表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法
2023-05-14 03:56:16 2
專利名稱：表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種肖特基二極體晶片的製造方法，特別是指一種可減少逆向漏電流 的表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法。
背景技術：
肖特基二極體也稱為金屬一半導體接觸二極體或表面勢壘二極體，是近年來問世 的低功耗、大電流、適用於高頻整流應用的超高速半導體器件。其反向恢復時間極短，可以 小到幾納秒，正嚮導通壓降僅0. 4V左右，而整流電流卻可達到幾千毫安，這些優良特性是 快恢復二極體所無法比擬的。肖特基二極體的核心器件是肖特基二極體晶片，晶片經過封 裝形成各種外觀尺寸的肖特基二極體產品。基本的肖特基二極體晶片由半導體基板，通常為N型及位於基板上的金屬層所組 成，半導體基板中的自由電子能階低，在沒有偏壓的情況下，半導體基板中的電子無法躍遷 至高能階的金屬層中，產生電流，而因為金屬層中沒有少數載子，所以無電荷儲存，逆向恢 復的時間短，肖特基勢壘層越小，順向電壓值就可越小，然而，在肖特基勢壘層不夠大的情 形下施加逆向電壓，肖特基二極體的逆向漏電流高，此為肖特基二極體的最大缺點。為了改善肖特基二極體的最大缺點，參考圖4所示，現有的肖特基二極體晶片的 製造方法如下
先在一半導體基板7上沉積一層低摻雜的半導體層8，再以蝕刻產生溝槽80，並在溝槽 80的內壁沉積一氧化層9，最後再覆蓋金屬層10。在這種結構下，施加逆向電壓時，負電荷 可累積在氧化層9，產生表面電場屏蔽作用，限制電流導通，雖然比之前無氧化物工藝製成 的肖特基二極體，漏電流有降低，但效果還不明顯；為了更有效地達到電場屏蔽的效果，必 須增加溝槽80的深度，然而卻無法顧及電流導通的有效面積，而且溝槽80深度與寬度比過 大會造成晶片製作工藝上的問題，例如晶片易彎曲、碎裂進而導致可靠性不高等品質問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的制 造方法，改善肖特基二極體逆向漏電流過大的問題，且製作方法較容易。本發明的發明內容，表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法，包含以下步 驟
第一步、N型半導體材料摻雜形成基板；
第二步、限流層以間隔方式形成在該基板表面，相鄰限流層的間形成間隙； 第三步、磊晶半導體層填滿各限流層之間的間隙且覆蓋於部分限流層的表面，該磊晶 層之間形成有溝槽，各溝槽向下延伸至未被磊晶層覆蓋的限流層的頂部； 第四步、介電層覆蓋於磊晶半導體層的表面；
第五步、金屬層延伸覆蓋於介電層表面，且填充於溝槽內部，於溝槽內部的該金屬層與 磊晶半導體層側壁的間形成肖特基接觸。
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其中，該基板及磊晶半導體層為N型半導體。其中，該限流層為氧化物層或P型半導體層。其中，介電層為氧化層。有益效果因為介電層具有介電性質，當施加逆向偏壓時，電荷會累積在介電層 中，因此磊晶半導體層臨近介電層處形成一靜電場，在此靜電場作用下發生電場屏蔽效應， 進而降低逆向漏電流。
圖1是本發明表面電場屏蔽式肖特基二極體的剖面示意圖； 圖2是本發明表面電場屏蔽式肖特基二極體在順向電壓下的操作示意圖； 圖3是本發明表面電場屏蔽式肖特基二極體在逆向電壓下的操作示意圖； 圖4是常用肖特基二極體的剖面示意圖。圖中1一基板、2—限流層、3—幕晶半導體層、4一介電層、5—金屬層、 6—靜電場、7—半導體基板、8—半導體層、9一氧化物層、10—金屬層、
20—間隙、30—溝槽、80—溝槽。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。此表面電場屏蔽式肖特基二極體包含一基板1、一限流層2、一磊晶半導體層3、一 介電層4及一金屬層5。第一步、N型半導體材料摻雜形成基板。參考圖1，基板1為N型半導體材料形成，例如矽、鍺，並摻雜有五價離子，例如砷、 磷，因此在N型半導體基板1中形成多餘的自由電子。第二步、限流層以間隔方式形成在該基板表面，相鄰限流層的間形成間隙； 限流層2以間隔方式形成在基板1表面，相鄰的限流層2之間形成間隙20，該限流層2
可為一氧化物層或一 P型半導體層，以限制電子流可流動的路徑。第三步、磊晶半導體層填滿各限流層之間的間隙且覆蓋於部分限流層的表面，該 磊晶層之間形成有溝槽，各溝槽向下延伸至未被磊晶層覆蓋的限流層的頂部；
磊晶半導體層3是以與基板1相同導電體的材料構成，為N型半導體材料形成，填滿於 該限流層2之間的間隙20，並覆蓋於部分限流層2表面，該磊晶半導體層3形成溝槽30，各 溝槽30向下延伸至未被磊晶層覆蓋的限流層的頂部。該磊晶半導體層3為半導體材料， 例如矽、鍺，並摻雜有五價離子，例如砷、磷，且其摻雜物的濃度小於該基板1中摻雜物的濃 度。第四步、介電層覆蓋於磊晶半導體層的表面； 介電層4為氧化層，覆蓋於磊晶半導體層3的表面。第五步、金屬層延伸覆蓋於介電層表面，且填充於溝槽內部，於溝槽內部的該金屬 層與磊晶半導體層側壁的間形成肖特基接觸。金屬層5填於溝槽30內且覆蓋於介電層4的上，該金屬層5與磊晶半導體層3側 壁的間形成肖特基接觸。本發明的表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片，在無偏壓的情況下，基板1及磊晶 半導體層3中的載流子無法躍遷至自由電子能階較高的金屬層5中。
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如圖2所示，當施加順向偏壓時，N型半導體基板1中的自由電子獲得能量而可躍 遷到高能階的金屬層5中，產生電流，電子流由N型半導體基板1通過限流層2的間的間隙 20，進入N型磊晶半導體層3，再克服金屬層5與N型磊晶半導體層3側壁的間的肖特基勢 壘層而導通。如圖3所示，當施加逆向偏壓時，自金屬層5中游離的電荷會累積在介電層4上， 因此在接近介電層4的N型磊晶半導體層3中形成一靜電場6，產生屏蔽作用，排斥金屬層 5中的游離自由電子，進而減少逆向漏電流的產生。綜合上述說明可得知，本發明由於介電層4的設計，因介電層具有介電性質，當施 加逆向偏壓時，電荷會累積在介電層中，因此磊晶半導體層臨近介電層處形成一靜電場6， 在此靜電場作用下發生電場屏蔽效應，排斥自由電子，進而降低逆向漏電流，使得肖特基二 極管的漏電流偏大缺點獲得改善，進而使肖特基二極體能做更廣泛的應用。
權利要求
1.一種表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法，其特徵在於，包含以下步驟第一步、N型半導體摻雜形成基板；第二步、限流層以間隔方式形成在該基板表面，相鄰限流層的間形成間隙； 第三步、磊晶半導體層填滿各限流層之間的間隙且覆蓋於部分限流層的表面，該磊晶 層之間形成有溝槽，各溝槽向下延伸至未被磊晶層覆蓋的限流層的頂部； 第四步、介電層覆蓋於磊晶半導體層的表面； 第五步、金屬層延伸覆蓋於介電層表面，且填充於溝槽內部，於溝槽內部的該金屬層與 磊晶半導體層側壁的間形成肖特基接觸。
2.根據權利要求1所述的表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法，其特徵在 於所述基板及磊晶半導體層為N型半導體。
3.根據權利要求1所述的表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法，其特徵在 於所述限流層為氧化物層或P型半導體層。
4.根據權利要求1所述的表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法，其特徵在 於所述介電層為氧化層。
全文摘要
本發明公開了一種表面電場屏蔽式肖特基二極體晶片的製造方法，包含以下步驟第一步，N型半導體材料摻雜形成基板；第二步，限流層以間隔方式形成在該基板表面，相鄰限流層的間形成間隙；第三步，磊晶半導體層填滿各限流層之間的間隙且覆蓋於部分限流層的表面，該磊晶層之間形成有溝槽，各溝槽向下延伸至未被磊晶層覆蓋的限流層的頂部；第四步，介電層覆蓋於磊晶半導體層的表面；第五步，金屬層延伸覆蓋於介電層表面，且填充於溝槽內部，於溝槽內部的該金屬層與磊晶半導體層側壁的間形成肖特基接觸。在此靜電場作用下發生電場屏蔽效應，進而降低逆向漏電流。
文檔編號H01L29/872GK102129989SQ20111004298
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者林加斌, 許資彬 申請人:強茂電子(無錫)有限公司