 層）212所構成’該溝渠結構22係形成於該基板21的上 方，該閘極結構23係形成於該溝渠結構22内並突出於款 低摻雜濃度N型蟲晶層212的表面2m，該側壁結構= 係形成於該基板21的表面並位於該閘極結構23之側嗜 金屬層25係形成於該低掺雜濃度N型蟲晶層212之表^ 2120、該閘極結構23與該侧璧結構24上，且該金屬層乃 與該低掺雜濃度N型蟲晶層212之表面212()接合時，便 會成為-蕭基接面’岭金屬層25與該離子佈植區域26 之表面262G接合者則為歐姆接面，且其係以複數個深淺不 同之區域形成於該基板21中，且該離子佈植區域26相鄰 於該閘極結構23。 承上述之技術說明，本案所述之金氧半p_N接面蕭基 一極體結構2所包含之該侧壁結構24係由一氧化物材質戶斤 完成，該金屬層25包含一第一金屬層251與一第二金屬層 252，其中該第一金屬層251形成於該低掺雜濃度N型磊 晶層212之表面2120、該閘極結構23與該侧壁結構24上， 該第一金屬層251係以一鈦金屬（Ti)或氮化鈦（TiN)戶斤 完成，該第二金屬層252係形成於該第一屬層251上，該 第二金屬層我們可以使用鋁金屬或其他金屬來完成，而該 離子佈植區域26係形成於該基板21所包含之該低掺雜濃 度N型磊晶層212中的一種P型傳導類型材質，且該離子 佈植區域26係由一第一深度佈植區域261與一第二深度佈 植區域262所構成，以及由該第一深度佈植區域261、該 第二深度佈植區域262與一第三深度佈植區域263所構成。 1376752 請參見第三圖⑻〜⑻，其係為本案為改善技術手 段之缺失所發展出之金氧半P-N接面蕭基二極體結構製作 流程示意圖。從圖中我們可以清楚的看出，首先，提供一 基板21 (如第三圖(a)所示），該基板21係為一高掺雜濃度 N型矽基板211 (N+矽基板）與一低掺雜濃度1^型磊晶層 212 (N-磊晶層）所構成；如第三圖（b)所示，透過一氧化 製程於該基板21上形成一第一罩幕層2〇1 (氧化層）；於 該第-罩幕層2G1上形成-光阻層2Gn (如第三圖(c)所 示）’於該光阻層2011上定義出一光阻圖形2〇〇丨（如第三 圖(d)所示）；根據該光阻圖形2〇〇1對該第一罩幕層2〇1進 行蝕刻並在去除剩餘的該光阻層2〇11後而於該基板21中 形成一溝渠結構22 (如第三圖(e)所示）；然後於該溝渠結 構2 2内進行一第一離子佈植製程，進而於該低掺雜濃度N 型磊晶層212中形成一第一深度佈植區域261 (如第三圖 (f)所示）；於該第一罩幕層2〇1上形成一光阻層2〇12 (如 第三圖（g)所示）；於該光阻層2012上定義出一光阻圖形 2002 (如第三圖(h)所示’）；根據該光阻圖形2002對該基板 21進行钱刻並去除剩餘的該光阻層2〇12後而於該基板21 上幵>成一側壁結構24 (如第三圖（i)所示）；於該低掺雜濃 度N型磊晶層212之表面2120與該侧壁結構24上形成一 第二罩幕層202 (如第三圖(j)所示）；於該第二罩幕層202 上形成一光阻層2013(如第三圖(k)所示）;於該光阻層2013 上疋義出一光阻圖形2003 (如第三圖⑴所示）；根據該光 阻圖形2003對該基板21進行蝕刻後而於該溝渠結構22 11 1376752 内形成-閘極結構2 3 (如第三圖⑽所示）；於該溝渠結構 22内進行第一離子佈植製程，進而於該低捧雜濃度n型 磊晶層212中形成相鄰於該第一深度佈植區域261之一第 二深度佈植區域262 (如第三圖⑷所示）；移除剩餘該光阻 層2013後再於該溝渠結構22内進行一第三離子佈植製 程’進而於該低掺雜濃度N型蟲晶層212中形成相鄰於該 第二深度佈植區域262之-第三深度佈植區域263 (如第 三圖(〇)所示）；於該低掺雜濃度N型磊晶層212之表面 2120、該㈣結構24與該閘極結構23上形成—光阻層 2014 (如第二圖(p)所示）；於該光阻層上定義出一光 阻圖形2004(如第三圖⑷所示）；根據該光阻圖形 2004 對 該閘極結構23進行侧並移除剩餘該光阻層2〇14後，進 而去移除料該_結構23並露㈣分低掺雜濃度N型 磊晶層212之表面2120(如第三圖(r)所示）；最後於該低 掺雜/辰度N型蟲晶層212之表面2120、該閘極結構23與 該側壁結構24上形成-金屬層25 (如第三圖⑻所示）；對 該金屬層25進行-微雜刻製程，以去除部分該金屬層 25 ’進而完成如第二圖所示之金氧半p_N接面蕭基二極體 結構2。 承上迹之技術說明’在第三圖⑺、⑻、⑹所示之步驟 中所形成之該第-深度佈植區域20卜該第二深度佈植區 域262與該第三佈植區域263係為一 p型傳導類型半導體 材質，此外，於該溝渠結構22内進行該第一離子佈植製程 將爛離子植人_低掺減度N型以層212，再配合一 12 . 1376752 熱退火製程後形成該第一深度佈植區域261 ’而該第二離 子佈植製程係以一深層離子佈植的方式將硼離子植入，該 第三離子佈植係以一淺層離子佈植的方式將硼離子植入， 最後再配合一快速熱退火製程後形成該第二深度佈植區域 262與該第三深度佈植區域263。在第三圖0所示之步驟 中，該第二罩幕層202之形成方式為：於該低掺雜濃度N 型磊晶層212之表面2120上形成一第一氧化層之⑽上（即 閘氧化層）；以一化學氣相沉積法（chemical vapor deposition ’簡稱CVD)於該第一氧化層2021上形成一聚 合物層2022，然後進行一聚合物氧化製程，進而使部分該 聚合物層氡化而形成一第二氧化層2〇23。而在第三圖(m) 所示之步驟中，該蝕刻製程係為對該第二氧化層2〇23進行 一濕式蝕刻，而對該聚合物層2022進行一乾式蝕刻，進而 完成該閘極結構23之構形。在第三圖⑺所示之步驟中，對 該閘極結構23進行之蝕刻係為對該第二氧化層2〇23進行 溼式蝕刻，進而將該第二氧化層去除，再對該聚合物層 2022進行乾式钱刻，進而去除部分該聚合物層2〇22，最後 在對該第一氧化層2021進行濕式蝕刻，進而去除部分該第 -氧化屠2(m。在第三圖(s)所示之步驟中，該金屬層25 係包含有該第一金屬層251與該第二金屬層252，其中該 第一金屬層251形成於該低掺雜濃度N型磊晶層Μ】之表 面2120、該側壁結構24上後進行一快速氮化製^ (Rapid Thermal Nitddation，簡稱RTN)，進而使得該第一金屬層 25i能完全的接著於該低掺雜濃度㈣蟲晶層212之表面 13 1376752 2120、該側壁結構24上，另外，於該溝渠結構22之底邻 與該側壁結構24上形成該金屬層25後進行—熱融人製程 (Smtering)，進而使得該金屬層25㈣ ^ 雜濃度_蟲晶層犯之表面⑽、該閘極結構2；^ 面、與側壁結構24上。 綜合以上技術說明，我們可以清楚的瞭解到，相較於 習用的絲二極體結構，_本案所述之製作方法 的金氧半Ρ-Ν接面蕭基二極體結構具有低 ‘ 流，低正向導通壓降值(Vf)，高反向 ，=: =特性’如此一來.，本案所 p_N'= 的解決了先賴射所產生的缺失^ 而疋成發展本案之最主要的目的。 【圖式簡單說明】 解·>、得藉由τ>!圖式及詳細卿，俾得—更深入之了 ^巨其係為美國專利第5,365，ig2號所揭露之 之，基能障二極體裝置製作方法示意圖。 一 本ΐ為改善習用技術手段之缺失所發展出 ^Im 面蕭基二極體結構之較佳實施例示意圖。 發=善f賴術手段之缺失所 圖。 力接面蕭基二極體結構製作流程示意 14 1376752 要元件符號說明】
本案圖式中所包含之各元件列示如下： 基板11 N-型磊晶層12 髮*氧化層13 平台14 罩幕氮化石夕層15 熱氣化層16 光阻層17 陽極金屬層18 陰極金屬電極19 溝渠結構20 金氧半P-N接面蕭基二極體2 基板21 溝渠結構22 閘極結構23 側壁結構24 金屬層25 離子佈植區域26 高掺雜濃度N型矽基板211 低掺雜濃度N型磊晶層212 表面2120 第一金屬層251 第二金屬層252 第一深度佈植區域261 弟—沐度佈植區域262 第三深度佈植區域263 表面2620 第一罩幕層201 弟二罩幕層202 光阻層 2011、2012、2013 光阻圖形 2001、2002、2003 第一氧化層2021 聚合物層2022 第二氧化層2023 15
Claims (1)
1376752 ιοί. 8. 1 β 年月曰修正替換頁 3^120/3^1st申復&修正 - - *·. 十、申請專利範圍： 1. 一種金氧半P-N接面蕭基二極體製作方法，該方法至少 包含下列步驟： • 提供一基板； 於該基板上形成一第一罩幕層； 對該基板進行一第一微影蝕刻製程，進而去除部分該 第一罩幕層並於該基板上形成一溝渠結構； 於該溝渠結構内進行一第一離子佈植製程，進而於該 基板中形成一第一深度佈植區域； 對該基板進行一第二微影蝕刻製程，進而去除部分該 第一罩幕層以形成一側壁結構； 於該基板之表面與該側壁結構上形成一第二罩幕層； 對該基板進行一第三微影蝕刻製程，進而於該溝渠結 構中形成一閘極結構； 於該溝渠結構内進行一第二離子佈植製程，進而於該 基板中形成相鄰於該第一深度佈植區域之一第二深度佈植 區域， 於光阻去除後，於該溝渠結構内進行一第三離子佈植 製程，進而於該基板中形成相鄰於該第二深度佈植區域之 ; 一第三深度佈植區域； 對該基板進行一第四微影蝕刻製程，進而移除部分該 閘極結構並露出部分該基板之表面； 於該基板之表面、該閘極結構與該側壁結構上形成一 金屬層；以及 16 1376752 年月日修正替換頁 3012A<»_1sl申復&修正 對該基板進行一第五微影蝕刻製程，進而去除掉部分 該金屬層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二極 體製作方法，其中該第一罩幕層係為透過一氧化製程所完 成之一氧化層。 3. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二極 體製作方法，其中該第一微影蝕刻製程包含下列步驟： 於該第一罩幕層上形成一光阻層； 於該光阻層上定義出一光阻圖形； 根據該光阻圖形對該第一罩幕層進行钱刻而形成該溝 渠結構；以及去除該光阻層。 4. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二極 體製作方法，其中該基板係為一高掺雜濃度N型矽基板 (N+矽基板）與一低掺雜濃度N型磊晶層（N-磊晶層）所 構成。 5. 如申請專利範圍第4項所述之金氧半P-N接面蕭基二極 體製作方法，其中於該溝渠結構内進行之該第一離子佈植 製程係可在該基板所包含之該低掺雜濃度N型磊晶層中形 成P型傳導類型之該第一深度佈植區域。 6. 如申請專利範圍第5項所述之金氧半P-N接面蕭基二極 體製作方法，其中該第一離子佈植製程係利用硼離子植入 並配合進行一熱退火製程後形成該第一深度佈植區域。 7. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二極 體製作方法，其中該第二微影蝕刻製程包含下列步驟： 17 1376752 ιοί. 8. 1 6 年月日修正替換頁 _ JW-2/W»4sl申復&修正 於該第一罩幕層與該基板之表面形成一光阻層； 於該光阻層上定義出一光阻圖形.； 根據該光阻圖形對該第一罩幕層進行蝕刻，進而去除 • 部分該第一罩幕層以.形成該側壁結構；以及去除該光阻層。 8. 如，申請彳專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二極 體製作方法，其中該第二罩幕層係包含有一第一氧化層、 一聚合物層與一第二氧化層，而形成該第二罩幕層之方法 包含下列步驟： 於該基板之表面上形成一第一氧化層； 以一化學氣相沉積法於該第一氧化層與該側壁結構上 形成一聚合物層；以及進行一聚合物氧化製程，進而使部 分該聚合物層氧化而形成一第二氧化層。 9. 如申請專利範圍第8項所述之金氧半P-N接面蕭基二極 體製作方法，其中該第三微影蝕刻製程係包含下列步驟： 於該第二氧化層上形成一光阻層； 於該光阻層上定義出一光阻圖形； 根據該光阻圖形對該第二氧化層與進行一濕式蝕刻， 進而將部分該第二氧化層去除； . ' 根據該光阻圖形對該聚合物層進行一乾式蝕刻，進而 將部分該聚合物層去除而於該溝渠結構中形成該閘極結 構；以及去除該光阻層。 10. 如申請專利範圍第8項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體製作方法，其中該第四微影蝕刻製程係包含下列步驟： 於該基板之表面、該側壁結構與該閘極結構上形成一 18 1376752 ιοί. B. 1 β_ > 年月日修正替換頁 1 _'_I 20X20^1st 申復 & 修正 光阻層； 於該光阻層上定義出一光阻圖形； 根據該光阻圖形對該第二氧化層進行一第一溼式蝕 刻，進而將該第二氧化層去除； 根據該光阻圖形對該聚合物層進行一乾式蝕刻，進而 將部分該聚合物層去除； 根據該光阻圖形對第一氧化層進行一第二溼式蝕刻， 進而將部分該第一氧化層去除並露出部分該基板之表面； 以及去除該光阻層。 11. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體製作方法，其中該第二離子佈植係以一深層離子佈植 的方式將硼離子植入，而該第三離子佈植係以一淺層離子 佈植的方式將硼離子植入，並配合一快速熱退火製程後形 成該第二深度佈植區域與該第三深度佈植區域。 12. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體製作方法，其中該金屬層係包含： 一第一金屬層，形成於該基板之表面、該閘極結構與 該側壁結構上，其係以一鈦金屬或氮化鈦所完成；以及 一第二金屬層，形成於該第一金屬層上，其係以一銘 金屬或其他金屬所完成。 13. 如申請專利範圍第12項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體製作方法，其中該第一金屬層形成於該基板之表面、 該閘極結構與該侧壁結構上後進行一快速氮化製程，進而 使得該第一金屬層能完全的接著於該基板之表面、該閘極 19 1376752 101. 8. 1 6 vj 1 1 - 2Π12/7Α 1st申復&修正 年月日修正替換頁 結構與該側壁結構上。 14. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體製作方法，其中該第五微影蝕刻製程包含下列步驟： 於該金屬層上形成一光阻層； 於該光阻層上定義出一光阻圖形； 根據該光阻圖形對該金屬層進行蝕刻，進而去除部分 該金屬層；以及去除該光阻層。 15. 如申請專利範圍第1項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體製作方法，包含下列步驟： 對該基板進行一熱融合製程，進而使得該金屬層能夠 更密合於讀基板之表面、該閘極結構與側壁結構上。 16. —種金氧半P-N接面蕭基二極體結構，其至少包含： 一基板，係具有一表面； 一溝渠結構，係形成於該基板上方； 一閘極結構，係形成於該溝渠結構内並突出於該基板 之表面； 一側壁結構，係形成於該基板之表面並位於該閘極結 構之側； 一金屬層，係形成於該基板之表面、該閘極結構與該 側壁結構上，在該閘極結構的一側，該金屬層與該基板之 表面形成一蕭基接面；以及 一離子佈植區域，係以複數個深淺不同之區域形成於 該基板中，且該離子佈植區域相鄰於該閘極結構，且在該 閘極結構的另一側，該離子佈植區域與該金屬層形成一歐 20 1376752 101. β. 1 β 年月日修正替換頁 ?ηητρ^ιsl申復&修正 姆接面。 17. 如申請專利範圍第16項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體結構，其中該基板係由一高掺雜濃度N型矽基板（N+ 矽基板）與一低掺雜濃度N型磊晶層（N-磊晶層）所構成。 18. 如申請專利範圍第17項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體結構，其中該離子佈植區域係形成於該低掺雜濃度N 型磊晶層中之一 P型傳導類型材質。 19. 如申請專利範圍第16項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體結構，其中該閘極結構包含一閘氧化層與一聚合物層。 20. 如申請專利範圍第16項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體結構，其中該側壁結構係由一氧化物材質所完成。 21. 如申請專利範圍第16項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體結構，其中該金屬層係包含： 一第一金屬層，形成於該基板之表面、該閘極結構與 該側壁結構上，其係以一鈦金屬或氮化鈦所完成；以及一 第二金屬層，形成於該第一金屬層上，其係以一I呂金屬或 其他金屬所完成。 22. 如申請專利範圍第16項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體結構，其中該離子佈植區域係可為由一第一深度佈植 區域與一第二深度佈植區域所構成之該離子佈植區域。 23. 如申請專利範圍第16項所述之金氧半P-N接面蕭基二 極體結構，其中該離子佈植區域係可為由一第一深度佈植 區域、一第二深度佈植區域以及一第三深度佈植區域所構 成之該離子佈植區域。 21
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