专利名称：一种低开启电压二极管的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体器件技术领域，涉及低开启电压二极管。
背景技术：
在电子领域中，二极管是最常用的基础电子元器件之一。PN结二极管和肖特基二极管是主要的两类传统整流二极管。其中PN结二极管开启电压较大，但稳定性好，能工作于高电压，是少数载流子器件且漏电流较小，但是由于少子存储效应使得器件关断时间较长，关断损耗较大。肖特基二极管不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属一半导体结原理制作的，所以正向开启电压较小。由于 是多数载流子导电，所以正向电流较大，但反向漏电流也较大。同时肖特基二极管没有少子存储效应，所以关断损耗极小，可以应用于高频情况。为了提高二极管性能，国内外已经提出了 PiN 二极管，结势垒控制整流器JBS(JBS: Junction Barrier Schottky Rectif ier),混合 PiN/ 肖特基整流器 MPS(MPS:MergedP-i-N/Schottky Rectifier),MOS 控制二极管 MCD (MCD:MOS Controlled Diode)等器件。在P型和N型半导体材料之间加入薄层低掺杂的本征半导体层，组成的这种P-i-N结构的二极管就是PiN 二极管。当为PiN 二极管提供正向电压时，P区和N区的载流子同时注入到本征区。但是由于本征区的掺杂浓度比较低，很容易在加正电压的时候形成大注入，本征区大量的电子和空穴不能像PN结二极管一样进行大量复合，通常会延迟一段时间。由于这种延迟现象，绝缘区的电阻率就会很低。本征区也可以帮助器件很好的耐压，但是本征区大量的少子对于器件关断的时候比较不利，反向抽取本征区的少子会影响器件的频率特性，并且增大关断损耗。结势鱼肖特基JBS(JBS: Junction Barrier Schottky Rectifier)结构和混合PiN/ 肖特基整流器 MPS (MPS:Merged P-i-N/Schottky Rectifier)结构的提出，使得 PN 结与肖特基结构的优点得到结合。其中JBS正向时利用肖特基二极管开启电压较低的优点，使得器件在0. 3V左右就能够开启，同时正向时是多数载流子导电，使得器件正向电流大，导通损耗下降。反向时利用PN结二极管的特性，使得器件反向耐压和反向漏电流特性比肖特基好。
发明内容
为了更好地减小正向开启电压、提高器件正向电流和减小器件导通功耗，本发明提供一种低开启电压二极管，它具有阳极欧姆接触、肖特基结构和结型场效应管结构。结型场效应管结构的引入，使得器件开启电压很低，使器件具有较高击穿电压并且较小泄漏电流。由于正向阳极欧姆接触和肖特基结构可以提高器件的正向电流，该二极管可以获得非常低的导通压降。在反向电压下阳极肖特基结构的耗尽区加速了半导体表面的导电沟道的夹断，也有助于减小器件漏电流，
本发明技术方案如下一种低开启电压二极管，其基本结构如图I所示，包括N+衬底2、位于N+衬底2背面的金属化阴极I和位于N+衬底2正面的N_外延层3 ;N_外延层3表面是金属化阳极8,N_外延层3顶部两侧分别具有一个P型重掺杂区6，两个P型重掺杂区6旁边分别具有一个N型重掺杂区7 ;金属化阳极8位于器件顶层，覆盖在所有P型重掺杂区6、N型重掺杂区7以及f外延层3的表面；两个P型重掺杂区6下方还分别具有一个深P体区5，两个深P体区5分别通过一个P型重掺杂区6与金属化阳极8相连；深P体区5的横向尺寸大于P型重掺杂区6的横向尺寸，两个深P体区5和它们之间的N—外延层3构成一个结型场效应晶体管区4。本发明的工作原理 本发明所提供的一种低开启电压二极管，结型场效应管区的长度较大时，在阳极加较小的正电压就可以使结型场效应管区的耗尽区中间产生一条电流通路。阳极欧姆接触使得器件只有要电流通路就可以在阳极和阴极之间产生电流，即使阳极所加电压还不足以打开肖特基结和PN结产生正向大电流。结型场效应管结构的引入，使得在很小的反向电压下导电沟道被夹断，增加的反向电压主要由低掺杂的外延层承受，大大降低了泄漏电流并且提高了击穿电压。在反向电压下肖特基结构的耗尽区加速了半导体表面导电沟道的夹断，更好地实现了器件开关特性的提升。现以图I为例，说明本发明的工作原理。本发明所提供的一种低开启电压二极管，当金属化阳极8相对于金属化阴极I加零电压时，由于深P体区5的掺杂浓度远远大于K外延层3的掺杂浓度，深P体区5和N_外延层3形成的PN结的耗尽区向N-外延层3扩展，使得结型场效应管区4的N—外延层3处于耗尽状态；当金属化阳极8相对于金属化阴极I加非常小的正向电压时，结型场效应晶体管区4的深P体区5通过P型重掺杂区6与金属化阳极8接到正电压，使得深P体区5和N_外延层3形成的PN结的耗尽区缩小，结型场效应晶体管区4的K外延层3导电沟道开启，沟道与N型重掺杂区7—起在器件中形成导电通路，从而二极管正向导通。当金属化阳极8相对于金属化阴极I加反向电压时，结型场效应管区4的导电沟道被夹断，继续增大反向电压，耗尽层向靠近金属化阴极I 一侧的N_外延层3扩展，从而使得本发明的二极管结构可以承受很高的反向击穿电压，并且表面金属化阳极8与N_外延层3形成的肖特基结构的耗尽区使得漏电流比较小。借助MEDICI仿真软件对所提供的如图I所示的一种低开启电压二极管进行了仿真。仿真器件参数为深P体区掺杂浓度为3X1017cm_3，厚度为0.65iim;N_外延层掺杂3. 4X IO1W,厚度为9. 5 ii m ;N型重掺杂区掺杂8X 1019cm_3，P型重掺杂区掺杂
I.8 X IO20cnT3, N型衬底区掺杂I X IO20cnT3,仿真元胞宽度为2 ii m，深P体区间距为0. 8um，表面金属功函数为4. 8eV。图2是上述一种低开启电压二极管的正向导通压降仿真曲线。由图可知，大约
0.2V的正向电压就能使深P体区之间的N—外延层打开电流通道。同时由于阳极表面欧姆接触与深P体区之间的电流通道连通，使得在较小正向电压下就有比较大的正向电流。图3是上述一种低开启电压二极管的击穿电压仿真曲线图。深P体区和f外延层形成的PN结承受击穿电压，且耗尽区向N_外延层扩展。由图可知，深P体区之间的耗尽区降低了漏电流，同时阳极肖特基结构形成的耗尽区也大大降低了器件的漏电流。
综上所述，本发明提供的一种低开启电压二极管，由于结合了 PN结，欧姆接触和肖特基结构，降低开启电压的同时也大大提高了正向电流，并且反向漏电流也得到了降低。
图I是本发明提供的一种低开启电压二极管结构示意图其中，I是金属化阴极，2是N+衬底区，3是N_外延层，4是结型场效应晶体管区，5是深P体区，6是P型重掺杂区，7是N型重掺杂区，8是金属化阳极。图2是本发明所提供的一种低开启电压二极管的正向导通压降仿真曲线图。图3是本发明所提供的一种低开启电压二极管的反向击穿电压仿真曲线图。
具体实施例方式采用本发明的一种低开启电压二极管，可以实现较小的正向开启电压，低的导通压降，高的反向击穿电压，较小的反向漏电流，良好的反向恢复特性。随着半导体技术的发展，采用本发明还可以制作更多的高压低功耗器件。一种低开启电压二极管，其基本结构如图I所示，包括N+衬底2、位于N+衬底2背 面的金属化阴极I和位于N+衬底2正面的N_外延层3 ;N_外延层3表面是金属化阳极8,N_外延层3顶部两侧分别具有一个P型重掺杂区6，两个P型重掺杂区6旁边分别具有一个N型重掺杂区7 ;金属化阳极8位于器件顶层，覆盖在所有P型重掺杂区6、N型重掺杂区7以及f外延层3的表面；两个P型重掺杂区6下方还分别具有一个深P体区5，两个深P体区5分别通过一个P型重掺杂区6与金属化阳极8相连；深P体区5的横向尺寸大于P型重掺杂区6的横向尺寸，两个深P体区5和它们之间的N—外延层3构成一个结型场效应晶体管区4。上述方案中1、所述N型重掺杂区7与深P体区5之间不存在交叠区域；2、金属化阴极7和金属化阳极8可以采用铝、铜、钨或者其它金属导电材料制作；3、器件半导体材料可采用体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅等半导体材料制作。。一种低开启电压二极管，其具体实现方法包括选取N型〈100〉晶向区熔单晶衬底，K外延层生长、深P体区硼注入，P型重掺杂区硼注入，N型重掺杂区砷注入，刻蚀欧姆孔，正面金属化，金属刻蚀，背面金属化，钝化等等。
权利要求
1.一种低开启电压二极管，包括N+衬底(2)、位于N+衬底(2)背面的金属化阴极(I)和位于N+衬底(2)正面的N_外延层(3) ;N_外延层(3)表面是金属化阳极(8)，K外延层(3)顶部两侧分别具有一个P型重掺杂区(6)，两个P型重掺杂区(6)旁边分别具有一个N型重掺杂区(7);金属化阳极(8)位于器件顶层，覆盖在所有P型重掺杂区(6)、N型重掺杂区(7)以及N_外延层(3)的表面；两个P型重掺杂区(6)下方还分别具有一个深P体区(5)，两个深P体区(5)分别通过一个P型重掺杂区(6)与金属化阳极(8)相连；深P体区(5)的横向尺寸大于P型重掺杂区(6)的横向尺寸，两个深P体区(5)和它们之间的N_外延层(3)构成一个结型场效应晶体管区(4)。
2.根据权利要求I所述的低开启电压二极管，其特征是，所述N型重掺杂区(7)与深P体区(5)之间不存在交叠区域。
3.根据权利要求I所述的低开启电压二极管，其特征是，所述金属化阴极(7)和金属化阳极(8)采用铝、铜、钨或者其它金属导电材料制作。
4.根据权利要求I所述的低开启电压二极管，其特征是，所述低开启电压二极管采用体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅半导体材料制作。
全文摘要
一种低开启电压二极管，属于半导体器件技术领域。本发明利用PN结二极管的耗尽区缩小与增大来控制二极管开启和关断，使得器件在很小的正向电压下就有电流通道。在小的正向电压下，阳极欧姆接触结构的引入就能使得器件在正向导通时产生正向电流；在阳极电压增加到能使得阳极肖特基结构打开时，又会增大正向电流；当所加阳极电压足以使得PN结也导通时，PN结的正向电流能使得二极管正向电流进一步增大。器件反向时，在很小的反向电压下夹断导电沟道，低掺杂的外延层可以承受增加的反向电压，阳极肖特基结构此时又能够帮助减小反向漏电流。采用本发明可以实现二极管低的开启电压，较大的正向电流，较小的反向漏电流和良好的反向恢复特性。
文档编号H01L29/47GK102709317SQ20121018633
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者任敏, 张波, 张蒙, 张金平, 李巍, 李泽宏, 魏进 申请人:电子科技大学