專利名稱：具有高反向阻斷性能肖特基二極管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是肖特基二極管及其制造方法，尤其涉及的是提高反向阻斷特性的肖特基二極管及其制造方法。
背景技術：
肖特基二極管是一種大電流、超高速、低功耗整流型半導體器件，是高頻、低壓、大電流整流、續流和開關保護的理想器件，功率電子器件逐步向高頻技術領域發展也推動了肖特基二極管技術在降低功耗和提高效率等方面的技術發展。它是利用金屬與半導體接觸面的表面勢壘產生整流特性的金屬-半導體結原理制作而成的半導體器件，與PN結半導體器件不同的是肖特基二極管相對于以少數載流子導電的PN結器件具有更快的反應速度， 反向恢復時間極短，可以短到幾納秒；肖特基二極管的勢壘高度比硅PN結的內建電勢低， 正向開啟電壓較小，正向I-V曲線較隨，正向導通壓降僅0. 4V左右，而整流電流卻可達到幾十安培，適宜在低壓、大電流線路中工作。其低壓降的特點，能提高低壓、大電流整流電路的效率，是高頻和快速開關的理想器件。但不能應用于高壓電路中，其技術原因在于由肖特基二極管I-V特性可知，肖特基二極管反向飽和電流是肖特基勢壘高度和工作溫度的函數，具有指數變化關系，當勢壘高度下降時，飽和電流密度增加，溫度上升時，飽和電流密度也隨之增加，器件反向阻斷特性下降。肖特基二極管半導體管芯結構為重摻雜硅晶襯底上形成輕摻雜外延層，輕摻雜外延層為漂移區，由Ti、Ni、Mo、Cr、Pt等金屬材料中之一與輕摻雜外延層形成肖特基勢壘接觸，并且為改善反向特性并緩和邊緣電場集中，在肖特基勢壘周圍增設有一 P型保護環， 頂部和背面分別制有金屬層引出電極。肖特基二極管的半導體區承受反向阻斷需采用輕摻雜和厚漂移區結構，若要獲得高阻斷能力，目前的處理技術只有增加漂移區厚度和電阻率，但這樣會使漂移區等效串聯電阻隨反向擊穿電壓增大而呈平方關系迅速加大，正向壓降也隨之大幅增加，反向阻斷特性變軟，導致反向漏電流較大，因此會嚴格限制肖特基二極管在高阻斷電壓環境下的應用。由于反向阻斷電壓的增加還受肖特基勢壘變低的影響，致使反向阻斷特性變差，阻斷電壓低、反向漏電流不飽和，所以一般肖特基二極管的反向阻斷電壓只能做到100V以內，不能應用于更高達到200V反向阻斷電壓的高壓電路中去。
發明內容本實用新型的發明目的在于提供一種在提高反向阻斷性能的同時保持或甚至改善反向恢復時間以及反向漏電流等技術指標的具有高反向阻斷性能肖特基二極管。本實用新型提供的具有高反向阻斷性能肖特基二極管之技術方案，其主要技術內容是一種具有高反向阻斷性能肖特基二極管，其管芯構造組成包括重摻雜硅晶襯底，重摻雜硅晶襯底上形成作為漂移區的輕摻雜外延層，漂移區內制有P型結構區，P型結構區是由P型環和均勻間隔分布于P型環內外延層的P型點陣構成，P型環內的外延層表面具有肖特基勢壘接觸的金屬層，P型結構區表面具有歐姆金屬接觸的金屬層，管芯上、下表面制作引出電極，P型環外緣設有鈍化層。本實用新型公開的具有高反向阻斷性能肖特基二極管，在原外延層有源區增加設置P型點陣，將肖特基勢壘有源區分割為點陣結構，本成品器件反向應用時，其PN結形成的耗盡區會隨反向電壓的增加而逐漸向溝道區擴散，直至耗盡區連通，并隨反向電壓的再增加而向襯底方向擴展，如圖5所示，在溝道區形成一個有效勢壘，將肖特基勢壘區有效屏蔽，從而避免了肖特基勢壘降低效應的發生，反向漏電流大幅度降低；只要P型點陣之間的間距足夠小，就可在肖特基結下面得到完整的勢壘，漂移區因此有很高的電阻，就能夠承擔更高的反向阻斷電壓。所以本技術方案實現了提高反向阻斷電壓的技術目的，其反向阻斷電壓可以達到200V及200V以上規格，開拓了本新型肖特基二極管器件的技術應用領域， 如一些新興家用電器，如臺式電腦、筆記本電腦、游戲機、LCD TV等電源技術方向的巨大發展前景。同時本新型肖特基二極管克服了反向阻斷特性變軟的技術問題，還具有更佳的其它技術性能指標①、保持原有的快速反向恢復時間短的特性；②、正向電壓低，提高器件功效，開關工作狀態損耗低，成品器件工作中的發熱量低，實現了無噪聲運行技術目的； ③、高溫環境工作狀態下仍保持優異的反向恢復時間，如150°C溫度下的反向恢復時間為 <30ns。本新型肖特基二極管具有高穩定性，提高了其在電路中的工作效率。并具有減小和消除電路系統噪聲的優勢，降低EMI濾波器的使用，從而簡化系統設計，提高電路效率， 為日益增長的具有200-250V反向阻斷電壓的電路應用，如等離子電視驅動電路、汽車車體電子裝置和計算機電源等，提供了更高性價比的器件。在高頻率開關和輕負載工作條件下提升整個電路系統效率，有助于降低電源轉換系統成本。
圖1是現有肖特基二極管管芯剖面結構圖圖2是圖1的俯視向的顯示管芯結構的結構圖圖3為本肖特基二極管管芯剖面結構圖圖4是圖3的俯視向的顯示管芯結構的結構圖圖5是本肖特基二極管的反向阻斷工作時狀態圖。
具體實施方式
本實用新型公開的具有高反向阻斷性能肖特基二極管，其管芯構造如圖3和圖4 所示，其組成包括重摻雜硅晶襯底5，重摻雜硅晶襯底5上外延生長作為漂移區的摻P或AS 的輕摻雜外延層4，向輕摻雜外延層離子注入制成的P型結構區，和上、下引出電極1、6。其中的P型結構區由P型環3和均勻間隔分布于P型環3內外延層的P型點陣7構成，P型點陣的各相鄰P型點最近處之間的間距為5-lOum范圍，P型環3內的外延層表面具有肖特基勢壘接觸的金屬層8，P型結構區表面具有歐姆金屬接觸，P型環3外緣設有鈍化層2。下面是以具體的實施例來說明本具有高反向阻斷性能肖特基二極管的制造方法， 本技術闡述文字中所提及的某些技術參數值，如硅晶片電阻率、摻雜濃度是常規技術指標中之一，本技術領域技術人員可以根據實際產品技術要求指標去常規設定選擇。本制造方法為選擇N型重摻雜有AS的硅晶襯底5，其材料電阻率范圍為 0. 002-0. 004 Ω cm,經外延工藝在硅晶襯底5上生長摻雜P或AS的N型輕摻雜外延層4，其摻雜濃度為5. 0 X IO15Cm-3,再采取氧化及光刻工藝手段，在輕摻雜外延層4的有源區表面分割出包括P型環3和P型環內的P型點陣7的P型結構區窗口，由離子注入工藝手段完成摻雜濃度為1. OX 102°cm_3的P型結構區，即構成PN結，其后在P型區3禾Π 7內的表面采用濺射或蒸發工藝制得接觸形成優良歐姆接觸第一次金屬層9，其金屬材料選用Ti、Al、M或者含Ti、Al、Ni的合金，其厚度最好控制為0. 5um,在該金屬層上以光刻工藝對應于外延層4 部分制得與有源區相對應的窗口，采用濺射或蒸發工藝制得與N型有源區肖特基接觸的第二次金屬層8，構成肖特基結，其金屬材料選用Mo、Ti、Ni等金屬，其厚度仍為0. 5um,最后在上表面和背面分別采用Al或Ti、Ni和Ag的三層合金制成引出電極1、6。本三次金屬化工藝是為了得到更好的歐姆接觸率。本實用新型的具有高反向阻斷性能肖特基二極管與同參數型號的原管芯結構的肖特基二極管相比較，其對比內容請見下表
原傳統結構本發明結構結構 特占近似理想的正向和反向I-V特性反向恢復時間短正向開啟電壓小缺點 反向阻斷特性差，阻斷電壓較低、反向漏電流不飽和，漏電流較大，一般最高只能做到100 V以內近似理想的正向和反向I-V特性反向恢復時間短正向開啟電壓小漂移區有很高的電阻，可以承擔很高的反向阻斷電壓 200V或200V以上高電壓下仍然具有很小的漏電流應用 領域100V以下低壓產品高頻和快速開關應用200 V或者200V以上產品高壓電源系統產 P m 范例名稱MBR2040CT 正向工作電流 If IOA 正向壓降 Vf 0. 55V 反向阻斷電壓Vr 40V 反向漏電流 Ir IOOuA 浪涌電流能力 i 150a 工作結溫 T1 150 0C 反向恢復時間 ts 35 ns名稱MBR20200CT 正向工作電流 If IOA 正向壓降 vf 0.85v 反向阻斷電壓Vr 200V 反向漏電流 ir IOua 浪涌電流能力 i 150a 工作結溫 T1 150 0C 反向恢復時間 ts ^30 ns由上技術性能對比表可知，本技術方案的肖特基二極管與已有產品結構的肖特基二極管相比較，本技術方案的肖特基二極管在反向阻斷電壓、反向漏電流和反向恢復時間技術指標值都較現有產品有大幅度提高，同時其它的如正向工作電源、浪涌電流能力、工作結溫等技術指標都沒有因反向阻斷能力的提高而犧牲下降，尤其是反向恢復時間、特別是高溫下的反向恢復時間以及噪聲容量等還都得到了提升。本新型肖特基二極管成品器件反向應用時，如圖5所示，其PN結形成的耗盡區10會隨反向電壓的增加而逐漸向溝道區擴散，直至各耗盡區相互連通，而且耗盡區10隨反向電壓的再增加面向襯底方向擴展，在溝道區形成一個有效勢壘，將肖特基勢壘區有效屏蔽， 從而避免了肖特基勢壘降低效應的發生，反向漏電流大幅度降低；因此只要P型點陣之間的間距足夠小，最好P型點陣的各相鄰P型點最近處之間的間距控制為5-lOum范圍，從而反向阻斷工作中在肖特基結下面得到完整的勢壘，漂移區因此具有很高的電阻，能夠承擔更高的反向阻斷電壓。實現了提高反向阻斷電壓的技術目的，其反向阻斷電壓可以達到 200V及200V以上至250V指標規格。
權利要求1.一種具有高反向阻斷性能肖特基二極管，其管芯構造組成包括重摻雜硅晶襯底 (5)，重摻雜硅晶襯底上形成作為漂移區的輕摻雜外延層，漂移區內制有P型結構區，其特征在于P型結構區是由P型環(3)和均勻間隔分布于P型環內外延層的P型點陣(7)構成，P型環內的外延層表面具有肖特基勢壘接觸的金屬層(8)，P型結構區表面具有歐姆金屬接觸的金屬層(9)，管芯上、下表面制作引出電極，P型環外緣設有鈍化層O)。
2.根據權利要求1所述的具有高反向阻斷性能肖特基二極管，其特征在于P型點陣的各相鄰P型點最近處之間的間距為5-10um。
3.根據權利要求1所述的具有高反向阻斷性能肖特基二極管，其特征在于肖特基接觸金屬層(8)為0. 5um。
4.根據權利要求1所述的具有高反向阻斷性能肖特基二極管，其特征在于歐姆接觸的金屬層(9)厚度為0. 5um。
專利摘要本實用新型提供的是具有高反向阻斷性能肖特基二極管。本肖特基二極管管芯構造特點是在漂移區的輕摻雜外延層制有由P型環和均勻間隔分布于P型環內外延層的P型點陣構成的P型結構區，P型環內的外延層表面具有肖特基勢壘接觸金屬層，P型結構區表面具有歐姆金屬接觸。本器件反向應用時，PN結耗盡區會隨反向電壓的增加逐漸向溝道區擴散，直至耗盡區連通，并隨反向電壓的再增加而向襯底方向擴展，在溝道區形成一個有效勢壘，將肖特基勢壘區有效屏蔽，提高了其反向阻斷能力，其反向阻斷電壓可以達到200V及200V以上規格，而且還具有更佳的反向恢復時間、反向漏電流等技術指標性能，開關工作損耗低、無噪音。
文檔編號H01L29/06GK202307905SQ201120434648
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者張子剛, 楊建勛 申請人:丹東安順微電子有限公司