肖特基勢(shì)壘二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種肖特基勢(shì)壘二極管及其制造方法，該肖特基勢(shì)壘二極管包括n-型外延層，設(shè)置在n+型碳化硅基板的第一表面，多個(gè)n型支柱區(qū)域，設(shè)置在n+型碳化硅基板的第一表面的第一部分的n-型外延層中，多個(gè)p+區(qū)域，設(shè)置在n-型外延層的表面且與n型支柱區(qū)域分離，肖特基電極，設(shè)置在n-型外延層和p+區(qū)域上，以及歐姆電極，設(shè)置在n+型碳化硅基板的第二表面。n型支柱區(qū)域的摻雜密度大于n-型外延層的摻雜密度。
【專利說明】肖特基勢(shì)壘二極管及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年12月18日在韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請(qǐng)?zhí)?0-2012-0148601的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，通過援引將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明構(gòu)思涉及包含碳化硅(SiC)的肖特基勢(shì)壘二極管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)不使用PN結(jié)。與普通PN 二極管不同，SBD使用金屬和半導(dǎo)體結(jié)合于(bond)其中的肖特基結(jié)，表現(xiàn)出快速切換性能，并具有低于PN二極管的開啟電壓(接通電壓，turn-on voltage)性能。
[0005]在普通SBD中，為了改善泄漏電流的減少性能，通過應(yīng)用結(jié)勢(shì)壘肖特基(JBS)結(jié)構(gòu)(其中，在肖特基結(jié)部分的下端部分中形成P+區(qū)域)和通過重疊PN 二極管耗盡層(depletion layer)(當(dāng)施加反電壓時(shí)其被擴(kuò)散)截?cái)嘈孤╇娏鞑⒏纳茡舸╇妷?breakdown voltage)。
[0006]然而，由于ρ+區(qū)域存在于肖特基結(jié)部分中，在η-外延層或η-漂移層和肖特基電極之間作為正向電流路徑的接觸區(qū)域減少。因此，存在電阻值增加和SBD的導(dǎo)通電阻(on-resistance)增加的問題。
[0007]在該背景部分公開的以上信息僅是為了增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的背景的理解，因此其可包含未形成現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]產(chǎn)生本發(fā)明構(gòu)思以提供肖特基勢(shì)壘二極管及其制造方法，當(dāng)在肖特基勢(shì)壘二極管中施加正向電壓時(shí)，其具有降低肖特基勢(shì)壘二極管的導(dǎo)通電阻的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明構(gòu)思的一方面涉及肖特基勢(shì)壘二極管，其包括η-型外延層，設(shè)置在η+型碳化娃基板的第一表面，多個(gè)η型支柱區(qū)域(pillar area),設(shè)置在η+型碳化娃基板的第一表面的第一部分的η-型外延層中，多個(gè)ρ+區(qū)域，設(shè)置在η-型外延層的表面且與η型支柱區(qū)域分離，肖特基電極，設(shè)置在η-型外延層和ρ+區(qū)域上；以及歐姆電極，設(shè)置在η+型碳化硅基板的第二表面。η型支柱區(qū)域的摻雜密度(doping density)大于η-型外延層的摻雜密度。
[0010]可將P+區(qū)域設(shè)置在與靠近η+型碳化硅基板的第一表面的第一部分的η+型碳化硅基板第一表面的第二部分相應(yīng)的部分。
[0011]可將P+區(qū)域設(shè)置在η型支柱區(qū)域之間的相應(yīng)部分。
[0012]本發(fā)明構(gòu)思的另一方面涵蓋制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法。根據(jù)該方法，在η+型碳化娃基板的第一表面形成第一緩沖層圖案，以使得暴露η+型碳化娃基板的第一表面的第一部分。通過第一外延生長(zhǎng)在η+型碳化娃基板的第一表面的第一部分形成多個(gè)η型支柱區(qū)域。通過去除第一緩沖層圖案暴露靠近η+型碳化硅基板的第一表面的第一部分的η+型碳化硅基板的第一表面的第二部分；在η型支柱區(qū)域上形成第二緩沖層圖案。通過第二外延生長(zhǎng)在η+型碳化硅基板的第一表面的第二部分中形成初始的η-型外延層。去除第二緩沖層圖案并通過第三外延生長(zhǎng)在初始的η-型外延層和η型支柱區(qū)域上形成η-型外延層，使得形成的η-型外延層包括初始的η-型外延層。通過在η-型外延層的表面注入ρ+離子形成多個(gè)P+區(qū)域。在P+區(qū)域和η-型外延層上形成肖特基電極。在η+型碳化硅基板的第二表面形成歐姆電極。η型支柱區(qū)域的摻雜密度大于η-型外延層的摻雜密度。
[0013]η型支柱區(qū)域和第一緩沖層圖案可具有相同的厚度。
[0014]η型支柱區(qū)域和初始的η-型外延層可具有相同的厚度。
[0015]以這種方法，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式，在肖特基勢(shì)壘二極管中，當(dāng)施加肖特基勢(shì)壘二極管的正向電壓時(shí)，通過在η-型外延層的內(nèi)部設(shè)置η型支柱區(qū)域(其具有大于η-型外延層的摻雜濃度的摻雜濃度)，能夠大大降低肖特基勢(shì)壘二極管的導(dǎo)通電阻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本發(fā)明構(gòu)思的上述及其他特征從本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施方式的更具體描述中將是顯而易見的，如附圖所示，貫穿不同的視圖，其中相同的附圖標(biāo)記可指相同或相似的部分。附圖不必須按照比例繪制，而重點(diǎn)在于圖示出本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施方式的原理。
[0017]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的肖特基勢(shì)壘二極管的截面圖。
[0018]圖2至圖7是相繼示出制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的肖特基勢(shì)壘二極管的方法的截面圖。
[0019]圖8是比較根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的肖特基勢(shì)壘二極管與常規(guī)肖特基勢(shì)壘二極管的導(dǎo)通電阻的曲線圖。
[0020]符號(hào)說明
[0021]50:第一緩沖層圖案60:第二緩沖層圖案
[0022]100:η+型碳化娃基板200:η型支柱區(qū)域
[0023]300:η-型外延層310:初始的η_型外延層
[0024]400:ρ+區(qū)域500:肖特基電極
[0025]600:歐姆電極
【具體實(shí)施方式】
[0026]將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式。本發(fā)明構(gòu)思可以許多不同的形式修改且不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于此處闡述的示例性實(shí)施方式。相反地，提供本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式以使得本公開將是全面和完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明構(gòu)思的理念。
[0027]在附圖中，為了清楚起見，放大了層和區(qū)域的厚度。當(dāng)陳述將一層置于另一層或基板上時(shí)，它意指該層可以在另一層或基板上直接形成或者在其之間可以插入第三層。貫穿本說明書，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
[0028]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的肖特基勢(shì)壘二極管的截面圖。
[0029]參考圖1，在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)中，在η+型碳化娃基板100的第一表面可設(shè)置η-型外延層300。在η-型外延層300的表面可設(shè)置多個(gè)P+區(qū)域400。在η-型外延層300和ρ+區(qū)域400可設(shè)置肖特基電極500。在η+型碳化硅基板100的第二表面可設(shè)置歐姆電極600。肖特基電極500可與η-型外延層300和ρ+區(qū)域400接觸。
[0030]此外,在η-型外延層300內(nèi)的η+型碳化娃基板100的第一表面,可設(shè)置具有摻雜濃度大于η-型外延層300的摻雜濃度的多個(gè)η型支柱區(qū)域200。η+型碳化娃基板100的第一表面可包括多個(gè)相鄰的第一部分A和第二部分B。可將η型支柱區(qū)域200設(shè)置在η+型碳化娃基板100的第一表面的第一部分A上。
[0031]可將ρ+區(qū)域400與η型支柱區(qū)域200分離設(shè)置，并且可將P+區(qū)域400設(shè)置在與η+型碳化硅基板100的第一表面的第二部分B相應(yīng)的部分。即，可將ρ+區(qū)域400設(shè)置在η型支柱區(qū)域200之間的相應(yīng)部分。
[0032]由于η型支柱區(qū)域200的摻雜濃度大于η_型外延層300的摻雜濃度，因此當(dāng)施加SBD正向電壓時(shí)，大多數(shù)電子和電流可通過η型支柱區(qū)域200流動(dòng)。因此，當(dāng)施加SBD正向電壓時(shí)，如果電子和電流通過η型支柱區(qū)域200和η-型外延層300流動(dòng)，則電子和電流可受到小的電阻，從而可減小SBD的導(dǎo)通電阻。
[0033]此外，當(dāng)施加反向電壓時(shí)，可在ρ+區(qū)域400之間形成耗盡層，從而可減少泄漏電流。
[0034]參考圖1至圖7，將詳細(xì)描述制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)的方法。
[0035]圖2至圖7是相繼示出制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的SBD的方法的截面圖。
[0036]如圖2所示，可制備η+型碳化硅基板100。在η+型碳化硅基板100的第一表面，可形成第一緩沖層圖案50。第一緩沖層圖案50可暴露η+型碳化娃基板100的第一表面的第一部分Α。
[0037]如圖3所示，可通過第一外延生長(zhǎng)在η+型碳化硅基板100的第一表面的第一部分A中形成多個(gè)η型支柱區(qū)域200。η型支柱區(qū)域200和第一緩沖層圖案50可具有相同的厚度。
[0038]如圖4所不,通過去除第一緩沖圖案50,可暴露η+型碳化娃基板100的第一表面的第二部分B，并可在η型支柱區(qū)域200上形成第二緩沖層圖案60?？蓪ⅵ?型碳化硅基板100的第一表面的第二部分B設(shè)置為鄰接于η+型碳化硅基板100的第一表面的第一部分A0
[0039]如圖5所示，在η+型碳化硅基板100的第一表面的第二部分B中，可通過第二外延生長(zhǎng)形成初始的η-型外延層310。在這種情況下，η型支柱區(qū)域200不可以通過第二緩沖層圖案60進(jìn)行第二外延生長(zhǎng)。初始的η-型外延層310和η型支柱區(qū)域200可具有相同
的厚度。
[0040]如圖6所示，可去除第二緩沖層圖案60。在去除第二緩沖層圖案60后，可通過第三外延生長(zhǎng)在初始的η-型外延層310和η型支柱區(qū)域200上形成η-型外延層300，以使得形成的η-型外延層300包括初始的η-型外延層310。η-型外延層300的摻雜濃度可以小于η型支柱區(qū)域200的摻雜濃度。
[0041]如圖7所示，在與η+型碳化硅基板100的第一表面的第二部分B相應(yīng)的部分通過將ρ+離子注入η-型外延層300的表面內(nèi)，可形成多個(gè)ρ+區(qū)域400。ρ+區(qū)域400可與η型支柱區(qū)域200分離，并且可設(shè)置在與η+型碳化硅基板100的第一表面的第二部分B相應(yīng)的部分。即，可將P+區(qū)域400置于η型支柱區(qū)域200之間的相應(yīng)部分。
[0042]如圖1所示，可在ρ+區(qū)域400和η-型外延層300上形成肖特基電極500。在η+型碳化硅基板100的第二表面，可形成歐姆電極600。肖特基電極500可與P+區(qū)域400和η-型外延層300接觸。
[0043]在下文中，將參考圖8詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的SBD和常規(guī)SBD的性能。
[0044]在圖8中，Al表示應(yīng)用常規(guī)的結(jié)勢(shì)壘肖特基(JBS)結(jié)構(gòu)的SBD的性能，以及BI表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的SBD的性能。
[0045]圖8是比較根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的SBD與常規(guī)SBD的導(dǎo)通電阻的曲線圖。
[0046]參考圖8，可以看出，與常規(guī)SBD的導(dǎo)通電阻相比，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施方式的SBD的導(dǎo)通電阻減小。此外，隨著η支柱區(qū)域的摻雜濃度增加和隨著η支柱區(qū)域的寬度增加，可以看出SBD的導(dǎo)通電阻由于η支柱區(qū)域的影響而減小。
[0047]盡管已經(jīng)結(jié)合目前被視為是實(shí)用的示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明構(gòu)思，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明構(gòu)思不限于所公開的實(shí)施方式，相反，而是旨在涵蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同排列。
【權(quán)利要求】
1.一種肖特基勢(shì)魚二極管，包括: η-型外延層，設(shè)置在η+型碳化娃基板的第一表面； 多個(gè)η型支柱區(qū)域，設(shè)置在所述η+型碳化硅基板的第一表面的第一部分的所述η-型外延層中； 多個(gè)P+區(qū)域，設(shè)置在所述η-型外延層的表面且與所述η型支柱區(qū)域分離； 肖特基電極，設(shè)置在所述η-型外延層和所述ρ+區(qū)域上；以及 歐姆電極，設(shè)置在所述η+型碳化硅基板的第二表面， 其中，所述η型支柱區(qū)域的摻雜密度大于所述η-型外延層的摻雜密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其中，所述P+區(qū)域設(shè)置在與鄰接于所述η+型碳化硅基板的第一表面的第一部分的所述η+型碳化硅基板的第一表面的第二部分相應(yīng)的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其中，所述ρ+區(qū)域設(shè)置在所述η型支柱區(qū)域之間的相應(yīng)部分。
4.一種制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法，所述方法包括: 在η+型碳化硅基板的第一表面形成第一緩沖層圖案，以使得暴露所述η+型碳化硅基板的第一表面的第一部分； 通過第一外延生長(zhǎng)在所述η+型碳化娃基板的第一表面的第一部分形成多個(gè)η型支柱區(qū)域； 通過去除所述第一緩沖層圖案，暴露鄰接于所述η+型碳化硅基板的第一表面的第一部分的所述η+型碳化硅基板的第一表面的第二部分； 在所述η型支柱區(qū)域上形成第二緩沖層圖案； 通過第二外延生長(zhǎng)在所述η+型碳化硅基板的第一表面的第二部分中形成初始的η-型外延層； 去除所述第二緩沖層圖案并通過第三外延生長(zhǎng)在所述初始的η-型外延層和所述η型支柱區(qū)域上形成η-型外延層，以使得所形成的η-型外延層包括所述初始的η-型外延層；通過在所述η-型外延層的表面注入ρ+離子形成多個(gè)P+區(qū)域； 在所述P+區(qū)域和所述η-型外延層上形成肖特基電極；以及 在所述η+型碳化硅基板的第二表面形成歐姆電極， 其中，所述η型支柱區(qū)域的摻雜密度大于所述η-型外延層的摻雜密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在與所述η+型碳化硅基板的第一表面的第二部分相應(yīng)的部分中形成所述P+區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述η型支柱區(qū)域之間的相應(yīng)部分中形成所述P+區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述η型支柱區(qū)域和所述第一緩沖層圖案具有相同的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述η型支柱區(qū)域和所述初始的η-型外延層具有相同的厚度。
【文檔編號(hào)】H01L29/872GK103872147SQ201310661032
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】千大煥, 李鐘錫, 洪坰國, 鄭永均 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社