專利名稱：一種n-p互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體二極管器件，具體涉及一種N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
肖特基二極管是基于半導(dǎo)體物理金屬-半導(dǎo)體接觸理論發(fā)展出來的一種雙端半 導(dǎo)體器件。肖特基二極管正向壓降低、反向恢復(fù)時(shí)間短、開關(guān)速度快、噪聲系數(shù)小、串聯(lián)電阻 小，有良好的高頻特性和開關(guān)特性，利用肖特基二極管的非線性電阻，還可以作為微波混頻 器用；作為變?nèi)荻O管可以應(yīng)用于參量放大器；在超高速邏輯電路中可以用其作為快速鉗 位二極管；肖特基二極管廣泛應(yīng)用于各種高頻、微波及高速電路中，肖特基二極管還特別適 用于開關(guān)電源。由于開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，所以是取代傳統(tǒng)電源的理想選擇，開 關(guān)電源廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、雷達(dá)、電視機(jī)、通訊發(fā)射與接收機(jī)、航天器、儀器儀表等方面。圖1為現(xiàn)有肖特基二極管結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體襯底101上，輕摻雜的阱區(qū)102與金屬電 極103直接接觸形成金屬_半導(dǎo)體接觸的肖特基結(jié)，其肖特基勢壘通常是通過鋁等金屬材 料與半導(dǎo)體接觸形成的，通過這種方式形成的肖特基結(jié)處于半導(dǎo)體的表面，所以半導(dǎo)體表 面存在的大量的表面態(tài)使得肖特基結(jié)的特性不穩(wěn)定，另外，多數(shù)導(dǎo)電良好的金屬材料容易 發(fā)生氧化反應(yīng)，這也嚴(yán)重影響了肖特基結(jié)的特性，具有較高的輸出功耗。作為改進(jìn)技術(shù)，中國專利200910195418. 1提供了一肖特基二極管結(jié)構(gòu)，采用金屬 硅化物與硅半導(dǎo)體輕摻雜阱區(qū)直接接觸形成肖特基結(jié)，并通過擴(kuò)散阻擋層和金屬電極引出 層與外界電極連接，克服了金屬材料氧化物對(duì)肖特基結(jié)特性的影響，從而提高肖特基二極 管性能。然而，該技術(shù)方案僅對(duì)N型肖特基二極管的性能改善有效，對(duì)于P型肖特基二極管 而言，金屬硅化物的引入，反而會(huì)影響其正向和反向特性，造成高功耗，影響肖特基二極管 的性能。在現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)中，由于受到加工工藝的限制，位于同一半導(dǎo)體襯底上的N型 肖特基二極管和P型肖特基二極管通常均包含金屬硅化物層，或均不包含金屬硅化物層， 對(duì)于N-P互補(bǔ)肖特基二極管而言，這嚴(yán)重影響了其整體性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種低功耗、超高頻、降 低肖特基勢壘的正向壓降和反向漏電流、具有較低輸出功耗的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié) 構(gòu)，使其輸出性能得到最大優(yōu)化。。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的N-P肖特基二極管結(jié)構(gòu)包括至少一 N型肖特 基二極管和至少一 P型肖特基二極管，其中N型肖特基二極管和P型肖特基二極管位于同 一半導(dǎo)體襯底上；N型肖特基二極管包括N型輕摻雜阱區(qū)、金屬硅化物、擴(kuò)散阻擋層和金屬 電極引出層，其中，N型輕摻雜阱區(qū)位于半導(dǎo)體襯底中，金屬硅化物與N型輕摻雜阱區(qū)直接 接觸形成肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻擋層和金屬電極引出層依次覆蓋在金屬硅化物表面；而P型肖特基二極管則包括P型輕摻雜阱區(qū)和金屬電極弓丨出層，其中，P型輕摻雜阱區(qū)位于半導(dǎo)體襯底中，金屬電極弓丨出層與P型輕摻雜阱區(qū)接觸形成肖特基結(jié)。本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，N型肖特基二極管的金屬硅化物層 位于半導(dǎo)體襯底表面，并覆蓋至少一部分N型輕摻雜阱區(qū)，與N型輕摻雜阱區(qū)直接接觸形 成肖特基結(jié)，該金屬硅化物為TiSi2或CoSi2或WSi或MoSi2或Pd2Si或PtSi，其厚度為 50 A -300 A。相對(duì)于普通金屬材料而言，金屬硅化物具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定 性，電阻率較低，選擇不同的金屬硅化物可以獲得不同的肖特基勢壘高度，最重要的是金屬 硅化物的形成工藝與半導(dǎo)體器件制備工藝完全兼容。進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中的N型肖特基二極管結(jié)構(gòu) 中，擴(kuò)散阻擋層覆蓋至少一部分金屬硅化物表面，而金屬電極引出層覆蓋至少一部分?jǐn)U散 阻擋層。進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，所涉及擴(kuò)散阻擋層材料 為 Ta 或 Ni 或 W 或 Ti 或 Mo 或 Cr 或 V 或 Nb-Ni 或 Mo-Ni 或 Si-Ni 或 Si-W 或 Mo-Si 或 Ir-Ta 或Ni-W或TiN，其厚度為50 A 400 A;所涉及金屬電極的引出材料為Al或W，其厚度為 0. 3 μ m ~ 1. 5 μ m。擴(kuò)散阻擋層的引入，是由于當(dāng)金屬電極引出材料與金屬硅化物接觸后，在一定得 溫度下會(huì)與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成多元金屬復(fù)合硅化物，多元金屬硅化物的存在會(huì)產(chǎn)生器 件性能不穩(wěn)定的情形，表現(xiàn)為肖特基勢壘高度和理想因子的改變，從而導(dǎo)致器件電學(xué)參數(shù) 的退化。為了克服這一問題，必須在金屬硅化物與電極材料之間加入一層導(dǎo)電金屬擴(kuò)散阻 擋層。選擇擴(kuò)散阻擋層材料的主要參數(shù)是再結(jié)晶溫度、材料的電阻率和硅化物及電極材料 原子在其材料內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)。進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，N型輕摻雜阱區(qū)以及P型 輕摻雜阱區(qū)的摻雜濃度均為lE15cm_3 lE17cm_3。更進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，P型肖特基二極管還包 括一擴(kuò)散阻擋層，其位于P型輕摻雜阱區(qū)與金屬電極引出層之間，且該擴(kuò)散阻擋層覆蓋至 少一部分P型輕摻雜阱區(qū)，而金屬電極引出層覆蓋至少一部分該擴(kuò)散阻擋層。本發(fā)明的技術(shù)效果是，位于同一半導(dǎo)體襯底上的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，N 型肖特基二極管采用金屬硅化物與硅半導(dǎo)體N型輕摻雜阱區(qū)直接接觸形成肖特基結(jié)，并通 過擴(kuò)散阻擋層和金屬電極引出層與外界電極連接，克服了金屬材料氧化對(duì)肖特基結(jié)特性的 影響；而P型肖特基二極管則采用金屬電極引出層與硅半導(dǎo)體P型輕摻雜阱區(qū)直接接觸形 成肖特基結(jié)，其間不包含金屬硅化物，克服了金屬硅化物與P型輕摻雜阱區(qū)直接接觸所帶 來的高功耗的問題，使得N型肖特基二極管和P型肖特基二極管同時(shí)具有優(yōu)良的正向和反 向特性，提高了 N-P互補(bǔ)肖特基二極管的整體性能。
圖1為金屬材料與半導(dǎo)體直接接觸的普通肖特基二極管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a為本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)第一具體實(shí)施方式
示意圖；圖2b為本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)第二具體實(shí)施方式
示意圖；圖2c為本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)第三具體實(shí)施方式
示意圖3a為金屬材料與半導(dǎo)體直接接觸的普通N型肖特基二極管結(jié)構(gòu)輸出特性曲線 圖；圖3b為本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中N型肖特基二極管結(jié)構(gòu)輸出 特性曲線圖；圖4a為金屬硅化物與半導(dǎo)體直接接觸的P型肖特基二極管結(jié)構(gòu)輸出特性曲線 圖；圖4b為本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中P型肖特基二極管結(jié)構(gòu)輸出 特性曲線圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步 的詳細(xì)描述。首先，結(jié)合附圖給出本發(fā)明所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)的第一具體實(shí)施方 式。圖2a為本具體實(shí)施方式
所述N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2a所示，本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a包括一 N型肖特基 二極管210a和一 P型肖特基二極管220a，其中N型肖特基二極管210a和P型肖特基二 極管220a位于同一半導(dǎo)體襯底201上；N型肖特基二極管210a包括N型輕摻雜阱區(qū)202、 金屬硅化物203、擴(kuò)散阻擋層204a和金屬電極引出層205a，其中，N型輕摻雜阱區(qū)202位于 半導(dǎo)體襯底201中，金屬硅化物203與N型輕摻雜阱區(qū)202直接接觸形成肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻 擋層204a和金屬電極引出層205a依次覆蓋在金屬硅化物203表面；而P型肖特基二極管 220a則包括P型輕摻雜阱區(qū)206和金屬電極引出層205b，其中，P型輕摻雜阱區(qū)206位于 半導(dǎo)體襯底201中，金屬電極引出層205b與P型輕摻雜阱區(qū)206直接接觸形成肖特基結(jié)。 本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a中，N型輕摻雜阱區(qū)202和P型輕 摻雜阱區(qū)206的摻雜濃度均為lE15cnT3 lE17cnT3。如圖2a所示，在N型肖特基二極管210a中，金屬硅化物層203的厚度為 50 A 300 A，位于半導(dǎo)體襯底201表面，并覆蓋至少一部分N型輕摻雜阱區(qū)202，金屬硅 化物203與輕摻雜的N型阱區(qū)202直接接觸，形成金屬_半導(dǎo)體接觸的肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻擋 層204a和金屬電極引出層205a依次覆蓋在金屬硅化物203表面。本具體實(shí)施方式
提供的 N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，金屬材料的選擇是影響肖特基二極管特性的關(guān)鍵。金屬材 料的選擇應(yīng)符合下述幾個(gè)條件具有良好的導(dǎo)電性能(即低的電阻率)，且微區(qū)徑向分布均 勻，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，與半導(dǎo)體接觸后具有較低的勢壘高度，因?yàn)閯輭?高度在很大程度上決定了肖特基二極管的正向壓降。對(duì)于N型肖特基二極管210a而言，相 對(duì)于普通金屬材料而言，金屬硅化物具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，電阻率較低，選 擇不同的金屬硅化物可以獲得不同的肖特基勢壘高度，最重要的是金屬硅化物的形成工藝 與半導(dǎo)體器件制備工藝完全兼容。在本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a中，根據(jù)N型肖特基二極管210a所涉及器件的技術(shù)指標(biāo)要求和各種金屬硅化物的肖特基勢壘高度，金屬硅化物 層203材料可選擇1^12或&^2或151或臨312或？(1典或？{51，其金屬層可以采用真空蒸發(fā)、磁控濺射或電子束蒸發(fā)等工藝方法來制備。作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選用的金屬硅 化物203材料為CoSi2，其厚度為200 A。使用金屬硅化物雖然可以制備具有良好肖特基特 性的二極管，但是一般金屬硅化物的可焊性較差，不能直接作為電極材料使用，因此，必須 采用可焊性能良好的其他導(dǎo)電金屬材料來制備引出電極，本具體實(shí)施方式
所涉及的金屬電 極引出層205a材料為Al或W，金屬電極弓丨出層厚度為0. 3 μ m 1. 5 μ m。作為最佳設(shè)計(jì)方 案，本實(shí)施例選用的金屬電極弓丨出層205a材料為Al，金屬電極弓丨出層205a厚度為0. 5 μ m。
然而，當(dāng)金屬電極引出層205a材料與金屬硅化物203接觸后，在一定的溫度下會(huì) 與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成多元金屬復(fù)合硅化物，多元金屬硅化物的存在會(huì)產(chǎn)生器件性能不 穩(wěn)定的情形，表現(xiàn)為肖特基勢壘高度和理想因子的改變，從而導(dǎo)致器件電學(xué)參數(shù)的退化。為 了克服這一問題，必須在金屬硅化物203與金屬電極引出層205a材料之間加入一層導(dǎo)電金 屬擴(kuò)散阻擋層204a。選擇擴(kuò)散阻擋層204a材料的主要參數(shù)是再結(jié)晶溫度、材料的電阻率和 硅化物及電極材料原子在其材料內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)。常用的材料有Ta、Ni、W、Ti、M0、Cr、V等難 熔金屬。此外，也可以采用金屬合金作為擴(kuò)散阻擋層204a材料，如Nb-Ni、Mo-Ni, Si-Ni, Si-W、Mo-Si、Ir-Ta、Ni-W、TiN等。在本發(fā)明所涉及的肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a中，擴(kuò)散阻擋 層204a材料可為上述難熔金屬或金屬合金中的任一種，作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選用 的擴(kuò)散阻擋層204a材料為TiN，擴(kuò)散阻擋層204a的厚度為50 A 400入。擴(kuò)散阻擋層204a及金屬電極引出層205a均采用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝進(jìn)行制 備。這種帶有擴(kuò)散阻擋層204a的多層金屬化設(shè)計(jì)很好的實(shí)現(xiàn)了 N型肖特基二極管210a的 各項(xiàng)電學(xué)和可靠性指標(biāo)。如圖2a所示，本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a中，P型肖 特基二極管220a不包含金屬硅化物層203及擴(kuò)散阻擋層204a，在金屬硅化物層203沉積 前，在P型肖特基二極管220a的P型輕摻雜阱區(qū)206區(qū)域首先沉積一硅化物阻擋層，以防 止在該位置沉積金屬硅化物203。在P型肖特基二極管220a中，金屬電極引出層205b直接 與P型輕摻雜阱區(qū)206接觸形成肖特基結(jié)，并用于連接外部電極。本具體實(shí)施方式
所涉及 的金屬電極弓丨出層205b與N型肖特基二極管210a的金屬電極弓丨出層205a參數(shù)一致，其材 料也為Al或W，厚度為0. 3 μ m 1. 5 μ m。作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選用的金屬電極弓I 出層205b材料也為Al，金屬電極引出層205b厚度為0. 5 μ m，與N型肖特基二極管210a的 金屬電極引出層205a同步制備。接下來，結(jié)合附圖給出本發(fā)明所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)的第二具體實(shí)施 方式。圖2b為本具體實(shí)施方式
所述N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2b所示，本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200b包括一 N型肖特基二 極管210b和一 P型肖特基二極管220b，其中N型肖特基二極管210b和P型肖特基二極管 220b位于同一半導(dǎo)體襯底201上；N型肖特基二極管210b包括N型輕摻雜阱區(qū)202、金屬 硅化物203、擴(kuò)散阻擋層204a和金屬電極引出層205a，其中，N型輕摻雜阱區(qū)202位于半導(dǎo) 體襯底201中，金屬硅化物203與N型輕摻雜阱區(qū)202直接接觸形成肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻擋層 204a和金屬電極引出層205b依次覆蓋在金屬硅化物203表面；而P型肖特基二極管220b 則包括P型輕摻雜阱區(qū)206、擴(kuò)散阻擋層204b和金屬電極引出層205b，其中，P型輕摻雜阱 區(qū)206位于半導(dǎo)體襯底201中，金屬電極引出層205b通過擴(kuò)散阻擋層204b與P型輕摻雜阱區(qū)206接觸形成肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻擋層204b和金屬電極引出層205b依次覆蓋在P型輕摻雜阱區(qū)206表面。本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200b中，N型輕摻 雜阱區(qū)202和P型輕摻雜阱區(qū)206的摻雜濃度均為lE15cnT3 lE17cm_3。如圖2b所示，在N型肖特基二極管210b中，金屬硅化物層203的厚度為 50 A 300 Ao位于半導(dǎo)體襯底201表面，并覆蓋至少一部分N型輕摻雜阱區(qū)202，金屬硅化 物203與輕摻雜的N型阱區(qū)202直接接觸，形成金屬_半導(dǎo)體接觸的肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻擋層 204a和金屬電極引出層205a依次覆蓋在金屬硅化物203表面。本具體實(shí)施方式
提供的N-P 互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200b中，金屬材料的選擇是影響肖特基二極管特性的關(guān)鍵。金屬材 料的選擇應(yīng)符合下述幾個(gè)條件具有良好的導(dǎo)電性能(即低的電阻率)，且微區(qū)徑向分布均 勻，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，與半導(dǎo)體接觸后具有較低的勢壘高度，因?yàn)閯輭?高度在很大程度上決定了肖特基二極管的正向壓降。對(duì)于N型肖特基二極管210b而言，相 對(duì)于普通金屬材料而言，金屬硅化物具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，電阻率較低，選 擇不同的金屬硅化物可以獲得不同的肖特基勢壘高度，最重要的是金屬硅化物的形成工藝 與半導(dǎo)體器件制備工藝完全兼容。在本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200b中，根據(jù)N型肖特基二 極管210b所涉及器件的技術(shù)指標(biāo)要求和各種金屬硅化物的肖特基勢壘高度，金屬硅化物 層203材料可選擇TiSi2或CoSi2或WSi或MoSi2或Pd2Si或PtSi，其金屬層可以采用真空 蒸發(fā)、磁控濺射或電子束蒸發(fā)等工藝方法來制備。作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選用的金屬 硅化物203材料為TiSi2，其厚度為150 A。使用金屬硅化物雖然可以制備具有良好肖特基特性的二極管，但是一般金屬硅化 物的可焊性較差，不能直接作為電極材料使用，因此，必須采用可焊性能良好的其他導(dǎo)電金 屬材料來制備引出電極，本具體實(shí)施方式
所涉及的金屬電極弓丨出層205a材料為Al或W，金 屬電極弓丨出層厚度為0. 3 μ m 1. 5 μ m。作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選用的金屬電極弓I出 層205a材料為W，金屬電極引出層205a厚度為0. 3μπι 1. 5μπι。然而，當(dāng)金屬電極引出層205a材料與金屬硅化物203接觸后，在一定的溫度下會(huì) 與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成多元金屬復(fù)合硅化物，多元金屬硅化物的存在會(huì)產(chǎn)生器件性能不 穩(wěn)定的情形，表現(xiàn)為肖特基勢壘高度和理想因子的改變，從而導(dǎo)致器件電學(xué)參數(shù)的退化。為 了克服這一問題，必須在金屬硅化物203與金屬電極引出層205a材料之間加入一層導(dǎo)電金 屬擴(kuò)散阻擋層204a。選擇擴(kuò)散阻擋層204a材料的主要參數(shù)是再結(jié)晶溫度、材料的電阻率和 硅化物及電極材料原子在其材料內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)。常用的材料有Ta、Ni、W、Ti、M0、Cr、V等難 熔金屬。此外，也可以采用金屬合金作為擴(kuò)散阻擋層204a材料，如Nb-Ni、Mo-Ni, Si-Ni, Si-W、Mo-Si、Ir-Ta、Ni-W、TiN等。在本發(fā)明所涉及的肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，擴(kuò)散阻擋層 204a材料可為上述難熔金屬或金屬合金中的任一種，作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選用的 擴(kuò)散阻擋層204a材料為Ni，擴(kuò)散阻擋層204a覆蓋部分金屬硅化物203，擴(kuò)散阻擋層204a 的厚度為50 A 400 A。擴(kuò)散阻擋層204a及金屬電極引出層205a均采用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝進(jìn)行制 備。這種帶有擴(kuò)散阻擋層204a的多層金屬化設(shè)計(jì)很好的實(shí)現(xiàn)了 N型肖特基二極管210b的 各項(xiàng)電學(xué)和可靠性指標(biāo)。如圖2b所示，本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200b中，P型肖特基二極管220b不包含金屬硅化物層203，在金屬硅化物層203沉積前，在P型肖特基二極 管220b的P型輕摻雜阱區(qū)206區(qū)域首先沉積一硅化物阻擋層，以防止在該位置沉積金屬硅 化物203。在P型肖特基二極管220b中，金屬電極引出層205b通過擴(kuò)散阻擋層204b與P 型輕摻雜阱區(qū)206接觸形成肖特基結(jié)，并用于連接外部電極。本具體實(shí)施方式
所涉及的P型 肖特基二極管220b的擴(kuò)散阻擋層204b及金屬電極引出層205b與N型肖特基二極管210b 的擴(kuò)散阻擋層204a及金屬電極引出層205a參數(shù)一致。作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例P型 肖特基二極管220b中，選用的擴(kuò)散阻擋層204b材料為Ni，覆蓋部分P型輕摻雜阱區(qū)206的 表面，其厚度為50 A 400 A;所選用的金屬電極引出層205b材料也為W，金屬電極引出層 205b厚度為0. 3 μ m 1. 5 μ m，本實(shí)施例P型肖特基二極管220b的擴(kuò)散阻擋層204b及金 屬電極引出層205b的制備與N型肖特基二極管210b的擴(kuò)散阻擋層204a及金屬電極引出 層205a的制備分別同步進(jìn)行。接下來，結(jié)合附圖給出本發(fā)明所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)的第三具體實(shí)施 方式。圖2c為本具體實(shí)施方式
所述N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200c示意圖。如圖2c所示，本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200c包括一 N型肖特基二 極管210c和一 P型肖特基二極管220c，其中N型肖特基二極管210c和P型肖特基二極管 220c位于同一半導(dǎo)體襯底201上；N型肖特基二極管210c包括N型輕摻雜阱區(qū)202、金屬 硅化物203、擴(kuò)散阻擋層204a和金屬電極引出層205a，其中，N型輕摻雜阱區(qū)202位于半導(dǎo) 體襯底201中，金屬硅化物203與N型輕摻雜阱區(qū)202直接接觸形成肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻擋層 204a和金屬電極引出層205b依次覆蓋在金屬硅化物203表面；而P型肖特基二極管220c 則包括P型輕摻雜阱區(qū)206、擴(kuò)散阻擋層204b和金屬電極引出層205b，其中，P型輕摻雜阱 區(qū)206位于半導(dǎo)體襯底201中，金屬電極引出層205b通過擴(kuò)散阻擋層204b與P型輕摻雜 阱區(qū)206接觸形成肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻擋層204b和金屬電極引出層205b依次覆蓋在P型輕 摻雜阱區(qū)206表面。本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200c中，N型輕摻 雜阱區(qū)202和P型輕摻雜阱區(qū)206的摻雜濃度均為lE15cnT3 lE17cm_3。如圖2c所示，在N型肖特基二極管210c中，金屬硅化物層203的厚度為 50 A -300入,位于半導(dǎo)體襯底201表面，并覆蓋至少一部分N型輕摻雜阱區(qū)202，金屬硅化 物203與輕摻雜的N型阱區(qū)202直接接觸，形成金屬_半導(dǎo)體接觸的肖特基結(jié)，擴(kuò)散阻擋層 204a和金屬電極引出層205a依次覆蓋在金屬硅化物203表面。本具體實(shí)施方式
提供的N-P 互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200b中，金屬材料的選擇是影響肖特基二極管特性的關(guān)鍵。金屬材 料的選擇應(yīng)符合下述幾個(gè)條件具有良好的導(dǎo)電性能(即低的電阻率)，且微區(qū)徑向分布均 勻，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，與半導(dǎo)體接觸后具有較低的勢壘高度，因?yàn)閯輭?高度在很大程度上決定了肖特基二極管的正向壓降。對(duì)于N型肖特基二極管210c而言，相 對(duì)于普通金屬材料而言，金屬硅化物具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，電阻率較低，選 擇不同的金屬硅化物可以獲得不同的肖特基勢壘高度，最重要的是金屬硅化物的形成工藝 與半導(dǎo)體器件制備工藝完全兼容。在本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200c中，根據(jù)N型肖特基二極管210c所涉及器件的技術(shù)指標(biāo)要求和各種金屬硅化物的肖特基勢壘高度，金屬硅化物 層203材料可選擇TiSi2或CoSi2或WSi或MoSi2或Pd2Si或PtSi，其金屬層可以采用真空蒸發(fā)、磁控濺射或電子束蒸發(fā)等工藝方法來制備。作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選用的金屬 硅化物203材料為CoSi2，其厚度為250 A。使用金屬硅化物雖然可以制備具有良好肖特基特性的二極管，但是一般金屬硅化 物的可焊性較差，不能直接作為電極材料使用，因此，必須采用可焊性能良好的其他導(dǎo)電金 屬材料來制備引出電極，本具體實(shí)施方式
所涉及的金屬電極弓丨出層205a材料為Al或W，金 屬電極弓丨出層厚度為0. 3 μ m 1. 5 μ m。作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選用的金屬電極弓I出 層205a材料為Al，金屬電極弓丨出層205a厚度為1 μ m。
然而，當(dāng)金屬電極引出層205a材料與金屬硅化物203接觸后，在一定的溫度下會(huì) 與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成多元金屬復(fù)合硅化物，多元金屬硅化物的存在會(huì)產(chǎn)生器件性能不 穩(wěn)定的情形，表現(xiàn)為肖特基勢壘高度和理想因子的改變，從而導(dǎo)致器件電學(xué)參數(shù)的退化。為 了克服這一問題，必須在金屬硅化物203與金屬電極引出層205a材料之間加入一層導(dǎo)電 金屬擴(kuò)散阻擋層204a。選擇擴(kuò)散阻擋層204a材料的主要參數(shù)是再結(jié)晶溫度、材料的電阻 率和硅化物及電極材料原子在其材料內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)。常用的材料有Ta、Ni、W、Ti、Mo、Cr、 V等難熔金屬。此外，也可以采用金屬合金作為擴(kuò)散阻擋層204a材料，如Nb-Ni、Mo-Ni、 Si-Ni、Si-W、Mo-Si、Ir-Ta、Ni-W、TiN等。在本發(fā)明所涉及的肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，擴(kuò)散阻 擋層204a材料可為上述難熔金屬或金屬合金中的任一種，作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例選 用的擴(kuò)散阻擋層204a材料為TiN，擴(kuò)散阻擋層204a覆蓋部分金屬硅化物203，擴(kuò)散阻擋層 204a的厚度為50 A 400 A。擴(kuò)散阻擋層204a及金屬電極引出層205a均采用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝進(jìn)行制 備。這種帶有擴(kuò)散阻擋層204a的多層金屬化設(shè)計(jì)很好的實(shí)現(xiàn)了 N型肖特基二極管210c的 各項(xiàng)電學(xué)和可靠性指標(biāo)。如圖2c所示，本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200b中，P型肖 特基二極管220c不包含金屬硅化物層203，在金屬硅化物層203沉積前，在P型肖特基二 極管220c的P型輕摻雜阱區(qū)206區(qū)域首先沉積一硅化物阻擋層，以防止在該位置沉積金屬 硅化物203。在P型肖特基二極管220b中，金屬電極引出層205c通過擴(kuò)散阻擋層204b與 P型輕摻雜阱區(qū)206接觸形成肖特基結(jié)，并用于連接外部電極。本具體實(shí)施方式
所涉及的 P型肖特基二極管220c的擴(kuò)散阻擋層204b及金屬電極引出層205b與N型肖特基二極管 210c的擴(kuò)散阻擋層204a及金屬電極引出層205a參數(shù)一致。作為最佳設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例 P型肖特基二極管220c中，選用的擴(kuò)散阻擋層204b材料為TiN，覆蓋部分P型輕摻雜阱區(qū) 206的表面，其厚度為50 A -400 A;所選用的金屬電極引出層205b材料也為Al，金屬電極 引出層205b厚度為1 μ m,本實(shí)施例P型肖特基二極管220c的擴(kuò)散阻擋層204b及金屬電極 引出層205b的制備與N型肖特基二極管210c的擴(kuò)散阻擋層204a及金屬電極引出層205a 的制備分別同步進(jìn)行。本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a/200b/200c，在N型肖特 基二極管結(jié)構(gòu)210a/210b/210c中，通過金屬硅化物203與硅半導(dǎo)體N型輕摻雜阱區(qū)202 直接接觸形成肖特基結(jié)，并通過擴(kuò)散阻擋層204和金屬電極引出層205a與外界電極連接， 克服了金屬材料氧化對(duì)N型肖特基結(jié)特性的影響，實(shí)現(xiàn)了低功耗的技術(shù)指標(biāo)，具有優(yōu)良的 正向和反向特性，提高了 N型肖特基二極管210a/210b/210c的性能。圖3a所示為金屬材 料與半導(dǎo)體直接接觸的普通N型肖特基二極管結(jié)構(gòu)輸出特性曲線，圖3b所示為本發(fā)明所提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a/200b/200c中N型肖特基二極管210a/210b/210c 的輸出特性曲線，由圖3a、圖3b對(duì)比可知，與金屬材料與半導(dǎo)體直接接觸形成的普通N型 肖特基二極管相比，本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a/200b/200c中N型肖 特基二極管210a/210b/210c的輸出功率可提高近兩個(gè)量級(jí)。而在P型肖特基二極管結(jié)構(gòu) 220a/220b/220c中，不包含金屬硅化物203，金屬電極引出層205b直接或通過擴(kuò)散阻擋層 204b與硅半導(dǎo)體P型輕摻雜阱區(qū)206接觸形成肖特基結(jié)，并與外界電極連接，克服了金屬 硅化物對(duì)P型肖特基結(jié)性能的影響，同樣實(shí)現(xiàn)了低功耗的技術(shù)指標(biāo)，具有優(yōu)良的正向和反 向特性，提高了 P型肖特基二極管220a/220b/220c的性能。圖4a所示為金屬硅化物與半 導(dǎo)體接觸的P型肖特基二極管結(jié)構(gòu)輸出特性曲線，圖4b為本發(fā)明所提供的N-P互補(bǔ)肖特基 二極管結(jié)構(gòu)200a/200b/200c中P型肖特基二極管220a/220b/220c的輸出特性曲線，由圖 4a、圖4b對(duì)比可知，與金屬硅化物與半導(dǎo)體接觸形成的P型肖特基二極管相比，本發(fā)明提供 的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a/200b/200c中P型肖特基二極管220a/220b/220Cd額 輸出功率可提高近四個(gè)量級(jí)。 本具體實(shí)施方式
提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)200a/200b/200c同時(shí)克服了 N 型肖特基二極管210a/210b/210c和P型肖特基二極管220a/220b/220c的高功耗問題，使 得N型肖特基二極管210a/210b/210c和P型肖特基二極管220a/220b/220c同時(shí)具有優(yōu)良 的正向和反向特性，提高了 N-P互補(bǔ)肖特基二極管200a/200b/200c的整體性能。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，包括至少一N型肖特基二極管和至少一P型肖特基二極管，其特征在于所述N型肖特基二極管和所述P型肖特基二極管位于同一半導(dǎo)體襯底上；所述N型肖特基二極管包括N型輕摻雜阱區(qū)、金屬硅化物、擴(kuò)散阻擋層和金屬電極引出層，其中，所述N型輕摻雜阱區(qū)位于半導(dǎo)體襯底中，所述金屬硅化物與所述N型輕摻雜阱區(qū)直接接觸形成肖特基結(jié)，所述擴(kuò)散阻擋層和金屬電極引出層依次覆蓋在所述金屬硅化物表面；所述P型肖特基二極管包括P型輕摻雜阱區(qū)和金屬電極引出層，其中，所述P型請摻雜阱區(qū)位于半導(dǎo)體襯底中，所述金屬電極引出層與所述P型輕摻雜阱區(qū)接觸形成肖特基結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述N型輕摻雜阱 區(qū)和所述P型輕摻雜阱區(qū)的摻雜濃度均為lE15cm_3 lE17cm_3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋層 材料為Ta或Ni或W或Ti或Mo或Cr或V或Nb-Ni或Mo-Ni或Si-Ni或Si-W或Mo-Si或 Ir-Ta 或 Ni-W 或 TiN。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋層厚 度為50 A 400 A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬電極的引 出材料為Al或W。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬電極弓丨出 層厚度為0. 3μπι 1. 5μπι。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述N型肖特基二 極管中，金屬硅化物層位于半導(dǎo)體襯底表面，并覆蓋至少一部分所述N型輕摻雜阱區(qū)，與所 述N型輕摻雜阱區(qū)直接接觸形成肖特基結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬硅化物為 TiSi2 或 CoSi2 或 WSi 或 MoSi2 或 Pd2Si 或 PtSi。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬硅化物層 厚度為50 Α~300 Α。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述N型肖特基 二極管結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層覆蓋至少一部分金屬硅化物表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述N型肖特基 二極管結(jié)構(gòu)的金屬電極引出層覆蓋至少一部分?jǐn)U散阻擋層表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述P型肖特基二極管還包括一擴(kuò)散阻擋層，其位于所述P型輕摻雜阱區(qū)和金屬電極弓I出層 之間。
全文摘要
一種N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)，包括位于同一半導(dǎo)體襯底上的N型肖特基二極管和P型肖特基二極管，其中，N型肖特基二極管結(jié)構(gòu)中包括與輕摻雜阱區(qū)直接接觸的金屬硅化物，而P型肖特基二極管不包括金屬硅化物層。本發(fā)明提供的N-P互補(bǔ)肖特基二極管結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的N、P肖特基二極管均包括金屬硅化物層或均不包括金屬硅化物層的N-P互補(bǔ)肖特基二極管相比，克服了金屬材料氧化對(duì)N型肖特基結(jié)特性的影響，同時(shí)克服了金屬硅化物對(duì)P型肖特基結(jié)特性的影響，實(shí)現(xiàn)了低功耗的技術(shù)指標(biāo)，使得N、P肖特基二極管均具有優(yōu)良的正向和反向特性，提高了N-P互補(bǔ)肖特基二極管的性能。
文檔編號(hào)H01L27/08GK101814499SQ20101012145
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者黎坡 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司