[发明专利]金属氧化物半导体P-N结萧基二极管结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明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_F)，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。

背景技术

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(V_F)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(V_F)一般比萧基二极管高，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1(a)～图1(f)所示，其制作方法主要包括步骤：首先，如图1(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1(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1(c)所示，成长热氧化层16于沟渠的侧壁及底部。如图1(d)所示，移除掩模化硅层15及垫氧化层13。接着如图1(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1(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(V_F)，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(V_F)。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(V_F)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_F)，较低的反向漏电流与较低的反向回复时间(Reverse Recovery Time；t_RR)，即指具有较快的反应速度，实为一大挑战。

发明内容

本发明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_F)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_F)值低，且反向偏压漏电流小，等特性的二极管元件。