專利名稱：一種肖特基二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到一種半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種肖特基二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
肖特基二極管，是一種金屬和半導(dǎo)體接觸形成的器件，具有較低的正向壓降和極高的開關(guān)速度，但是反向漏電流較大和反向電壓不高的不利特性影響器件一定范圍內(nèi)的應(yīng)用。肖特基二極管，正向壓降與反向阻斷壓降需要進(jìn)行折中的選取，因?yàn)榻档驼驂航档耐瑫r(shí)必然引起反向阻斷壓降的降低，提高反向阻斷壓降的同時(shí)也必然引起正向壓降的增加。也就是說，在接通狀態(tài)性能與關(guān)閉狀態(tài)性能上，不能做到全面兼顧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有低正向壓降且工藝簡單的肖特基二極管器件。一種具有低正向壓降的肖特基二極管，其特征在于包括(a)襯底層，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，用于降低半導(dǎo)體裝置的導(dǎo)通電阻；(b)緩沖層，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，位于襯底層之上，此層半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度隨著遠(yuǎn)離襯底層而逐漸降低，此層的厚度大于或等于1. 8um，緩沖層用于降低半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻和控制半導(dǎo)體器件反向電壓的大??；(c)漂移層，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，位于緩沖層之上，此層半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度小于或等于緩沖層中半導(dǎo)體材料的最低雜質(zhì)濃度，漂移層用于控制半導(dǎo)體器件反向電壓的大?。?d)肖特基勢(shì)壘層，位于漂移層之上，用于形成肖特基勢(shì)壘結(jié)特性；(e)緩沖層和漂移層維護(hù)肖特基二極管的反向阻斷偏壓都有貢獻(xiàn)。2、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于肖特基勢(shì)壘層邊緣設(shè)有保護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)為P傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，保護(hù)環(huán)位于漂移層中。3、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的半導(dǎo)體器件邊緣表面設(shè)有起保護(hù)作用的鈍化層。4、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的肖特基勢(shì)壘層是由金屬淀積或?yàn)R射的方法在漂移層表面形成的薄膜金屬與漂移層頂部的N型半導(dǎo)體材料合金燒結(jié)形成的。5、如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的薄膜金屬包括由兩種不同元素金屬構(gòu)成的合金金屬。6、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的漂移層的擴(kuò)散雜質(zhì)與襯底層的擴(kuò)散雜質(zhì)不相同、所述的緩沖層的擴(kuò)散雜質(zhì)與襯底層的擴(kuò)散雜質(zhì)不相同。7、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的襯底層的雜質(zhì)摻雜濃度大于或等于lX1018/cm3。
8、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的緩沖層的雜質(zhì)摻雜濃度為大于或等于lX1014/cm3。9、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的漂移層的雜質(zhì)摻雜濃度為 IX IO14-I X IOnVcm3 之間。10、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的緩沖層和漂移層厚度比大于等于0.2和小于等于1。11、如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的緩沖層雜質(zhì)濃度分布為從襯底層雜質(zhì)的濃度連續(xù)降低到漂移層雜質(zhì)的濃度。12、一種肖特基二極管的制造方法，其特征在于其緩沖層和漂移層的制造方法包括如下步驟1)在襯底層上通過外延生產(chǎn)方式形成緩沖層，在外延生長過程中調(diào)節(jié)摻入磷雜質(zhì)的濃度，從而引入雜質(zhì)濃度隨著遠(yuǎn)離襯底層而逐漸降低的外延層。2)在緩沖層上通過外延生產(chǎn)方式形成漂移層。13、如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述的緩沖層中雜質(zhì)摻雜濃度隨遠(yuǎn)離襯底層的距離而線性連續(xù)逐漸降低。本發(fā)明的肖特基二極管器件，與傳統(tǒng)結(jié)肖特基二極管相比，在具有相近反向擊穿電壓條件下，具有低的正向壓降，對(duì)器件的電參數(shù)特性進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。


圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明肖特基二極管單元胞的剖面示意圖；圖3為傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明肖特基二極管單元胞和傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞在正向偏壓時(shí)的電壓與電流密度曲線；圖5為本發(fā)明肖特基二極管單元胞和傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞在反向偏壓時(shí)的電壓與電流密度曲線。1、襯底層；2、緩沖層；3、漂移層；4、終端氧化層；5、保護(hù)環(huán)上氧化層；6、保護(hù)環(huán)；7、肖特基勢(shì)壘層；8、歐姆接觸區(qū)；9、陽極金屬層；10、陰極金屬層；31、傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞襯底層；32、傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞漂移層；33、傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞肖特基勢(shì)壘層；
34、傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞陽極金屬層；35、傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞陰極金屬層；41、本發(fā)明肖特基二極管單元胞正向偏壓時(shí)電壓與電流密度曲線；42、傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞正向偏壓時(shí)電壓與電流密度曲線；51、本發(fā)明肖特基二極管單元胞反向偏壓時(shí)電壓與電流密度曲線；52、傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞反向偏壓時(shí)電壓與電流密度曲線；
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明一種實(shí)施方式的剖面示意圖，下面結(jié)合圖1詳細(xì)說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。一種肖特基二極管包括襯底層1，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，在襯底層下表面通過陰極金屬層10引出器件的陰極；緩沖層2，位于襯底層1之上，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，此層半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度隨著遠(yuǎn)離襯底層而逐漸降低；漂移層3，位于緩沖層2之上，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料；保護(hù)環(huán)6，位于肖特基勢(shì)壘層7邊緣，保護(hù)環(huán)6為P傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，保護(hù)環(huán)6位于漂移層3中，保護(hù)環(huán)6寬度為10 60um ；漂移層3頂部N型半導(dǎo)體材料與鎳鉬金屬合金低溫合金形成肖特基勢(shì)壘層7，肖特基勢(shì)壘層7，位于漂移層3 之上，用于形成肖特基勢(shì)壘結(jié)特性；保護(hù)環(huán)6與鎳鉬金屬合金低溫合金形成歐姆接觸區(qū)8 ； 在肖特基勢(shì)壘層7和歐姆接觸區(qū)8上覆蓋一層導(dǎo)電金屬Al為陽極金屬層9，引出器件的陽極；保護(hù)環(huán)上氧化層5，位于保護(hù)環(huán)6的表面，是半導(dǎo)體材料氧化物；終端氧化層4，位于半導(dǎo)體器件邊緣的表面，是半導(dǎo)體材料氧化物。在襯底層1上，通過在外延生長過程中調(diào)節(jié)摻入磷雜質(zhì)的濃度，一次外延生長形成緩沖層2和漂移層3，襯底層1中摻入磷原子的濃度設(shè)定為3 X 1019原子/CM3，緩沖層2 中磷雜質(zhì)濃度設(shè)定為隨著遠(yuǎn)離襯底層1從1 X 1016原子/CM3到2X 1015原子/CM3而線性變化，漂移層3中磷雜質(zhì)濃度設(shè)定為2 X 1015原子/CM3，緩沖層2厚度設(shè)定為4um，漂移層 3厚度設(shè)定為Sum ；再經(jīng)氧化光刻腐蝕工藝后，通過向漂移層3特定位置半導(dǎo)體材料中注入硼離子再進(jìn)行1000度高溫退火，在漂移層3中形成P傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料保護(hù)環(huán)6，與此同時(shí)也引入了終端氧化層4和保護(hù)環(huán)上氧化層5。然后在此基礎(chǔ)上，經(jīng)二次光刻腐蝕工藝后在器件表面刻蝕出用于形成肖特基勢(shì)壘層7的硅表面，通過金屬蒸發(fā)工藝在器件表面上淀積一層勢(shì)壘金屬鎳鉬合金，通過低溫合金工藝在漂移層3裸露硅表面形成肖特基勢(shì)壘層7，同時(shí)保護(hù)環(huán)6上的P傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料與勢(shì)壘金屬鎳鉬合金低溫合金形成歐姆接觸區(qū)8。最后通后金屬蒸發(fā)工藝，在器件正背面淀積2um金屬Al，形成陽極金屬層9和陰極金屬層10，從而引出器件的陰極和陽極。如上所述，當(dāng)器件加正向偏壓時(shí)，緩沖層2具有高的雜質(zhì)濃度，降低了的器件的導(dǎo)通電阻從而減少器件的正向壓降；當(dāng)器件加反偏電壓時(shí)，在不考慮器件邊緣影響情況下， 只要緩沖層2形成時(shí)選取雜質(zhì)濃度合理，不會(huì)引起器件的反向特性的明顯改變，傳統(tǒng)肖特基二極管加反向偏壓時(shí)形成的外延層中的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，隨著遠(yuǎn)離肖特基勢(shì)壘層而逐漸降低，在本發(fā)明肖特基二極管的緩沖層2承擔(dān)反向阻斷電壓時(shí)，與傳統(tǒng)肖特基二極管相比會(huì)減緩或改變電場(chǎng)強(qiáng)度的下降，同時(shí)不改變整個(gè)器件耗盡層中電場(chǎng)強(qiáng)度最大地方仍然為肖特基勢(shì)壘層7附近情況，因此只要緩沖層2形成時(shí)選取雜質(zhì)濃度合理，不會(huì)引起器件的反向阻斷電壓的明顯降低和反偏時(shí)漏電流的明顯變化。結(jié)合上述實(shí)施例，使用ISE-TCAD器件仿真軟件驗(yàn)證本發(fā)明肖特基二極管與傳統(tǒng)的肖特基二極管相比具有低的正向壓降。圖2所示為本發(fā)明肖特基二極管單元胞的剖面示意圖，圖3所示為傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞的剖面示意圖，下面結(jié)合圖2和圖3詳細(xì)說明。圖2所示為本發(fā)明肖特基二極管單元胞的剖面示意圖，其中襯底層1，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，在襯底層1下表面通過陰極金屬層10引出器件的陰極，襯底層1中磷的摻雜濃度為3E19原子/CM3，厚度設(shè)定為20um ；緩沖層2，位于襯底層1之上，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，緩沖層2中磷雜質(zhì)濃度設(shè)定為隨著遠(yuǎn)離襯底層1從1 X IO16原子/CM3到 2 X IO15原子/CM3而線性變化，厚度為4um ；漂移層3，位于緩沖層2之上，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，漂移層3中磷雜質(zhì)摻雜濃度為2E15原子/CM3，厚度為Sum ；肖特基勢(shì)壘層7，位于漂移層3之上，肖特基勢(shì)壘層7的勢(shì)壘金屬功函數(shù)設(shè)定為4. 9ev ；在肖特基勢(shì)壘層7上覆蓋一層導(dǎo)電金屬Al為陽極金屬層9，引出器件的陽極；整個(gè)元胞的寬度設(shè)定為lOum，元胞的深度軟件默認(rèn)為lum。圖3為傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞的剖面示意圖，其中傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞襯底層31，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，在傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞襯底層31下表面通過傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞陰極金屬層35引出器件的陰極，傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞襯底層31中磷的摻雜濃度為3E19原子/CM3，厚度設(shè)定為20um ；傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞漂移層32，位于傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞襯底層31之上，為N傳導(dǎo)類型的硅半導(dǎo)體材料，傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞漂移層32中磷的摻雜濃度為2E15原子/CM3，厚度為12um ；傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞肖特基勢(shì)壘層33，位于傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞漂移層32之上，傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞肖特基勢(shì)壘層33的勢(shì)壘金屬功函數(shù)設(shè)定為4. 9ev ；在傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞肖特基勢(shì)壘層33上覆蓋一層導(dǎo)電金屬Al為傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞陽極金屬層34，弓丨出器件的陽極；整個(gè)元胞的寬度設(shè)定為lOum，元胞的深度軟件默認(rèn)為lum。使用ISE-TCAD器件仿真軟件對(duì)圖2和圖3中兩個(gè)元胞進(jìn)行正反向I_V特性曲線仿真，其中圖4示出了本發(fā)明肖特基二極管單元胞和傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞在正向偏壓時(shí)的電壓與電流密度曲線；其中圖5示出了本發(fā)明肖特基二極管單元胞和傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞在反向偏壓時(shí)的電壓與電流密度曲線。在本發(fā)明肖特基二極管單元胞反向偏壓時(shí)電壓與電流密度曲線51和傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞反向偏壓時(shí)電壓與電流密度曲線52 相近條件下，通過本發(fā)明肖特基二極管單元胞正向偏壓時(shí)電壓與電流密度曲線41和傳統(tǒng)肖特基二極管單元胞正向偏壓時(shí)電壓與電流密度曲線42對(duì)比，充分驗(yàn)證了本發(fā)明肖特基二極管與傳統(tǒng)的肖特基二極管相比具有低的正向壓降。通過上述實(shí)施例闡述了本發(fā)明，同時(shí)也可以采用其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種肖特基二極管，其特征在于包括(a)襯底層，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料；(b)緩沖層，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，位于襯底層之上，此層半導(dǎo)體材料雜質(zhì)濃度隨著遠(yuǎn)離襯底層而逐漸降低，此層的厚度大于或等于1. Sum ；(c)漂移層，為N傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體材料，位于緩沖層之上，此層半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度小于或等于緩沖層半導(dǎo)體材料的最低雜質(zhì)濃度；(d)肖特基勢(shì)壘層，位于漂移層之上，用于形成肖特基勢(shì)壘結(jié)特性；(e)緩沖層和漂移層維護(hù)肖特基二極管的反向阻斷偏壓都有貢獻(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于位于肖特基勢(shì)壘層邊緣設(shè)有保護(hù)環(huán)， 保護(hù)環(huán)為P傳導(dǎo)類型硅半導(dǎo)體，保護(hù)環(huán)位于漂移層中。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的半導(dǎo)體器件邊緣表面設(shè)有起保護(hù)作用的鈍化層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的肖特基勢(shì)壘層是由金屬淀積或?yàn)R射的方法在漂移層表面形成的薄膜金屬與漂移層頂部的N型半導(dǎo)體材料合金燒結(jié)形成的。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的薄膜金屬包括由兩種不同元素金屬構(gòu)成的合金金屬。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的漂移層的擴(kuò)散雜質(zhì)與襯底層的擴(kuò)散雜質(zhì)不相同、所述的緩沖層的擴(kuò)散雜質(zhì)與襯底層的擴(kuò)散雜質(zhì)不相同。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的襯底層的雜質(zhì)摻雜濃度大于或等于 IX IOnVcm3。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的緩沖層的雜質(zhì)摻雜濃度為大于或等于lX1014/cm3。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的漂移層的雜質(zhì)摻雜濃度為 IX IO14-I X IOnVcm3 之間。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的緩沖層和漂移層厚度此大于等于0.2和小于等于1。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的緩沖層雜質(zhì)濃度分布為從襯底層雜質(zhì)的濃度連續(xù)降低到漂移層雜質(zhì)的濃度。
12.—種肖特基二極管的制造方法，其特征在于其緩沖層和漂移層的制造方法包括如下步驟1)在襯底層上通過外延生產(chǎn)方式形成緩沖層，在外延生長過程中調(diào)節(jié)摻入磷雜質(zhì)的濃度，從而引入雜質(zhì)濃度隨著遠(yuǎn)離襯底層而逐漸降低的外延層；2)在緩沖層上通過外延生產(chǎn)形成漂移層。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述的緩沖層中雜質(zhì)摻雜濃度隨遠(yuǎn)離襯底層的距離而線性連續(xù)逐漸降低。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的肖特基二極管器件，器件包括襯底層、逐級(jí)摻雜緩沖層、漂移層和肖特基勢(shì)壘層。本發(fā)明還提供一種肖特基二極管的制造方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，具有低的正向壓降，對(duì)器件的電參數(shù)特性進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。
文檔編號(hào)H01L29/872GK102456748SQ20101051745
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者楊忠武 申請(qǐng)人:上海芯石微電子有限公司