專利名稱：肖特基二極管的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種電子元件，且特別是有關于一種半導體元件，適用于作為整流元件。
背景技術：
肖特基二極管(Schottky diodes)在半導體工業上已使用多年，例如，用作為箝位器和整流器。肖特基二極管為包括金屬-半導體接口的二極管，其中金屬-半導體接口是形成一肖特基勢壘(Schottky barrier)。此金屬-半導體接口通常包括金屬層連接至摻雜半導體層。肖特基勢壘形成于此金屬層和此摻雜半導體層的結。對于處于順向偏壓和處于逆向偏壓的金屬-半導體界面來說，其勢壘高度具有很大的差異。當施加足夠的順向偏壓時，此勢壘基本上被移除，藉此允許電子自由地從半導體材料流動到金屬。由于肖特基二極管的順向電壓降小于PN結二極管的順向電壓降，肖特基二極管在功率應用中提供了有效率的整流。再者，這些元件具有快速恢復時間，使它們特別適用于高頻整流。眾所皆知，肖特基二極管往往具有不佳的逆向漏電特征。為了改善此漏電特征，增加一相反極性載子的防護環至肖特基二極管結構的手段已存在。然而，制造此防護環通常需要額外的掩模步驟。而且防護環占有空間，使得具有防護環的肖特基二極管相較于不具有如此防護環的肖特基二極管需要更多表面空間。因此，需要尋求替代方法用以改善肖特基二極管的逆向漏電特征。

發明內容
相較于現有技術的肖特基二極管，在此揭露的肖特基二極管和肖特基二極管相關的方法包括多個實施例，其具有減低的逆向漏電。根據本揭露的一些方面，一種肖特基二極管可包括一歐姆接觸層、一金屬層以及一漂流通道，漂流通道延伸于歐姆接觸層和金屬層之間。夾止機制用以在肖特基二極管被逆向偏壓時夾止漂流通道。夾止機制可包括一第一阱和一控制柵。夾止機制可更包括一第二阱，其中第一和第二阱可位于漂流通道的相對的兩側。第一和第二阱是由第一導電型的半導體材料所形成，漂流通道是由第二導電型的半導體材料所形成。第一導電型可例如為P型導電性，第二導電型可例如為N型導電性。控制柵可延伸于第一和第二阱之間，并穿越漂流通道。控制柵可包括一介電層和一導體層。導體層可由多晶硅所形成，介電層可由二氧化硅所形成。漂流通道可形成于一第一襯底內，此第一襯底具有一接觸面，其中第一襯底是由第一導電型的半導體材料所形成。第一襯底可形成于一第二襯底的一阱內，其中第二襯底是由第二導電型的半導體材料所形成。
控制柵可電性連接至金屬層。漂流通道可包括一相對地輕摻雜部分鄰接金屬層，以及一相對地重摻雜部分鄰接歐姆接觸層。肖特基二極管可包括第一和第二夾止機制，在一些實施例中，當肖特基二極管逆向偏壓時，第一和第二夾止機制可對于漂流通道的各分支進行夾止。根據本揭露的一些方面，一種肖特基二極管可包括一肖特基勢壘、一漂流通道、一半導體襯底以及一控制柵。漂流通道延伸自肖特基勢壘。半導體襯底包括一第一襯底部分、 一第二襯底部分，及一第三襯底部分。控制柵延伸于第二和第三襯底部分之間。第二和第三襯底部分被配置來至少依據施加至控制柵的電壓的極性，選擇性地對漂流通道實行夾止條件。為了對本發明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。


本發明的特色、方面及實施例連同附加的圖式一起作描述，其中圖1繪示依照本發明第一實施例的肖特基二極管的平面圖。圖2A繪示如圖1所示的肖特基二極管沿著截線2A-2A的剖面視圖。圖2B繪示如圖1所示的肖特基二極管沿著截線2B-2B的剖面視圖。圖2C繪示當肖特基二極管逆向偏壓時如圖1所示的肖特基二極管沿著截線2B-2B 的剖面視圖。圖3繪示依照本發明第二實施例的肖特基二極管的平面圖。圖4A繪示如圖3所示的肖特基二極管沿著截線4A-4A的剖面視圖。圖4B繪示如圖3所示的肖特基二極管沿著截線4B-4B的剖面視圖。圖5繪示依照本發明第三實施例的肖特基二極管的平面圖。主要元件符號說明100、200、300 肖特基二極管102、204 半導體襯底102a 接觸面102b 襯底102的第一部分102c:第一阱部分102d 第二阱部分102e 第三阱部分102f:第四阱部分104 漂流通道104a 漂流通道的第一部分104b 漂流通道的第二部分104b ‘漂流通道第二部分的第一分支104b 〃 漂流通道第二部分的第二分支104b ‘‘’ 漂流通道第二部分的第三分支
106 歐姆接觸層
107 肖特基勢壘
108 .金屬層
110 陽極
112 陰極
114 控制柵
114a:控制柵的第--部分
114b控制柵的第二二部分
114c控制柵的第三Ξ部分
116 介電層
118 導體層
120、120a、120b、120c 夾止機制
202 襯底(或阱)
202b襯底(或阱)的第一部分
具體實施例方式第一實施例圖1繪示肖特基二極管100的一實施例的平面視圖。圖2A繪示肖特基二極管100 沿著截線2A-2A的剖面視圖，圖2B繪示肖特基二極管100沿著截線2B-2B的剖面視圖。肖特基二極管100包括半導體襯底102，通常是第一導電型的硅(第一導電型通常是P型導電性)，具有接觸面10加。漂流通道(drift channel) 104是第二導電型(通常是N型導電性)，形成于襯底102的第一部分102b內。襯底102的第一部分102b可相對地輕摻雜，如圖由P-所表示。如圖2A所示，漂流通道104延伸于歐姆接觸層106和金屬層108之間。漂流通道 104的第一部分10 鄰接歐姆接觸層106，漂流通道104的第一部分10 通常是相對地重摻雜，如圖由N+所表示。漂流通道104的第二部分104b自第一部分10 延伸至金屬層 108。漂流通道104的第二部分104b可相對地輕摻雜，如圖由N-所表示。當漂流通道104的半導體材料連接到金屬層108的金屬材料時，形成肖特基勢壘 107。當金屬和半導體材料連接時，漂流通道104的N型半導體材料中的電子立刻開始流動至金屬層108。此電子流動造成漂流通道104中靠近與金屬層108的結處形成一耗盡區 (depletion region)。耗盡區為漂流通道104變成空竭主要載子的區域。此電子流動亦造成金屬層108中靠近金屬層108與漂流通道104之間的結處有大量的載子。金屬層108中大量的載子在靠近金屬層108與漂流通道104之間的結處創造一負位墻(negative wall) 0 此「負位墻」形成面障，被稱為「肖特基勢壘」107。肖特基二極管100也可包括陽極電極110及陰極電極112，陽極電極110連接至金屬層108，陰極電極112連接至歐姆接觸層106。因此施加一順向偏壓至肖特基二極管100 可包含對金屬層108施加較正的電位，并對歐姆接觸層106上施加相對較負的電位。由于施加的正電位吸引來自肖特基勢壘107區域的電子，順向偏壓將減小肖特基勢壘107的強度。肖特基勢壘107的強度的減小允許電子從歐姆接觸層106，穿越漂流通道104，流動至金屬層108。如圖2B所示，襯底102的第二和第三部分102c和102d，也稱作第一和第二阱部分 102c和102d，形成于漂流通道104的相對的兩側。第一和第二阱部分102c和102d可相對地重摻雜，如圖由P+所表示。控制柵(control gate) 114延伸于第一和第二阱部分102c 和102d之間。控制柵114的第一部分IHa可重疊第一阱部分102c，控制柵114的第二部分114b可重疊第二阱部分102d。并且，第三部分IHc延伸穿越漂流通道104的第二部分 104b。控制柵114可包括介電層116和導體層118。介電層116可由氧化物材料所形成， 例如二氧化硅(SiO2)。介電層116可鄰接第一阱部分102c的至少一部分、第二阱部分102d 的至少一部分、以及漂流通道104的第二部分104b的至少一部分。導體層118可鄰接介電層116，并可由導電材料所形成，例如多晶硅。如圖2A所示，控制柵114電性連接至金屬層108。圖2C繪示當施加一負電位至控制柵114時，肖特基二極管100沿著截線2B-2B的剖面視圖。當肖特基二極管100逆向偏壓時，控制柵114獲得負電位，此負電位施加至陽極電極110和金屬層108。如圖2C所示，在控制柵114的負電位會傾向將N型漂流通道104 的電子壓迫往P型襯底102，且吸引來自P型襯底102的空穴，包括來自阱部分102c和102d 的主要載子。視在控制柵114的負偏壓的大小而定，電子和空穴之間會發生一定程度的再結合，而減少N型漂流通道104中可用于導電的自由電子的數量。偏壓越負，再結合的速率越高。于肖特基二極管100的逆向偏壓條件下，隨著控制柵114的降低偏壓，在金屬層108 和歐姆接觸層106之間造成的飽和或漏電流程度因此而減少。因此，控制柵114的負偏壓導致位于控制柵114下的漂流通道104的空乏，藉此導致漂流通道104的夾止(pinch-off)。 因此，當肖特基二極管100逆向偏壓時，通過控制柵114以及用于夾止漂流通道104的阱部分102c和102d來形成夾止機制120。當肖特基二極管100順向偏壓時，控制柵114獲得正電位，此正電位施加至陽極電極110和金屬層108。在控制柵114的正電位會吸引來自P型襯底102的額外的電子(自由載子)，并透過加速粒子間造成的碰撞來建立新的載子。當控制柵114的電位持續增加， N型漂流通道104中可用于導電的自由電子的數量亦增加。當肖特基二極管100順向偏壓時，此漂流通道104中自由電子的增加可增強電子流過肖特基二極管100。因此，當肖特基二極管100順向偏壓時，夾止機制120移除漂流通道104的夾止。在一些實施例中，可使用各種隔離結構以用來隔離本揭露的肖特基二極管與鄰接的電子元件。例如，在一些實施例中，使用現有的硅局部氧化(L0C0Q技術可制造出淺的隔離結構或使用淺溝道隔離(STI)。另一個例子于圖3和圖4A、圖4B所示。第二實施例圖3繪示肖特基二極管200的第二實施例的平面圖。肖特基二極管200的元件中， 以相同的參照標號標示相似或相同于肖特基二極管100的元件，于此將不再對其進行重復的描述。圖4A繪示肖特基二極管200沿著截線4A-4A的剖面視圖，圖4B繪示肖特基二極管200沿著截線4B-4B的剖面視圖。肖特基二極管200包括襯底202，也可稱作阱202。襯底202由第一導電型(通常是P型導電性)的半導體材料所構成。襯底202在半導體襯底204的一阱內形成，半導體襯底204通常是第二導電型的硅(第二導電型通常是N型導電性)。半導體襯底204具有接觸面10加。漂流通道104亦是第二導電型(通常是N型導電性)，形成于襯底(或阱)202 的第一部分202b內。半導體襯底204可相對地輕摻雜，如圖由N-所表示。襯底(或阱)202 的第一部分202b可相對地輕摻雜，如圖由P-所表示。肖特基二極管200的操作，包括在肖特基二極管200的逆向偏壓時夾止機制120 夾止漂流通道104的能力，以及在肖特基二極管200的順向偏壓時夾止機制120釋放漂流通道104的夾止的能力，皆與有關于肖特基二極管100的描述一致。肖特基二極管200和肖特基二極管100之間主要的差異在于，肖特基二極管200包括額外的N型材料(襯底204) 圍繞P型襯底(或阱)202的第一部分202b的周圍的至少一部分。襯底204的N型材料提供給肖特基二極管200與鄰接的電子元件的改善的電性隔離。當襯底204的N型材料與襯底202的P型材料接觸時，在鄰近N型襯底204材料和P型襯底202材料間結的區域，電子和空穴開始結合。此再結合過程導致鄰近此結的區域缺乏載子。換句話說，在鄰近N型襯底204材料和P型襯底202材料間結的區域造成一耗盡區， 起因于在這些區域中載子的空竭。此耗盡區包括一正離子勢壘，使襯底202的P型材料中的多數載子必須克服正離子勢壘以遷移至襯底204的N型材料中。為此，襯底202的P型材料中幾乎沒有多數載子會遷移至襯底204成為漏電流。相同的原因，襯底204的N型材料中幾乎沒有多數載子會遷移至襯底202成為漏電流。因此，肖特基二極管200的隔離結構可減少肖特基二極管200間的往返漏電流。第三實施例圖5繪示肖特基二極管300的第三實施例的平面圖。肖特基二極管300的元件中， 以相同的參照標號標示相似或相同于肖特基二極管100的元件，于此將不再對其進行重復的描述。肖特基二極管300的結構和操作與肖特基二極管100的相關描述為實質上相似， 其不同之處在于肖特基二極管300更包括多個夾止機制120a至120c。因此，雖然未標示于圖5，肖特基二極管300可包括陽極110和陰極112(與肖特基二極管100的說明和描述相同)，肖特基二極管300包括歐姆接觸層106位于漂流通道104的第一部分10 之上，及肖特基勢壘107和金屬層108位于漂流通道104的第二部分104b之上。圖5所示的實施例中，漂流通道104的第二部分104b包括三個分支104b ‘、 104b"和104b‘“延伸于陽極110和陰極112區域之間。各夾止機制120a至120c包括各自的控制柵114電性連接至肖特基二極管300的陽極。夾止機制120a包括控制柵114，控制柵114包含控制柵的第一部分114a、控制柵的第二部分114b與控制柵的第三部分114c。 控制柵的第一部分IHa與第一阱部分102c重疊，控制柵的第二部分114b與第二阱部分 102d重疊，控制柵的第三部分IHc延伸穿越漂流通道104的第一分支104b'。夾止機制 120b包括控制柵114，控制柵114包含控制柵的第一部分114a、控制柵的第二部分114b與控制柵的第三部分114c。控制柵的第一部分11 與第二阱部分102d重疊，控制柵的第二部分114b與第三阱部分10 重疊，控制柵的第三部分114c延伸穿越漂流通道104的第二分支104b〃。夾止機制120c包括控制柵114，控制柵114包含控制柵的第一部分114a、控制柵的第二部分114b與控制柵的第三部分lHc。控制柵的第一部分11 與第三阱部分 102e重疊，控制柵的第二部分114b與第四阱部分102f重疊，控制柵的第三部分IHc延伸穿越漂流通道104的第三分支104b ‘“。在肖特基二極管300的逆向偏壓時夾止機制120a至120c夾止漂流通道104的各分支104b'、104b〃和104b' 〃的能力，以及在肖特基二極管300的順向偏壓時夾止機制 120a至120c釋放漂流通道104的各分支104b ‘、104b “和104b ‘“的夾止的能力，皆與上述的夾止機制120—致。然而，此多分支結構適用于高電流的應用。雖然以上是以三個夾止機制120a至120c以及各分支104b‘、104b〃和104b'“ 來說明，可替代的實施例可包括任意數量的夾止機制120a至120c以及各分支104b ‘、 104b"和104b'“。同樣地，一替代的實施例可包括多個夾止機制120a至120c以及各分支104b'、104b〃和104b' 〃連同一隔離結構，例如關于肖特基二極管200的揭露。綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視隨附的權利要求范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種肖特基二極管，包括一歐姆接觸層；一金屬層；一漂流通道，延伸于該歐姆接觸層和該金屬層之間；以及一夾止機制，用以在該肖特基二極管被逆向偏壓時夾止該漂流通道。
2.根據權利要求1所述的肖特基二極管，其中該夾止機制包括一第一阱和一控制柵。
3.根據權利要求2所述的肖特基二極管，其中該夾止機制更包括一第二阱，其中該第一和該第二阱位于該漂流通道的相對的兩側。
4.根據權利要求3所述的肖特基二極管，其中該第一和該第二阱是由一第一導電型的半導體材料所形成，其中該漂流通道是由一第二導電型的半導體材料所形成。
5.根據權利要求4所述的肖特基二極管，其中該第一導電型為P型導電性，其中該第二導電型為N型導電性。
6.根據權利要求4所述的肖特基二極管，其中該控制柵延伸于該第一和該第二阱之間，并穿越該漂流通道。
7.根據權利要求6所述的肖特基二極管，其中該控制柵包括一介電層和一導體層。
8.根據權利要求7所述的肖特基二極管，其中該導體層是由多晶硅所形成，該介電層是由二氧化硅所形成。
9.根據權利要求6所述的肖特基二極管，其中該漂流通道形成于一第一襯底內，該襯底具有一接觸面，其中該襯底是由該第一導電型的半導體材料所形成。
10.根據權利要求9所述的肖特基二極管，其中該第一襯底形成于一第二襯底的一阱內，其中該第二襯底是由該第二導電型的半導體材料所形成。
全文摘要
本發明公開了一種肖特基二極管，包括一歐姆層當作陰極，一金屬層當作陽極，一漂流通道由半導體材料形成并在歐姆層和金屬層間延伸。此漂流通道包括一重摻雜區域鄰接歐姆接觸層。漂流通道與金屬層形成一肖特基勢壘。當肖特基二極管逆向偏壓時，夾止機制用于夾止漂流通道。因此，在肖特基二極管的逆向偏壓條件下，金屬層和歐姆接觸層之間的飽和或漏電流程度被減少。
文檔編號H01L29/872GK102347373SQ20101024609
公開日2012年2月8日 申請日期2010年8月3日 優先權日2010年8月3日
發明者洪崇祐, 胡智閔, 陳永初, 龔正 申請人:旺宏電子股份有限公司