可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構的製作方法

2024-03-26 20:23:05 4

專利名稱：可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構的製作方法
技術領域：
本發明關於一種二極體，尤指一種可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基
二極體結構。
背景技術：
請參考圖6所示，圖中所示特性曲線A為一般P-N接面的二極體，另一曲線B為一 般蕭特基二極體的特性曲線。其中，當施加在二極體的電流為順向電流時，可看出P-N接面 二極體在順嚮導電流小的範圍其順向壓降高於蕭特基二極體的順向壓降，惟一般的P-N接 面二極體當施加在其元件的順向電流增大後，其元件隨著每增加的單位電流所提高的順向 壓降會小於蕭特基二極體每增加單位電流所提高的順向壓降，蕭特基二極體在大順向電流 的工作區域時，其順向壓降的變化類似電阻特性，將會快速增加，故遠比P-N接面二極體的 順向壓降高，若能障高度(barrier height)越低則此現象將會越明顯。如圖6所示，P-N接 面二極體和蕭特基二極體的順向壓降會在電流區域有交叉的點出現。相較於P-N接面二極 管，蕭特基二極體的順嚮導通電壓較低且反向恢復時間小，可應用於高速操作，所以常被應 用於高頻率的整流。以另一個角度來看，當施加逆向電壓時，可發現蕭特基二極體的逆向漏電流明顯 高於P-N接面二極體，此為蕭特基二極體的缺點，惟目前缺乏在高電流密度或低電流密度 所產生的順向壓降都要很低的情況下都能保有高速操作優勢，並在逆向電壓下減少逆向漏 電流的蕭特基二極體。

發明內容
有鑑於目前蕭特基二極體面臨逆向操作電壓時，往往產生較大的漏電流而限制了 其應用領域，且在正向電流負載時，沒有辦法同時在高電流密度及低電流密度都能具備相 對低的正向壓降的優勢，本發明的主要目的提供一種能在順向電流下保有高速操作、低順 向壓降的優勢，並在逆向電流時抑制漏電流的蕭特基二極體。為達成前述目的，本發明可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結 構包含有一第一導電性材料半導體基板，於內部形成一環形保護環，該保護環圍繞的區域 為一動作區，在動作區內部形成多個呈點狀分布的第二導電性材料區域以在第一導電性材 料半導體基板內部產生空乏區；—氧化層，覆蓋於該第一導電性材料半導基板表面；一金屬層，覆蓋於該氧化層及第一導電性材料半導體基板的動作區，該金屬層與 第一導電性材料半導體基板之間形成蕭特基接觸。其中，該多個第二導電性材料區域可呈矩陣式的點狀排列或呈交錯式的點狀排 列。由上述結構，前述第二導電性材料區域因為是由摻雜高濃度的三價材料，使該處成為第二導電性材料半導體，因此在第二導電性材料區域與第一導電性材料半導體基板兩 者接面處將形成空乏區(cbpletion region)，該些空乏區可在蕭特基二極體操作於逆向電 壓時減少其漏電面積，故而降低逆向漏電流及順向壓降，達到了有益的技術效果。


圖1為本發明第一實施例的平面示意圖；圖2為本發明第一實施例的剖面示意圖；圖3為本發明第二實施例的平面示意圖；圖4為本發明第二實施例的局部平面放大圖；圖5為本發明的電壓-電流特性曲線圖；圖6為常用P-N接面二極體及蕭特基二極體的電壓-電流特性曲線圖。附圖標記說明10-第一導電性材料半導體基板；12-保護環；14-第二導電性材料區域；16-空乏 區；20-氧化層；30-金屬層；40-等邊三角形。
具體實施例方式本發明蕭特基二極體結構中具有半導體材料，在以下說明中以「第一導電性材料」 及「第二導電性材料」加以描述，其中，若第一導電性材料為P型半導體材料，則第二導電性 材料則為N型半導體材料；反之，若第一導電性材料為N型半導體材料，則第二導電性材料 指P型半導體材料。請參考圖1、2所示，為本發明第一實施例的平面示意圖及其剖面示意圖，包含有一第一導電性材料半導體基板10，由第一導電性材料半導體材料所構成的基板， 例如以砷、磷等五價材料可形成N型基板，於該第一導電性材料半導體基板10的周緣形成 一環形的保護環12，該保護環12為第二導電性材料並形成於第一導電性材料半導體基板 10內，該保護環12圍繞的區域定義為動作區(activearea)，第一導電性材料半導體基板10 在此動作區內部形成多個第二導電性材料區域14，該第二導電性材料區域14可呈點狀排 列，於本實施例中，該多個第二導電性材料區域14呈現點狀的矩陣規則排列，在本實施例 中，第一導電性材料為N型材料，而第二導電性材料為P型材料；一氧化層20，覆蓋於該第一導電性材料半導體基板10表面的環形結構，該氧化層 20覆蓋在部分的保護環12上方；一金屬層30，覆蓋於該氧化層20及第一導電性材料半導體基板10的動作區，該金 屬層30與第一導電性材料半導體基板10之間形成蕭特基接觸。其中，前述形成在該第一導電性材料半導體基板10內部的第二導電性材料區域 14，例如由摻雜高濃度的三價或五價離子可分別使該處成為P型或N型半導體，因此在第二 導電性材料區域14與第一導電性材料半導體基板10兩者接面處，因電子與電洞結合將在 第一導電性材料半導體基板10內形成空乏區(cbpletionregionUe。由前述高密度分布 的第二導電性材料區域14，在第一導電性材料半導體基板10內可產生大範圍的空乏區16， 而該些空乏區則可在蕭特基二極體操作於逆向電壓時減少其漏電面積，由此降低逆向漏電 流。
請參考圖5所示，為本發明蕭特基二極體的電壓-電流特性曲線圖，當施加逆向電 流在本發明的蕭特基二極體時，由於有空乏區的存在，因此蕭特基二極體的漏電情形可明 顯改善。當施加的順向電流在小電流範圍時，具有蕭特基二極體低順向壓降的操作優勢，隨 著順向電流的提高而進入大電流操作區域，相較於一般的蕭特基二極體，本發明的順向壓 降並不會快速地提高，因此本發明在高電流及低電流的情形下，都能具備相對低的順向壓 降。請參考圖3、4所示，為本發明第二實施例，此實施例在第一導電性材料半導體基 板10內部也是形成點狀分布的第二導電性材料區域14，惟該第二導電性材料區域14並不 是呈矩陣規則排列，而是呈現交錯排列，即任一行或列上的第二導電性材料區域14與相鄰 行或列的第二導電性材料區域14互為錯開。若取任一個第二導電性材料區域14為基準點 及與其相鄰的兩個第二導電性材料區域14，三者可排列成一等邊三角形40的幾何形狀，此 種排列方式可使所產生的空乏區16能涵蓋更多面積的動作區而提高抑制逆向漏電流的能 力，即相鄰空乏區16之間的間隙能有效減少。綜上所述，本發明由在第一導電性材料半導體基板內部形成第二導電性材料區域 後，可在接面處形成空乏區而抑制逆向漏電流，讓蕭特基二極體的電氣特性獲得改善，使二 極管能更廣泛應用在其它領域。以上對本發明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業技術人員理解，在權利要 求限定的精神與範圍之內可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發明的 保護範圍內。
權利要求
1. 一種可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構，其特徵在於，包含有一第一導電性材料半導體基板，於內部形成一環形的保護環，該保護環圍繞的區域一 為動作區，在動作區內部形成多個呈點狀排列的第二導電性材料區域以在第一導電性材料 半導體基板內部產生空乏區；一氧化層，覆蓋於該第一導電性材料半導基板表面；一金屬層，覆蓋於該氧化層及第一導電性材料半導體基板的動作區，該金屬層與第一 導電性材料半導體基板之間形成蕭特基接觸。
2.如權利要求1所述可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構，其特 徵在於，該多個第二導電性材料區域呈矩陣式的點狀排列。
3.如權利要求1所述可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構，其特 徵在於，該多個第二導電性材料區域呈交錯式的點狀排列。
4.如權利要求3所述可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構，其 特徵在於，當取任一個第二導電性材料區域為基準點及與其相鄰的兩個第二導電性材料區 域，三者排列成一等邊三角形。
5.如權利要求1至4任一項所述可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體 結構，其特徵在於，該保護環由第二導電性材料半導體材料構成。
6.如權利要求5所述可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構，其特 徵在於，該第一導電性材料為N型半導體材料，該第二導電性材料為P型半導體材料。
7.如權利要求5所述可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構，其特 徵在於，該第一導電性材料為P型半導體材料，該第二導電性材料為N型半導體材料。
全文摘要
本發明一種可減少逆向漏電流及具有低順向壓降的蕭特基二極體結構，具有一第一導電性材料半導體基板及與其結合的一金屬層，在第一導電性材料半導體基板與金屬層結合的周緣具有一氧化層，其中，該第一導電性材料半導體基板於鄰接金屬層的表面內部形成有多個呈點狀排列的第二導電性材料區域，該第二導電性材料區域可在第一導電性材料半導體基板內形成空乏區，由此空乏區能減少蕭特基二極體的漏電面積，進而降低其逆向漏電流及順向壓降；前述第一導電性材料為P型半導體時，第二導電性材料即為N型半導體，反之，第一導電性材料為N型半導體時，第二導電性材料即為P型半導體。
文檔編號H01L29/06GK102097494SQ20091025432
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者沈宜蓁, 王凱瑩, 童鈞彥, 翁宏達, 陳坤賢 申請人:璟茂科技股份有限公司