專利名稱：低順向電壓降肖特基屏蔽二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種肖特基屏蔽二極管及其制造方法，尤指一種低順向電壓降肖特基屏蔽二極管及其制造方法。
(2)背景技術(shù)近期，肖特基屏蔽二極管(Schottky Barrier Diode，SBD)已廣泛地被運(yùn)用于直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC-DC converter)、電壓穩(wěn)流器組件(Voltage RegulatorModule VRM)、電信傳輸/伺服器(Telecom/Server)、轉(zhuǎn)接器(Adaptor)及充電器(Charger)等。請參閱圖1，其是為一現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管示意圖。如圖1所示，該肖特基屏蔽二極管的制造方式是在一硅晶片10上沉積上金屬層11，則該肖特基屏蔽二極管(SBD)的屏蔽性金屬12便可隨之生成于該硅晶片10表面上。而現(xiàn)有肖特基屏蔽二極管的電流傳遞方式模擬如圖2所示。
在所有這些應(yīng)用中，肖特基屏蔽二極管(SBD)必需能提供低順向壓降、低功率消耗及低漏電流。為了達(dá)到這些需求，肖特基屏蔽二極管(SBD)在給定的應(yīng)用電流范圍下，其順向壓降必須被減小且不得使逆向隔絕的漏電流增加。當(dāng)然，現(xiàn)已有兩種重要的方法已被廣為應(yīng)用于減小順向壓降的范疇內(nèi)，其一為增加肖特基屏蔽二極管(SBD)的晶片尺寸，借此肖特基屏蔽二極管(SBD)接觸的表面積將增加。這樣，該二極管的順向壓降在給定的電流條件下可被降低。但此一方法會增加晶片的成本，而另一個方法則為使用低屏蔽作用的金屬，但這將促使元件增加漏電流，降低元件的逆向隔絕電壓及減低元件的高溫操作性能。另外，依現(xiàn)有化學(xué)及冶金學(xué)技術(shù)，要在金屬與硅晶(MS)界面進(jìn)行一新的屏蔽性金屬化流程，是非常耗時的一項工程。因此就制造者的觀點(diǎn)而言，更換屏蔽性金屬是非常冒險的一件事，它亦可能為工藝控制及產(chǎn)品優(yōu)良率帶來負(fù)面效應(yīng)，并導(dǎo)致無塵室內(nèi)的制作過程產(chǎn)生互相污染。
此外，在某些應(yīng)用中，例如非隔絕同步轉(zhuǎn)換器與具同步整流的隔絕DC/DC變電器，其肖特基屏蔽二極管(SBD)常與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)整合成一體以改善變電器的效率。請參閱圖3、4和5，它們分別為現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管(SBD)與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)整合的結(jié)構(gòu)示意圖。然而這種整合結(jié)構(gòu)卻無法提供低順向壓降。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的為提供一種極低順向電壓降肖特基屏蔽二極管及其制造方法，不只可在不改變肖特基屏蔽二極管(SBD)金屬化機(jī)制及金屬材料情況下使其能達(dá)到一超低的順向電壓，且通過其單位縐折結(jié)構(gòu)大小及凹槽(trench)深度的最佳組合便可實現(xiàn)順向壓降與崩潰電壓的最佳分配。
本發(fā)明的另一目的為提供一種肖特基屏蔽二極管(SBD)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)較現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管(SBD)更具有效率的電流傳導(dǎo)方式。
本發(fā)明的又一目的為提供一肖特基屏蔽二極管與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管整合結(jié)構(gòu)，該整合結(jié)構(gòu)可提供一具有低阻抗及低順向壓降特性，并且具高效率的硅晶應(yīng)用(例如體二極管body-diode特性的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET)，以改善電器效率。
根據(jù)本發(fā)明一方面提供一種肖特基屏蔽二極管的制造方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟提供一基材，于該基材上形成數(shù)個凹槽(trench)，以及形成一金屬層于該具有數(shù)個凹槽(trench)的該基材上，并于該基材與該金屬層間形成一屏蔽金屬層，借此以形成該肖特基屏蔽二極管。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該肖特基屏蔽二極管是為一順向電壓降肖特基屏蔽二極管。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該基材為硅基材與硅碳基材之一。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，其中該肖特基屏蔽二極管是應(yīng)用于一電子電路中。較佳者，該電子電路為直流-直流轉(zhuǎn)換器、電壓穩(wěn)流器組件、電信傳輸/伺服器、轉(zhuǎn)接器及充電器之一。
根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種肖特基屏蔽二極管，其特點(diǎn)是包括一基材，其中該基材具有數(shù)個凹槽(trench)，一金屬層，它形成于該具有數(shù)個凹槽(trench)的該基材上，以及一屏蔽金屬層，它形成于該基材與該金屬層間，通過該數(shù)個凹槽(trench)以增加該肖特基屏蔽二極管接觸的表面積。
根據(jù)本發(fā)明又一方面提供一種應(yīng)用于一功率半導(dǎo)體裝置上的整合結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，以及一肖特基屏蔽二極管，它整合于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，且該肖特基屏蔽二極管包括一基材，該基材具有數(shù)個凹槽(trench)，一金屬層，它形成于該具有數(shù)個凹槽(trench)的該基材上，以及一屏蔽金屬層，它形成于該基材與該金屬層間，通過該數(shù)個凹槽(trench)以增加該肖特基屏蔽二極管接觸的表面積。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1為一傳統(tǒng)的肖特基屏蔽二極管示意圖。
圖2為傳統(tǒng)的肖特基屏蔽二極管的電流傳遞方式模擬示意圖。
圖3為一現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管整合的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是另一現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管整合的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是又一現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管整合的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明較佳實施例的肖特基屏蔽二極管(SBD)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明較佳實施例的肖特基屏蔽二極管于各單元間距下的順向壓降與元件的逆向崩潰電壓的關(guān)是圖。
圖8為本發(fā)明較佳實施例的肖特基屏蔽二極管電位等位線模擬示意圖。
圖9為本發(fā)明較佳實施例的肖特基屏蔽二極管電位等位線模擬示意圖。
圖10為本發(fā)明較佳實施例的肖特基屏蔽二極管電流傳遞方式模擬示意圖。
圖11為本發(fā)明一較佳實施例肖特基屏蔽二極管(SBD)與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET整合的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為本發(fā)明的另一較佳實施例肖特基屏蔽二極管與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管整合的結(jié)構(gòu)示意圖。
(5)具體實施方式
本發(fā)明為肖特基屏蔽二極管(SBD)及其制造方法。本發(fā)明的肖特基屏蔽二極管(SBD)的制造方法可在不改變肖特基屏蔽二極管(SBD)金屬化機(jī)制與金屬材料下，使其能達(dá)到一超低的順向電壓。
請參閱圖6，它是本發(fā)明較佳實施例的肖特基屏蔽二極管(SBD)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，該肖特基屏蔽二極管(SBD)的制造方式是先在一硅晶片60表面上以蝕刻的方式使其形成數(shù)個凹槽結(jié)構(gòu)61。其中該硅晶片60的基材以硅與硅碳基材為較佳。在頂金屬層62(最上層金屬)沉積后，該肖特基屏蔽二極管(SBD)的屏蔽性金屬層63便可隨之生成于該具縐折狀的硅晶片60表面上。這樣勢必將加大肖特基屏蔽二極管(SBD)的總接觸表面積而毋需增加該元件的水平面積。舉例而言，假設(shè)圖1中的現(xiàn)有肖特基屏蔽二極管(SBD)表面接觸面積為W*Z，則本發(fā)明的肖特基屏蔽二極管(SBD)的表面接觸面積則為(W+n*HT*2)*Z，其中Z為元件寬度，HT為凹槽(trench)的深度，n表示在給定的水平長度W上重復(fù)的數(shù)個單元呈縐折結(jié)構(gòu)數(shù)。如圖6所示，單元結(jié)構(gòu)數(shù)n等于W/(WT+WM)，其中WT為凹槽(trench)的寬度，而WM則為各單元的量測寬度(各凹槽間距)。則肖特基屏蔽二極管(SBD)的表面接觸面積可通過使用小單元縐折(WT+WM)及深槽HT而增加。這樣，具有超低順向壓降的肖特基屏蔽二極管(SBD)則可得。
當(dāng)然，上述結(jié)果可由電腦推算模擬而得，例如，對于一深度為0.5um的凹槽(trench)61，其順向壓降與元件的逆向崩潰電壓的關(guān)系示于圖7。當(dāng)一單位縐折結(jié)構(gòu)由4um變?yōu)?.25um時，所得的順向電壓降的差值為50mV左右。此外，元件所含的單位結(jié)構(gòu)凹槽(trench)越小便具有越高的崩潰電壓。這是因為在肖特基屏蔽二極管(SBD)元件結(jié)構(gòu)上，電場多集中于凹槽(trench)的底面角。相對于現(xiàn)有技術(shù)，此現(xiàn)象促使元件的崩潰電壓下降。然而，使用的單位縐折越小，則各凹槽(trench)間的間距會變得越小，而兩鄰近凹槽(trench)間所謂的場屏蔽效應(yīng)亦變得越明顯。這也導(dǎo)致越少的電場聚集在凹槽的底面角，元件的崩潰電壓因而可為之改善。為了驗證此一結(jié)果，于是依據(jù)崩潰的特性模擬了具有6.0um及1.0um單位縐折結(jié)構(gòu)的新肖特基屏蔽二極管(SBD)，其凹槽(trench)的深度為0.Sum。于6.0um單位縐折結(jié)構(gòu)中所得的元件崩潰電壓值約為28V左右，而其靜電位能線圖則如圖8所示。于1.0um單位縐折結(jié)構(gòu)中所得的元件崩潰電壓值約為36V左右，而其靜電位能線圖則如圖9所示。圖8及圖9清楚地顯示，于一具凹槽(trench)縐折結(jié)構(gòu)的肖特基屏蔽二極管(SBD)元件中，由于電場屏蔽效應(yīng)，較小的單位縐折結(jié)構(gòu)比較大的單位縐折結(jié)構(gòu)具有較小的電場聚集。通過單位縐折結(jié)構(gòu)大小及凹槽(trench)的深度的最佳組合便可實現(xiàn)順向壓降與崩潰電壓的最佳分配。
此外，本發(fā)明所發(fā)展的肖特基屏蔽二極管(SBD)，其順向電流的分布明顯不同于現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管(SBD)。圖2及圖10分別模擬顯示現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管(SBD)與本發(fā)明的肖特基屏蔽二極管(SBD)的順向電流流向。比較兩者可清楚的發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的肖特基屏蔽二極管(SBD)提供了較現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管(SBD)二極管更具效率的電流傳導(dǎo)方式。
在某些應(yīng)用中，如非隔絕同步轉(zhuǎn)換器，具同步整流的隔絕DC/DC變電器，其肖特基屏蔽二極管(SBD)常與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)整合成一體以改善變電器的效率。依本發(fā)明所發(fā)展出的肖特基屏蔽二極管，可直接置換現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管而與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管整合成一體。根據(jù)上述結(jié)果，該整合的元件可產(chǎn)制出一低阻抗及低順向壓降，并且具高效率的硅晶應(yīng)用，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
請參閱圖11，它是本發(fā)明的肖特基屏蔽二極管(SBD)與一具槽柵的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的整合結(jié)構(gòu)示意圖。如圖11所示，本發(fā)明是以圖3與圖4所示的現(xiàn)有的整合結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)而改以本發(fā)明前述所揭示的較佳實施例的肖特基屏蔽二極管(SBD)結(jié)構(gòu)與一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管整合。另外，相對于圖4所示的整合結(jié)構(gòu)，改為應(yīng)用本發(fā)明所揭示的肖特基屏蔽二極管便可產(chǎn)生如圖12所示的整合結(jié)構(gòu)。借此整合結(jié)構(gòu)則更可提供一低阻抗及低順向壓降，并且具高效率的硅晶應(yīng)用(例如體二極管(body-diode)特性的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，以改善電器效率。
此外，在肖特基屏蔽二極管凹槽底面角部份所產(chǎn)生的電場聚集在整合元件中又變得較小，這是因為P/N界面接會處又提供了肖特基屏蔽二極管額外的電場屏蔽。
綜上所述可知，本發(fā)明所揭示的極低順向電壓降肖特基屏蔽二極管及其制造方法，不只可在不改變肖特基屏蔽二極管(SBD)金屬化機(jī)制下，使其能達(dá)到一超低的順向電壓，且通過其單位縐折結(jié)構(gòu)大小及凹槽深度的最佳組合便可實現(xiàn)順向壓降與崩潰電壓的最佳分配。另外，本發(fā)明的肖特基屏蔽二極管(SBD)提供了較現(xiàn)有的肖特基屏蔽二極管(SBD)二極管更具效率的電流傳導(dǎo)方式。且本發(fā)明的肖特基屏蔽二極管與功率場效電晶體組合結(jié)構(gòu)則更可提供一低阻抗及低順向壓降，并且具高效率的硅晶應(yīng)用，以改善電器效率。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種肖特基屏蔽二極管的制造方法，其包括步驟提供一基材；于該基材上形成數(shù)個凹槽；以及形成一金屬層于該具有數(shù)個凹槽的該基材上，并于該基材與該金屬層間形成一屏蔽金屬層，借此以形成該肖特基屏蔽二極管。
2.如權(quán)利要求1所述的肖特基屏蔽二極管制造方法，其特征在于，該肖特基屏蔽二極管是一順向電壓降肖特基屏蔽二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的肖特基屏蔽二極管制造方法，其特征在于，該基材是硅基材與硅碳基材之一。
4.如權(quán)利要求1所述的肖特基屏蔽二極管制造方法，其特征在于，該肖特基屏蔽二極管是應(yīng)用于一電子電路中。
5.如權(quán)利要求4所述的肖特基屏蔽二極管制造方法，其特征在于，該電子電路為直流-直流轉(zhuǎn)換器、電壓穩(wěn)流器組件、電信傳輸/伺服器、轉(zhuǎn)接器，以及充電器之一。
6.一種肖特基屏蔽二極管，其特征在于，包括一基材，該基材具有數(shù)個凹槽；一金屬層，形成于該具有數(shù)個凹槽的該基材上；以及一屏蔽金屬層，形成于該基材與該金屬層間。
7.如權(quán)利要求6所述的肖特基屏蔽二極管，其特征在于，該肖特基屏蔽二極管為一順向電壓降肖特基屏蔽二極管。
8.如權(quán)利要求6所述的肖特基屏蔽二極管，其特征在于，該基材為硅基材與硅碳基材之一。
9.如權(quán)利要求6所述的肖特基屏蔽二極管，其特征在于，該肖特基屏蔽二極管是應(yīng)用于一電子電路中。
10.如權(quán)利要求9所述的肖特基屏蔽二極管，其特征在于，該電子電路為直流-直流轉(zhuǎn)換器、電壓穩(wěn)流器組件、電信傳輸/伺服器、轉(zhuǎn)接器，以及充電器之一。
11.一種應(yīng)用于一功率半導(dǎo)體裝置的整合組件，其特征在于，包括一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管；以及一肖特基屏蔽二極管，它鄰設(shè)于該金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，且該肖特基屏蔽二極管包括一基材，它具有數(shù)個凹槽；一金屬層，它形成于該具有數(shù)個凹槽的該基材上；以及一屏障金屬層，它形成于該基材與該金屬層間。
12.如權(quán)利要求11所述的整合組件，其特征在于，該肖特基屏蔽二極管為一順向電壓降肖特基屏蔽二極管。
13.如權(quán)利要求11所述的整合組件，其特征在于，該基材為一硅基材與硅碳基材之一。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)一種肖特基屏蔽二極管及其制造方法。本發(fā)明的制造步驟包括提供一基材，于該基材上形成數(shù)個凹槽，以及形成一金屬層于該具有數(shù)個凹槽的該基材上，并于該基材與該金屬層間形成一屏蔽金屬層，借此以形成該肖特基屏蔽二極管。
文檔編號H01L29/872GK1445828SQ0210733
公開日2003年10月1日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月14日
發(fā)明者曾軍, 周明江, 吳宗憲 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司