蕭基二極管裝置及其制造方法

專利名稱：蕭基二極管裝置及其制造方法
技術領域：
本發明是關于半導體裝置，且特別是關于一種蕭基二極管(Schottky diode)裝置 及其制造方法。
背景技術：
蕭基二極管(Schottky diode)為具有金屬-半導體接面 (metal-semiconductorjunction)的一種半導體裝置，于此金屬-半導體接面結構的電 流_電壓特性則按照所施加電壓的極性而定。當蕭基二極管處于順向偏壓時(即陽極施加正電壓以及于陰極施加負電壓)可 使得載子導通，而當蕭基二極管處于逆向偏壓時(即陽極施加負電壓以及于陰極施加正電 壓)則載子不易導通因而與一般pn接面二極管具有同樣的單向導通特性。另外，由于蕭基 二極管是單載子移動，故于順向偏壓時具有相對低的臨界電壓且于順逆向偏壓切換時反應 速度極快。請參照圖1，顯示了一種已知蕭基二極管裝置100的剖面情形。如圖1所示，蕭基 二極管裝置100包括了 n型漂移區(n drift region) 104、陽極電極112、陰極電極114以 及形成于n型漂移區(n drift region) 104內的n+摻雜區116等主要構件。n型漂移區 104是形成于p型硅基底102的表面內，而于n型漂移區104表面形成有兩分隔的場氧化物 108，以于n型漂移區104表面定義出為場氧化物108所分隔的陽極區150以及陰極區160。 于n型漂移區104表面上更形成有經圖案化的層間介電層110，其覆蓋了場氧化物108及 其鄰近的n型漂移區104與n+摻雜區116的部分表面，而由鈦、氮化鈦、鎢、鋁等金屬材質 所形成的陽極電極112與陰極電極114則分別覆蓋并穿透層間介電層110以分別實體接觸 位于陽極區150內的n型漂移區104以及位于陰極區160內的n+摻雜區116。于陽極區 150內鄰近場氧化物108處的n型漂移區104內分別形成有一 p型摻雜區106，以避免于電 極112鄰近n型漂移區104與場氧化物108處區域內形成高電場，通過提升蕭基二極管裝 置100的逆向偏壓下的電壓崩潰表現。于蕭基二極管裝置100內的陽極電極112及相接觸 的n型漂移區104間的介面即為一金屬-半導體接面120。另外，為了進一步提升蕭基二極管裝置100的逆向偏壓下的崩潰電壓，n型漂移區 104內的n型摻質濃度通常不可高于2. OX 1016atomS/Cm3。如此的n型漂移區104的摻質 濃度雖有助于提升蕭基二極管裝置100于逆向偏壓下的崩潰電壓表現，但是卻使得蕭基二 極管裝置100于順向偏壓下流通于陽極區150與陰極區160間的單位面積電流受到限制。因此，便需要一種新穎的蕭基二極管裝置，以滿足逆向電壓下的高崩潰電壓以及 順向偏壓下的高單位面積電流等元件需求。

發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種蕭基二極管裝置及其制造方法，以改善其崩潰電壓 與單位面積電流等電性表現。
依據一實施例，本發明提供了一種蕭基二極管裝置，包括一 p型半導體結構；一 n型漂移區，設置于所述p型半導體結構表面，其中所述n 型漂移區包括摻質濃度相異的一第一 n型摻雜區以及一第二 n型摻雜區，而所述第二 n型 摻雜區是環繞所述第一 n型摻雜區的側壁且具有較所述第一 n型摻雜區為高的摻質濃度； 多個隔離結構，設置于所述n型漂移區的所述第二 n型摻雜區內，以定義出一陽極區以及一 陰極區，其中所述陽極區露出所述第一n型摻雜區的表面而所述陰極區部分露出所述第二 n型摻雜區的表面；一第三n型摻雜區，設置于為所述陰極區所部分露出的第二 n型摻雜區 表面，其中所述第三n型摻雜區具有高于所述第二 n型摻雜區的摻質濃度；一陽極電極，設 置于所述陽極區內的所述第一 n型摻雜區之上；以及一陰極電極，設置于所述陰極區內的 所述第三n型摻雜區之上。依據另一實施例，本發明提供了一種蕭基二極管裝置的制造方法，包括 提供一 p型半導體層；形成一 n型漂移區于所述p型半導體層表面內，其中所述n 型漂移區包括一第一 n型摻雜區以及環繞所述第一 n型摻雜區的一第二 n型摻雜區，而所 述第二 n型摻雜區具有高于所述第一 n型摻雜區的摻質濃度；形成數個隔離結構于鄰近所 述第一 n型摻雜區的所述第二 n型摻雜區之內，進而于所述p型半導體層上定義出一陽極 區與一陰極區，其中所述陽極區露出了所述第一 n型摻雜區及鄰近所述第一 n型摻雜區的 所述第二n型摻雜區的一部分，而所述陰極區僅露出了所述第二n型摻雜區的另一部分；形 成一第三n型摻雜區于所述陰極區所露出的所述第二 n型摻雜區之內；以及于所述陽極區 與陰極區內分別形成一陽極電極與一陰極電極，以分別實體接觸所述第一 n型摻雜區與所 述第三n型摻雜區。


圖1顯示了一已知蕭基二極管裝置的剖面情形；以及圖2-圖6為一系列剖面圖，顯示了依據本發明一實施例的蕭基二極管裝置的制造 方法。附圖標號100 蕭基二極管裝置；102 p型硅基底；104 n型漂移區；106 p型摻雜區；108 場氧化物；110 層間介電層；112 陽極電極；114 陰極電極；116 n+摻雜區；120 金屬-半導體接面；150 陽極區；160 陰極區；202 p型半導體層；
204 掩膜層；206 離子注入程序；208 η型摻雜區；210 ρ型條狀區；212 第二 η型摻雜區；214 第一 η型摻雜區；216 掩膜層；218 離子注入程序；220 ρ型摻雜區；222 隔離結構；224 掩膜層；226 離子注入程序；228 η+摻雜區；230 層間介電層；232、234 電極；235、237 開口；250 η型漂移區；260 陽極區；270 陰極區；280 金屬-半導體接面；W 掩膜層/p型條狀區的寬度；P 掩膜層/p型條狀區的間距。
具體實施例方式為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實 施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下圖2-圖6為一系列剖面圖，顯示了依據本發明一實施例的蕭基二極管裝置的制造 方法。請參照圖2，首先提供一 ρ型半導體結構，例如為一 ρ型半導體層202。ρ型半導體 層202例如為含硅、硅鍺的半導體材料的外延層或基板的一部。接著于半導體基板202的 表面形成數個圖案化的掩膜層204并露出部分的ρ型半導體層202。接著，針對ρ型半導體 層202施行一離子注入程序206并采用此些掩膜層204做為離子注入掩膜，因此于ρ型半 導體層202內形成了數個相分隔的η型摻雜區208。離子注入程序206是采用磷與砷等η 型摻質，其所采用的離子注入能量約介于500KeV SOOKeV，而所注入η型摻質劑量則約介 于 2X IO12 8Χ 1012atoms/cm2。如圖2所示，由于ρ型半導體層202之上形成有數個分隔的掩膜層204，故于離子 注入程序206施行后于所形成的相分隔的數個η型摻雜區208之間分別存在有一未經η型 摻雜的P型條狀區210，其仍具有相同于ρ型半導體層202的摻雜特性與摻質濃度。在此， 此些掩膜層204分別具有介于0. 4 μ m 0. 8 μ m的寬度W且相鄰掩膜層204之間存在有介
6于0.4μπι 0.8μ m之間距P。如此可通過調整形成于ρ型半導體層202上的掩膜層204 數量、其寬度W以及相鄰掩膜層204之間距P而達到控制所形成的ρ型條狀區210的數量、 范圍與輪廓。請參照圖3，于移除形成于ρ型半導體層202上的掩膜層204 (請參見第2圖)之 后，接著施行一退火程序(未顯示)，以于1000 iioo°c的溫度下進行退火處理。因此， 于退火程序施行過后，于P型半導體層202表面便形成了一第一 η型摻雜區214以及環繞 此第一 η型摻雜區214側壁的一第二 η型摻雜區212，而第一 η型摻雜區214與第二 η型 摻雜區212的底面分別接觸了 ρ型半導體層202。在此，第二 η型摻雜區212內的摻質濃 度約介于2X IO16 8Χ 1016atoms/cm3，第一 η型摻雜區214內摻質濃度約介于4X IO15 2X1016atOmS/cm3，而第二 η型摻雜區212內的摻質濃度高于第一 η型摻雜區214內摻質濃 度，且先前的P型條狀區210于退火程序施行過后便不復存在。第一 η型摻雜區214與第 二 η型摻雜區212組成了蕭基二極管裝置的η型漂移區250。請繼續參照圖3，接著于η型漂移區250表面形成圖案化的一掩膜層216并分別 露出位于第一 η型摻雜區214兩側的第二 η型摻雜區212的一部分。接著采用掩膜層216 作為離子注入掩膜而施行一離子注入程序218，以于位于第一 η型摻雜區214兩側的第二 η型摻雜區212之內分別形成了一 ρ型摻雜區220。離子注入程序218是采用如硼的ρ型 摻質，其所采用的離子注入能量約介于40KeV 80KeV，而所注入ρ型摻質劑量則約介于 8 X IO13 5Χ 1014atoms/cm2。請參照圖4，接著于除去掩膜層216 (請參見圖3)之后，于η型漂移區250內的第 二 η型摻雜區212表面及其內形成兩分隔的隔離結構222，以于η型漂移區250表面定義 出此蕭基二極管裝置的陽極區260與陰極區270。在此，隔離結構222是繪示為已知的場 氧化物(filed oxide)且可為已知場氧化物工藝所形成，但并非加以限定本發明，隔離結構 222亦可采用其他型態的隔離結構。于形成隔離結構222時可同時對于先前形成的ρ型摻 雜區220 (請參見圖3)進行退火動作，并于隔離結構222形成后同時將的轉化成為鄰近并 包覆各隔離結構222的一邊角的ρ型摻雜區220。此ρ型摻雜區220亦部分延伸進入了第 一 η型摻雜區214之內。接著形成一圖案化的掩膜層224，以大體覆蓋了隔離結構222與 陽極區260并露出了陰極區270內的第二 η型摻雜區212的表面。接著進行一離子注入程 序226以于第二 η型摻雜區212表面形成了 η+摻雜區228以作為陰極接點之用。離子注 入程序226是采用磷與砷等η型摻質，其所采用的離子注入能量約介于40KeV 60KeV，而 所注入η型摻質劑量則約介于IX IO15 5Χ 1015atomS/Cm2。請參照圖5，于移除掩膜層224(見于圖4)之后，接著形成圖案化的層間介電層 230，其分別大體覆蓋了隔離結構222及鄰近隔離結構222的部分ρ型摻雜區220與η+摻雜 區228。于層間介電層230內形成有一開口 235與237，分別大體露出第一 η型摻雜區214 的整個表面以及部分的η+摻雜區228表面。請參照圖6，接著形成圖案化的電極層232與234，其中電極層232是設置于ρ型 摻雜區220與第一 η型摻雜區214之上且部分覆蓋鄰近的層間介電層230，而電極層234則 設置于η+摻雜區228之上且部分覆蓋鄰近的層間介電層234。電極232與234分別作為陽 極電極與陰極電極之用，其可采用如鈦、氮化鈦、鎢、鋁等金屬材料且可采用如沉積、研磨與 蝕刻等已知工藝所形成。
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如圖6所示，顯示了依據本發明的一實施例的蕭基二極管裝置，其主要包括一 ρ型半導體結構(例如ρ型半導體層202) ；— η型漂移區，設置于ρ型半導體 結構表面，其中η型漂移區包括摻質濃度相異的一第一 η型摻雜區(例如第一 η型摻雜區 214)以及一第二 η型摻雜區(例如第二 η型摻雜區212)，而第二 η型摻雜區是環繞所述第 一 η型摻雜區的側壁且具有較第一 η型摻雜區為高的摻質濃度；多個隔離結構(例如隔離 結構222)，設置于η型漂移區的第二 η型摻雜區內，以定義出一陽極區(例如陽極區260) 以及一陰極區(例如陰極區270)，其中所述陽極區露出第一 η型摻雜區的表面而陰極區部 分露出第二 η型摻雜區的表面；一第三η型摻雜區(例如η+摻雜區228)，設置于為所述陰 極區所部分露出的第二 η型摻雜區表面，其中第三η型摻雜區具有高于第二 η型摻雜區的 摻質濃度；一陽極電極(例如陽極電極232)，設置于陽極區內的所述第一 η型摻雜區之上； 以及一陰極電極(例如陰極電極234)，設置于陰極區內的所述第三η型摻雜區之上。于本實施例中，蕭基二極管裝置是包括了由摻質濃度相對較低的第一 η型摻雜區 214與摻質濃度相對較高的第二 η型摻雜區212所組成的一 η型漂移區250，其中第一 η型 摻雜區214是實體接觸了陽極電極232，基于其相對為低的η型摻質濃度，因而有助于提升 于陽極電極232與第一 η型摻雜區214間的金屬-半導體接面280處的逆向偏壓時的崩潰 電壓表現。另外，由于介于陽極區260與陰極區270間的第二 η型摻雜區212具有相對高 的η型摻質濃度，因而可改善蕭基二極管裝置的單位面積電流量。另外，參照圖2 圖6的制造流程，本發明的蕭基二極管裝置的制造方法是針對如 圖1所示的已知蕭基二極管裝置內用于形成η型漂移區104的光掩膜進行圖樣修正，即可 形成如第6圖所示的由兩種不同η型摻質濃度的η型摻雜區所組成的η型漂移區250，且不 會造成制造流程所需光掩膜數的增加，并可通過適度調整P型條狀區210的數量、寬度及ρ 型條狀區210間的間距而達成控制蕭基接面280下的η型摻質濃度的目的。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，任何熟習本領 域的一般技術人員，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 明的保護范圍當視權利要求范圍所界定為準。
權利要求
一種蕭基二極管裝置，其特征在于，所述裝置包括一p型半導體結構；一n型漂移區，設置于所述p型半導體結構表面，其中所述n型漂移區包括摻質濃度相異的一第一n型摻雜區以及一第二n型摻雜區而所述第二n型摻雜區是環繞所述第一n型摻雜區的側壁且具有較所述第一n型摻雜區為高的摻質濃度；多個隔離結構，設置于所述n型漂移區的所述第二n型摻雜區內，以定義出一陽極區以及一陰極區，其中所述陽極區露出所述第一n型摻雜區的表面而所述陰極區部分露出所述第二n型摻雜區的表面；一第三n型摻雜區，設置于為所述陰極區所部分露出的第二n型摻雜區表面，其中所述第三n型摻雜區具有高于所述第二n型摻雜區的摻質濃度；一陽極電極，設置于所述陽極區內的所述第一n型摻雜區之上；以及一陰極電極，設置于所述陰極區內的所述第三n型摻雜區之上。
2.如權利要求1所述的蕭基二極管裝置，其特征在于，所述第一η型摻雜區具有介 于4Χ IO15 2Χ 1016atomS/Cm3的摻質濃度，而所述第二 η型摻雜區具有介于2Χ IO16 8X1016atoms/cm3 的摻質濃度。
3.如權利要求1所述的蕭基二極管裝置，其特征在于，所述第一η型摻雜區與所述第二 η型摻雜區的底面接觸所述ρ型半導體結構。
4.如權利要求1所述的蕭基二極管裝置，其特征在于，所述裝置更包括一P型摻雜區， 設置于為所述陽極區所露出的所述第一 η型摻雜區與所述第二 η型摻雜區表面之內并包覆 所述這些隔離結構之一的邊角。
5.如權利要求4所述的蕭基二極管裝置，其特征在于，所述裝置更包括一層間介電層， 設置于所述這些隔離結構與所述陽極電極與陰極電極之間，所述層間介電層分別覆蓋所述 這些隔離結構及其鄰近的P型摻雜區及第三η型摻雜區的一部分。
6.如權利要求4所述的蕭基二極管裝置，其特征在于，所述陽極電極實體接觸所述ρ型 摻雜區與所述第一 η型摻雜區。
7.如權利要求1所述的蕭基二極管裝置，其特征在于，所述第三η型摻雜區具有介于 1 X IO17 5Χ 1017atoms/cm3 的摻質濃度。
8.一種蕭基二極管裝置的制造方法，其特征在于，所述方法包括 提供一 P型半導體層；形成一 η型漂移區于所述ρ型半導體層表面內，其中所述η型漂移區包括一第一 η型 摻雜區以及環繞所述第一 η型摻雜區的一第二 η型摻雜區，而所述第二 η型摻雜區具有高 于所述第一 η型摻雜區的摻質濃度；形成數個隔離結構于鄰近所述第一η型摻雜區的所述第二η型摻雜區之內，進而于所 述P型半導體層上定義出一陽極區與一陰極區，其中所述陽極區露出了所述第一 η型摻雜 區及鄰近所述第一 η型摻雜區的所述第二 η型摻雜區的一部分，而所述陰極區僅露出了所 述第二 η型摻雜區的另一部分；形成一第三η型摻雜區于所述陰極區所露出的所述第二 η型摻雜區之內；以及 于所述陽極區與陰極區內分別形成一陽極電極與一陰極電極，以分別實體接觸所述第 一 η型摻雜區與所述第三η型摻雜區。
9.如權利要求8所述的蕭基二極管裝置的制造方法，其特征在于，所述第一η型摻雜區 具有介于4 X IO15 2 X 1016atoms/cm3的摻質濃度，所述第二 η型摻雜區具有介于2 X IO16 8 X 1016atoms/cm3的摻質濃度，而所述第三η型摻雜區具有介于1 X IO17 5 X 1017atoms/cm3 的摻質濃度。
10.如權利要求8所述的蕭基二極管裝置的制造方法，其特征在于，形成所述η型漂移 區于所述P型半導體層表面內包括于所述P型半導體層上形成多個分隔的第一掩膜層；施行一第一離子注入程序，采用所述這些第一掩膜層作為注入掩膜，于所述P型半導 體層內形成多個分隔的第四η型摻雜區以及位于所述這些第四η型摻雜區間的多個P型條 狀區；移除所述這些第一掩膜層；以及施行一第一退火程序，以于所述P型半導體層內形成所述第一 η型摻雜區以及環繞所 述第一 η型摻雜區的所述第二 η型摻雜區，藉以組成所述η型漂移區。
11.如權利要求10所述的蕭基二極管裝置的制造方法，其特征在于，所述這些ρ型條 狀區具有介于0. 4 μ m 0. 8 μ m的寬度以及所述這些ρ型條狀區之間具有介于0. 4 μ m 0. 8μπι的間距。
12.如權利要求8所述的蕭基二極管裝置的制造方法，其特征在于，形成所述這些隔離 結構之前，更包括形成一第一掩膜層，部分露出鄰近所述第一 η型摻雜區的所述第二 η型摻雜區的一部 分；以及施行一第一離子注入程序，采用所述第一掩膜層作為注入掩膜，以于鄰近所述第一 η 型摻雜區的所述第二 η型摻雜區的表面形成一 ρ型摻雜區。
13.如權利要求12所述的蕭基二極管裝置的制造方法，其特征在于，于形成所述這些 隔離結構時更包括同時將所述P型摻雜區轉變成為位于所述第一 η型摻雜區與所述第二 η型摻雜區連結 處的一 P型保護環，以包覆所述這些隔離結構的一邊角。
全文摘要
本發明提供一種蕭基二極管裝置及其制造方法，所述蕭基二極管裝置包括一p型半導體結構；一n型漂移區，設置于所述p型半導體結構表面，包括摻質濃度相異的一第一n型摻雜區以及一第二n型摻雜區，而所述第二n型摻雜區具有較所述第一n型摻雜區為高的摻質濃度；多個隔離結構，設置于所述第二n型摻雜區內，以定義出一陽極區以及一陰極區；一第三n型摻雜區，設置于為所述陰極區所部分露出的所述第二n型摻雜區表面；一陽極電極，設置于所述陽極區內的所述第一n型摻雜區之上；以及一陰極電極，設置于所述陰極區內的所述第三n型摻雜區之上。本發明提供了一種蕭基二極管裝置及其制造方法，以改善其崩潰電壓與單位面積電流等電性表現。
文檔編號H01L21/329GK101901840SQ20091020312
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者白煌朗, 蔡宏圣 申請人:世界先進積體電路股份有限公司