[发明专利]平衡正向压降和反向漏电流的肖特基二极管及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于整流器的二极管分离器件，更确切的说，本发明旨在提供一种带有沟槽结构或者平面型的肖特基二极管半导体器件及制备方法，可以在肖特基二极管的正向压降和反向漏电流之间取得较佳的平衡状态。

背景技术

在交流到直流的转换器中，一般要求整流器具有单向导通的能力，具体而言，体现在整流器必须在正向导通时开启电压比较低，导通电阻小，但在反向偏置时要求阻断电压高，反向漏电流小。

肖特基二极管作为整流器件已经在电源管理中广泛使用，较之PN结二极管而言，肖特基二极管的某些正面优势显而易见，例如具有正向开启电压低和开关速度快，其自身的诸多优势使其常见于开关电源以及高频场合。另外，肖特基二极管的反向恢复时间非常短，这一点是PN结二极管无法比拟的，其反向恢复时间很大程度上主要取决于整流器件的寄生电容，而不像PN结二极管那样是由少子的复合时间来主导的。因此，集成肖特基二极管的整流器件可以有效的降低开关功率损耗。

金属-半导体结的肖特基二极管是利用金属与半导体接触来制作的。传统的平面型肖特基二极管的结构大致如下：硅片通常由位于下方的具有一定掺杂浓度的N+衬底和位于衬底上方的低掺杂浓度的N-外延生长层构成，高掺杂浓度的N+衬底底面沉积下金属层形成欧姆接触，构成肖特基二极管的阴极；低掺杂浓度的N-外延生长层顶面沉积上金属层形成肖特基接触，构成肖特基二极管的阳极。构成阳极的金属与N型单晶硅的功函数差形成势垒，该势垒的高低决定了肖特基二极管的特性，即较低的势垒可以降低正向导通开启电压，但是会使反向漏电流增大，反向阻断电压降低；但是，较高的势垒会增大正向导通开启电压，同时使反向漏电流减小，反向阻断能力增强。尤其是温度系数对漏电流有较大的负面影响，直接导致反向击穿电压能力降低。

肖特基二极管是以金属（或金属硅化物）和半导体接触形成的二极管，具有正向压降低、反向恢复时间很短的特点。对于二极管来说，正向功耗主要是由正向压降和电流决定的，而二极管电流是由实际应用而预先决定的，因此想要降低功耗只能想办法降低正向压降。对于肖特基二极管来说，势垒合金层是决定正向压降的主要因素，而势垒合金层的势垒高度主要取决于参与合金的金属功函数和衬底功函数，例如钛（Ti）的硅化物二硅化钛（TiSi2）势垒应用于小信号肖特基二极管可较大程度上减小肖特基二极管的正向压降。但是，肖特基二极管的特性决定了正向压降降低时反向电流会变大。大多数肖特基二极管器件需要同时考虑正向压降和反向电流两个参数性能，而单一金属形成的势垒层无法实现正向压降和反向电压的调节功能。典型的，例如我们要求肖特基势垒二极管整流器件在具有较低的正向导通压降的同时，如何克服反向漏电流过大这一苛待解决的棘手难题，是本发明将要改善的目标。

发明内容

在本发明的一种实施例中，揭示了一种平衡正向压降和反向漏电流的肖特基二极管，包括：一衬底和衬底之上的肖特基合金层，肖特基合金层包括由下至上依次覆盖在衬底上表面之上的肖特基势垒层、势垒调节层和金属阻挡层，其中，肖特基合金层的势垒高度通过调整所述势垒调节层的厚度以及退火条件来调节，藉此在降低肖特基二极管的正向压降时抑制反向漏电流的增大。

上述平衡正向压降和反向漏电流的肖特基二极管，肖特基势垒层和势垒调节层均包括Ti、TiN、TiSix、Ni、NiSix、Cr、Pt、Al、Mo、NiPt、Co、W、Ta中的一种或多种；金属阻挡层包括TiN、TaN、W、WNx、TiOx中的一种或多种。

上述平衡正向压降和反向漏电流的肖特基二极管，还包括覆盖在金属阻挡层之上的顶部金属层，金属阻挡层阻隔环境氛围里的氧气和水汽侵入肖特基势垒层、势垒调节层中，并阻挡顶部金属层内的金属元素渗透和扩散至肖特基势垒层、势垒调节层中。

上述平衡正向压降和反向漏电流的肖特基二极管，肖特基势垒层的厚度包括10～300纳米，势垒调节层的厚度包0.5～20纳米，金属阻挡层的厚度包括10～300纳米。

上述平衡正向压降和反向漏电流的肖特基二极管肖特，基合金层是在依次形成肖特基势垒层、势垒调节层和金属阻挡层后，对它们共同实施一次快速热退火处理得到的，例如包括执行700～800摄氏度、10～30秒的快速热退火处理得到的。