專利名稱：具高崩潰電壓及低逆向漏電流的蕭特基二極管及制造方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種蕭特基半導二極管元件，尤指一種具有漏電流小及高場崩潰電壓的蕭特基二極管結構及制造方法。
背景技術：
蕭特基二極管是一種廣泛應用于功率整流元件的整流應用，例如于電源供應器的開關、馬達控制、電信開關、工廠自動化、電子自動化等等及許多高速電力開關應用。雖然蕭特基二極管具有高速開關特性，然而高逆向漏電流及低崩潰電壓大大的限制其在高逆向電壓及高溫環(huán)境下的應用。
習知技術美國專利第3,541,403號揭示應用p+型護環(huán)擴散區(qū)包圍蕭特基接觸區(qū)可以增加逆向崩潰電壓。p型護環(huán)擴散區(qū)是由硼-氮為擴散源或由硼或BF2+離子布植所產生。然而，過高劑量的硼離子植入會造成表面損傷以及高漏電流。除此之外，p-n接面曲率效應也會嚴重影響逆向漏電流以及崩潰電壓(請參考S.M.Sze所著“Physics of SemiconductorDevices”第二版第二章)。為使植入的硼離子擴散至硅基板深處，在高溫長時間的熱處理為必須過程。經過這樣的處理后，可以獲得較大的p-n接面曲率，以減低逆向漏電流及獲取較大的崩潰電壓。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一即為提出一新方法以制造具有高崩潰電壓、低漏電流且可高速切換的蕭特基二極管。
本發(fā)明揭露一種蕭特基二極管結構及其制造方法，包含以下步驟首先，提供一n+重摻雜半導體基板，該半導體基板上具有一n-外延層形成于其上。隨后，一第一氧化層形成于n-外延層上。一圖案化制程隨即圖案化第一氧化層以定義護環(huán)區(qū)域(guard ring，GR)。在除去光阻圖案層之后，一多晶硅層利用LPCVD或APCVD法沉積于所有區(qū)域。隨后，進行硼或BF2+的離子布植程序。隨后，進行高溫退火以驅使多晶硅層內的硼離子擴散而進入n-外延層中。接下來，一熱氧化制程接著進行以完全氧化多晶硅層而形成熱氧化層，同時更驅使硼離子更深入硅基板。一第二光罩及蝕刻過程隨后進行，以定義出主動區(qū)。緊接著，一阻障金屬(barriermetal)層沉積于主動區(qū)上并施以金屬硅化程序。在未反應的金屬層移除后，最后再沉積一陽極金屬導電層，再施以第三光罩并圖案化以定義陽極區(qū)域。另以金屬導電層則形成于基板背面以作為陰極。


圖1A至圖1C顯示傳統(tǒng)蕭特基二極管具有p+護環(huán)結構的制造方法的橫截面示意圖；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，以光阻圖案定義護環(huán)的橫截面示意圖；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，形成一多晶硅層于所有區(qū)域后，再施以B+ or BF2+離子布植的橫截面示意圖；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，以多晶硅層為雜質來源，施以退火制程使雜質擴散進入n-外延層以形成p+區(qū)的橫截面示意圖；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，施以熱氧化制程以形成第二氧化層，同時使p+摻雜區(qū)擴大的橫截面示意圖；
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，再涂布一第二光阻圖案于第二氧化層上，以定義主動區(qū)的橫截面示意圖；圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，以第二光阻圖案為罩幕，除去裸露的第二氧化層后，再形成蕭特基金屬硅化層于主動區(qū)上，最后再形成一陽極金屬層，基板背面形成陰極金屬層的橫截面示意圖；圖8A及圖8B顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，元件的概要布局示意圖；圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，示蕭特基二極管橫截面示意圖。
符號說明10n+型半導體基板20n-型外延層20A外延層表面25第一氧化層30氧化層35護環(huán)(p型離子摻雜區(qū))40光阻圖案50陽極金屬層100半導體基板101n+型半導體基板102n-型外延層110第一氧化層140多晶硅層140A第二氧化層150p+型護環(huán)區(qū)160光阻圖案165p+型護環(huán)區(qū)170蕭特基金屬硅化層
180陽極金屬層(也稱頂部金屬層)190陰極具體實施方式
本發(fā)明揭露一蕭特基二極管結構及其制造方法。請參照圖2的橫截面示意圖，顯示一半導體基板100包含一n+重摻雜基板101和n-輕摻雜外延層102。一厚約100nm至2000nm的氧化層110，接著以熱氧化或CVD法形成于n-外延層上。一包含開口115A的光阻圖案115接著形成在氧化層110上以定義護環(huán)區(qū)。
仍請參考圖2，一蝕刻步驟以光阻圖案115為罩幕接著實施以蝕刻裸露的氧化層。隨后移除光阻圖案115。
繼續(xù)請參照圖3，一多晶硅層140厚約20nm至1000nm接著以低壓氣相沉積法(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)沉積于全部區(qū)域上。繼之高劑量的BF2+或硼離子全面布植于n-外延層上。布植劑量與布植能量分別約為1E11至5E16/cm2與10至400KeV。
參照圖4，接著高溫退火(thermal anneal)制程進行，以活化離子，并驅使動離子進入基板形成p+區(qū)域150。以多晶硅層140為雜質的擴散源。
接下來，參照圖5，高溫氧化制程接著進行以氧化多晶硅層140以形成第二氧化層140A。同時p+區(qū)150的雜質進一步縱向及橫向擴散開來而形成護環(huán)區(qū)165。
隨后，參照圖6，一定義主動區(qū)的光阻圖案160接著形成于第二氧化層140A上。主動區(qū)的范圍包含由一終止區(qū)(termination region)200a上的部分護環(huán)與終止區(qū)另一端200b的部分護環(huán)所包含的范圍間，請同時參考圖9。
在主動區(qū)被定義后，一濕式蝕刻以光阻圖案160為罩幕接著將所有暴露出的氧化層區(qū)域140A、110除去。
請見圖7，在除去光阻圖案160后，蕭特基金屬層(Schottky barriermetal layer)緊接著覆蓋在全部區(qū)域之上。蕭特基金屬層可選自Ti、TiN、Ni、Cr、Pd、Pt、W、Mo等。隨后再施以約200℃～850℃退火制程以形成金屬硅化層170。
在氧化層140A之上未與硅反應的金屬緊接著被除去，隨后一厚金屬層180覆蓋于全部區(qū)域之上。此金屬層再被圖案化以形成陽極區(qū)域，最后的陽極金屬層區(qū)域將覆蓋所有主動區(qū)以及一部分在終止區(qū)的蝕刻平臺。此金屬層可選自TiNi/Ag雙金屬層的堆棧結構或Al單一金屬層其中一種。
一研磨制程隨后進行以除去在前述制程中形成于基板背面上的各層材料，最后，再使用濺鍍一金屬層190以作為陰極。
圖8A及圖8B為依據(jù)本發(fā)明的方法的一概略布局示意圖，圖標包含多個正方形護環(huán)區(qū)165或長方形護環(huán)區(qū)165。
圖9為一根據(jù)本發(fā)明方法所制造的蕭特基二極管的橫截面示意圖，具有兩個護環(huán)在終止區(qū)及兩個護環(huán)在主動區(qū)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點2、在終止區(qū)的護環(huán)區(qū)165既寬且又平坦，因此，空乏區(qū)的彎折區(qū)可預期要比傳統(tǒng)的元件更遠離主動區(qū)。
3、高劑量布植所導致的離子損傷可以忽略，這是因本發(fā)明是借由多晶硅層來做為雜質擴散源，這部分可以參考作者的另一篇美國專利第5,347,161號?；谏鲜龅暮锰?，可預期本發(fā)明所制造的蕭特基二極管將有高的崩潰電壓與低的逆向漏電流。
權利要求
1.一種具高崩潰電壓及低逆向漏電流的蕭特基二極管的制造方法，至少包含以下步驟提供一半導體基板，該基板含有一第一導體層及一外延層，該兩層具有相同導電型雜質摻雜，且該外延層摻雜濃度低于該第一導體層；形成一第一氧化層于該外延層上；形成一第一光阻圖案于該氧化層上以定義護環(huán)區(qū)域；進行一第一蝕刻制程蝕刻該第一氧化層，以該光阻圖案為罩幕；除去該第一光阻圖案；形成一多晶硅層于所有裸露的表面；全面進行離子布植，以布植p型雜質于多晶硅層中；施以一退火制程，活化該p型雜質，同時以該多晶硅層為p型雜質的來源向該多晶硅層下的該外延層擴散，以形成p型區(qū)域；施以高溫氧化制程，用以將該多晶硅層氧化成為第二氧化層，同時使p型區(qū)域擴大而形成護環(huán)區(qū)；形成第二光阻圖案于該第二氧化層上，以定義出主動區(qū)；施以蝕刻制程，蝕刻該第二氧化層，以該第二光阻圖案為罩幕；除去該第二光阻圖案；形成一蕭特基阻障金屬層于所有裸露的表面；進行一退火制程，以使該蕭特基阻障金屬層與硅反應，因此形成一金屬硅化物層；除去未反應的蕭特基阻障金屬層；形成一頂部金屬層于裸露的表面；圖案化該頂部金屬層以定義陽極區(qū)域；施以研磨制程，以研磨該半導體基板背面，至裸露該第一導體層；及形成一金屬層于該半導體基板背面以作為陰極。
2.根據(jù)權利要求1所述蕭特基二極管的制造方法，其中上述的BF2+及/或硼離子植入劑量與能量分別為1E11至5E16/cm2，及10至400KeV。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中上述的多晶硅層厚度為10nm至1000nm。
4.根據(jù)權利要求1所述蕭特基二極管的制造方法，其中上述的退火制程在200℃至850℃下進行。
5.根據(jù)權利要求1所述蕭特基二極管的制造方法，其中上述的蕭特基阻障金屬層是選自于Ti、TiN、Ni、Cr、Mo、Pt、Zr、W及其組合的其中的一種與硅反應產生的金屬硅化層構成，而頂部金屬層是選自TiNi及Ag堆棧層或Al單層的其中一種構成。
6.根據(jù)權利要求1所述蕭特基二極管的制造方法，其中上述的第二光阻圖案覆蓋住部分該護環(huán)區(qū)域，所以該主動區(qū)位在兩個護環(huán)間并且包含部分的護環(huán)。
7.一種具高崩潰電壓及低逆向漏電流的蕭特基二極管，其特征在于所述蕭特基二極管至少包含以下部分一半導體基板，包含一第一導電層及一外延層形成于其上，其中該第一導電層及該外延層摻雜有第一型導電性雜質，且該外延層摻雜濃度較低；一陰極金屬層形成于該第一導電層背面上；四個護環(huán)線狀排列于該外延層內，且摻雜有第二型導電型雜質，其中，最外側的兩個護環(huán)部分被一氧化層覆蓋，并作為終止區(qū)；一蕭特基硅化層于該外延層上，且位于分開的該氧化層之間；及一陽極金屬層形成于該蕭特基硅化層上并延伸以覆蓋該氧化層上。
8.根據(jù)權利要求7所述的蕭特基二極管，其特征在于該護環(huán)區(qū)由兩種第二型導電型雜質擴散所形成。
9.根據(jù)權利要求7所述的蕭特基二極管，其特征在于該蕭特基硅化層是選自Ti、TiN、Ni、Cr、Mo、Pt、Zr及W及其組合的其中的一種與硅反應產生的金屬硅化層構成，而其中該陽極金屬層是由TiNi及Ag堆棧層或Al單層的其中一種構成。
全文摘要
本發(fā)明是一種具高崩潰電壓及低逆向漏電流的蕭特基二極管及制造方法。所述制造方法包含以下步驟提供一n+重摻雜半導體基板，該半導體基板上具有一n－外延層形成于其上。一第一氧化層形成于n－外延層上。一圖案化制程隨即圖案化第一氧化層以定義護環(huán)區(qū)域。除去光阻圖案層后，沉積一多晶硅層，再進行硼或BF
文檔編號H01L29/872GK1599041SQ20041003816
公開日2005年3月23日 申請日期2004年5月11日 優(yōu)先權日2003年9月17日
發(fā)明者吳協(xié)霖 申請人:吳協(xié)霖