一种金属氧化物半导体Ｐ－Ｎ结萧基二极管结构及其制作方法，该方法包含步骤：提供一基板；于基板上形成一第一掩模层；进行一第一光刻蚀刻工艺，形成一沟渠结构；于第一沟渠结构内进行第一离子注入工艺；进行一第二光刻蚀刻工艺，形成一侧壁结构；于该沟渠结构的底部与该侧壁结构上形成一第二掩模层；对基板进行一第三光刻蚀刻工艺，于沟渠结构中形成一栅极结构；于沟渠结构内进行一第二离子注入工艺；于去除光致抗蚀剂后在该沟渠结构内进行一第三离子注入工艺；进行一第四光刻蚀刻工艺；于所得结构的栅极的表面上形成一金属层；以及进行一第五光刻蚀刻工艺，去除掉部分金属层。本发明专利技术同时融合Ｐ－Ｎ结二极管与萧基二极管的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术为一种金属氧化物半导体P-N结萧基二极管结构及其制作方法， 尤指具有较低漏电流，较低正向导通压降值(V。，较高反向耐电压值，与低 反向回复时间特性的一种金属氧化物半导体P-N结萧基二极管结构。
技术介绍
萧基二极管为以电子作为载流子的单极性元件，其特性为速度快与正向 导通压降值(Vp)低，但反向偏压漏电流则较大(与金属功函数及半导体掺杂浓 度所造成的萧基势垒值有关)。而P-N 二极管，为一种双载流子元件，传导 电流量大。但元件的正向操作压降值(VF)—般比萧基二极管高，且因空穴载 流子的作用使P-N二极管反应速度较慢，反向回复时间较长。关于沟渠式的萧基势垒二极管装置，其代表性前述申请可参阅1994年 的美国专利，第5，365，102号提案名称SCHOTTKY BARRIER RECTIFIER WITH MOS TRENCH所揭示的元件结构为代表。请参阅图l(a)-图1(f)所示， 其制作方法主要包括步骤首先，如图l(a)所示，提供基板11与已长好的 N-型外延层(epitaxial layer)12，于其上成长垫氧化层13，以降低后续氮化硅 掩模层沉积的应力，接着成长掩模氮化硅层(mask nitride)15。而后如图l(b) 所示，于掩模氮化硅层15上形成光致抗蚀剂层17后进行光刻工艺及蚀刻工 艺，以移除部分掩模氮化硅层15，垫氧化层13及N-外延层12,形成沟渠的 结构22。之后，如图l(c)所示，成长热氧化层16于沟渠的侧壁及底部。如 图l(d)所示，移除掩模化硅层15及垫氧化层13。接着如图l(e)所示，镀上 阳极金属层18，而后进行阳极金属的光刻与蚀刻工艺，金属层18与平台14 的源极为萧基结。最后，进行晶背研磨与晶背阴极金属电极20的工艺，如 图l(f)所示。到此，即完成晶片部分的工艺。由上述的工艺方法制作的沟渠式萧基二极管(Trench MOS Barrier Schottky Rectifier; TMBR)，具有极低的正向导通压降值(Vp)，但反向漏电流则会相对提高。若要有较低的漏电流，其中一个方法是选择功函数较高的金 属。如此，又会拉高萧基二极管的正向导通压降值(VF)。因此，对萧基二极 管而言，这两者实为鱼与熊掌，难以兼得。此外，另一种方法为加深基板中 沟渠的深度，以增长反向夹止通道的长度，来抑制漏电流。但此方式不利于高电压元件的制作，因其须使用更厚的N型外延层来增加反向耐压能力。因 此，往高电压的萧基二极管元件发展时，回归到平面式元件的设计，在工艺 与材料选择，所耗费的成本较为低廉，也较易达成高耐压的设计。由于高压 的萧基二极管较难制作，在搜寻目前市面量产的萧基二极管元件时，所看到 的最高反向电压的产品为600伏特。而其实际为2个300伏特的沟渠式萧基 二极管串联而成，且元件的正向导通压降值CW)也较高。如何设计元件以达 到具有较高的反向耐电压(如600伏特以上)，较低的正向导通压降值(V》， 较低的反向漏电流与较低的反向回复时间(Reverse Recovery Time; tRR)，即指 具有较快的反应速度，实为一大挑战。
技术实现思路
本专利技术所提供的金属氧化物半导体P-N结萧基二极管结构及其制作方 法，其在元件的结构设计上，同时具有萧基二极管，金属氧化物半导体N型 通道结构与P-N结二极管的特性。借由此种结构设计，当元件于正向偏压操 作时为萧基二极管，金属氧化物半导体N型通道与P-N面二极管并联，具有 如萧基二极管的反应速度快与正向导通压降值(V。低的特性。而于反向偏压 操作时，借由两边P-N结二极管耗尽区的夹止与N型通道关闭的行为，使元 件具有非常低的漏电流。因此，同时融合P-N结二极管与萧基二极管的优点。 即为具有反应速度快，正向导通压降值(V》值低，且反向偏压漏电流小，等 特性的二极管元件。为完成上述结构，本专利技术所述的制作方法至少包含下列步骤提供一基 板；于该基板上形成一第一掩模层；对该基板进行一第一光刻蚀刻工艺，进 而去除部分该第一掩模层并于该基板上形成一沟渠结构；于该沟渠结构内进 行一第一离子注入工艺，进而于该基板上形成一第一深度注入区域；对该基 板进行一第二光刻蚀刻工艺，进而去除部分该第一掩模层以形成一侧壁结 构；于该沟渠结构的底部与该侧壁结构上形成一第二掩模层；对该基板进行一第三光刻蚀刻工艺，进而于该沟渠结构中形成一栅极结构；于该沟渠结构 内进行一第二离子注入工艺，进而于该基板上形成相邻于该第一深度注入区 域的一第二深度注入区域；于去除光致抗蚀剂后在该沟渠结构内进行一第三 离子注入工艺，进而于该基板上形成相邻于该第二深度注入区域的一第三深 度注入区域；对该基板进行一第四光刻蚀刻工艺，进而移除部分该栅极结构 并露出部分该沟渠结构的底部；于该沟渠结构的底部、该栅极结构的表面与 该侧壁结构上形成一金属层；以及对该基板进行一第五光刻蚀刻工艺，进而 去除掉部分该金属层。本专利技术所述的金属氧化物半导体P-N结萧基二极管结构，其至少包含 一基板，具有一表面； 一沟渠结构，形成于该基板上方； 一栅极结构，形成 于该沟渠结构内并突出于该基板的表面； 一侧壁结构，形成于该基板的表面 并位于该栅极结构之侧； 一金属层，形成于该基板的表面、该栅极结构与该 侧壁结构上，该金属层并与该基板的表面形成一萧基结；以及一离子注入区 域，以多个深浅不同的区域形成于该基板中，且该离子注入区域相邻于该栅 极结构，且该离子注入区域与该金属层形成一欧姆结。本专利技术同时融合P-N结二极管与萧基二极管的优点。即为具有反应速度 快，正向导通压降值低，且反向偏压漏电流小，等特性的二极管元件。附图说明本专利技术借由下列附图及说明，得到一更深入的了解图1(a) 图l(f)，其为美国专利第5,365,102号所揭示的沟渠式的萧基势 垒二极管装置制作方法示意图。图2，其为本专利技术为改善公知技术手段的缺点所发展出一金属氧化物半 导体P-N结萧基二极管结构的优选实施例示意图。图3(a) 图3(s),其为本专利技术为改善公知技术手段的缺点所发展出的金属 氧化物半导体P-N结萧基二极管结构制作流程示意图。其中，附图标记说明如下11基板 12N-型外延层13垫氧化层 14平台15掩模氮化硅层 16热氧化层18阳极金属层 20沟渠结构 21基板 23栅极结构 25金属层17光致抗蚀剂层 19阴极金属电极 2萧基二极管 22沟渠结构 24侧壁结构 26离子注入区域 211高掺杂浓度N型硅基板 212低掺杂浓度N型外延层 2120表面 251第一金属层 261第一深度注入区域 263第三深度注入区域 201第一掩模层 2011、 2012、 2013光致抗蚀剂层 2001、 2002、 2003光致抗蚀剂图形 2021第一氧化层 2022聚合物层2023第二氧化层252第二金属层 262第二深度注入区域 2620表面 202第二掩模层具体实施例方式请参见图2，其为本专利技术为改善公知技术手段的缺点所发展出一金属氧 化物半导体P-N结萧基二极管结构的优选实施例示意图。从图中我们可以清 楚的看出该金属氧化物半导体P-N结萧基二极管2结构主要包含有一基板 21、沟渠结构22、 一栅极结构23、 一侧壁结构24、 一金属层25以及一离子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属氧化物半导体Ｐ－Ｎ结萧基二极管制作方法，该方法至少包含下列步骤： 提供一基板； 于该基板上形成一第一掩模层； 对该基板进行一第一光刻蚀刻工艺，进而去除部分该第一掩模层并于该基板上形成一沟渠结构； 于该沟渠结构 内进行一第一离子注入工艺，进而于该基板中形成一第一深度注入区域； 对该基板进行一第二光刻蚀刻工艺，进而去除部分该第一掩模层以形成一侧壁结构； 于该基板的表面与该侧壁结构上形成一第二掩模层； 对该基板进行一第三光刻蚀刻工艺， 进而于该沟渠结构中形成一栅极结构； 于该沟渠结构内进行一第二离子注入工艺，进而于该基板中形成相邻于该第一深度注入区域的一第二深度注入区域； 于光致抗蚀剂去除后，于该沟渠结构内进行一第三离子注入工艺，进而于该基板中形成相邻于该第二 深度注入区域的一第三深度注入区域； 对该基板进行一第四光刻蚀刻工艺，进而移除部分该栅极结构并露出部分该基板的表面； 于该基板的表面、该栅极结构与该侧壁结构上形成一金属层；以及 对该基板进行一第五光刻蚀刻工艺，进而去除掉部分 该金属层。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵国梁，郭鸿鑫，苏子川，
申请(专利权)人：英属维京群岛商节能元件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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