[发明专利]一种肖特基二极管

说明书

技术领域

本发明属于整流器件技术领域，具体涉及一种肖特基二极管，尤其涉及一种具有更大的反向击穿电压和更小的反向漏电流的肖特基二极管。

背景技术

肖特基二极管是二极管大类中的一个分支，一般由金属或类金属的化合物与半导体接触而成。由于界面处能带的不连续性，注入的载流子具有多余的能量，所以该结构也称为热载流子二极管或者热电子二极管。和其他类型的二极管一样，肖特基二极管的基本特性是在正向工作时表现为很低的电阻，而在反向工作时表现为很高的电阻。

该器件的应用最早可以追溯到19世纪。1874年Braun发现在铜和铁的硫化物之间导电性能存在不对称性。随后在整流机制并没有得到清晰认识的情况下， Pickard在1906年得到了用硅作点接触二极管的专利。1907年Pierce发表论文，阐明了将金属喷涂到各种半导体上做成的二极管的整流特性。随后的二十年里，“触须式”整流器的推广应用了广播事业的极大发展。1938年，Schottky和Mott分别独自实现了用半导体表面空间电荷形成势垒并提出了独立的理论模型。1942年Bethe系统地阐述了热电子发射理论。该理论在1966年由Crowell和Sze加以完善。1968年，Lepselter等人率先使用硅化物替代硅表面的金属。1984年，Tung开发出外延硅化物工艺，提出了对本征金属-半导体特性的新见解。

肖特基二极管不同于PN结二极管的特点在于，正向开启电压低，导通电流大，同时开关速度由于不存在少子贮存效应而快于PN结二极管。相对地，在反向性能方面，传统的肖特基二极管一般性能不如PN结二极管，表现在漏电流较大，击穿电压较低。

从集成电路的发展趋势看，出于节省功耗的考虑，一方面，电路的工作电压越来越低，这就要求单个器件的开启电压相应降低，而肖特基二极管在低开启电压方面的优势明显；另一方面，器件关态的漏电也是功耗的一个部分，对于肖特基二极管，减小反向漏电就成为了一个课题。另外，对于功率二极管，人们还希望它们能承受很高的反向电压而不被击穿。

不幸的是，上述的良好正向和反向特性对于传统的肖特基二极管而言是不可同时兼得的。对于肖特基二极管的两个关键参数：肖特基势垒高度(Schottky Barrier Height,SBH)和半导体掺杂浓度而言，降低SBH可以得到更小的开启电压，但会导致更大的反向漏电，反之亦然。升高半导体掺杂浓度可以得到更小的开启电压，但由于半导体内碰撞电离效应的加剧会导致反向更容易被击穿，反之亦然。

1994年Baliga等人在专利 “Schottky barrier rectifier with MOS trench” (US Patent NO. 5,365,102) 中提出Trench Mos Barrier Schottky rectifier(TMBS)概念，改变了传统肖特基二极管平面金半接触的结构，转而使用横向的金属氧化层结构包围矩形的半导体导电沟槽,同时获得了良好的正向和反向特性。TMBS的结构图以及电学特性图由图1至图3示出，均引自前述’102 patent。

对TMBS的器件模拟结果显示，在反向偏置下，在拐角区域存在极强的电场峰。因此反向电压加至一定程度时击穿首先发生在这里。该电场汇聚效应对于获取更好的反向特性是不利的。原因是大电场会导致雪崩击穿。

本发明的指导思想在于使用圆弧形的导电沟槽以避免上述的介质层拐角处电场集中效应，从而增大器件的反向击穿电压，以及减小未击穿时器件的漏电流。

发明内容

本发明的目的是提出一种能改善方向特性，即减小漏电流并提高击穿电压的肖特基二极管。

本发明提出的肖特基二极管，采用圆弧形的导电沟槽，降低原TMBS介质层拐角处的大电场，从而改善肖特基二极管的反向特性。具体结构包括：

第一导电类型的重掺杂半导体构成的第一区域，称为衬底，衬底下方为第一种金属构成的导电阴极。

第一导电类型的轻掺杂半导体构成的第二区域，覆盖于第一区域的上表面。左右相对地刻蚀出沟槽，沟槽竖直，底部呈现圆弧形状。两条相对沟槽之间所夹的轻掺杂半导体区域称为平台，本发明中平台的特征是底部呈现圆弧形状。

第一种介质构成的第三区域，覆盖于前述平台两侧壁的上表面及其余第二区域半导体的上表面。保持沟槽底部的持圆弧形状。

第二种金属构成的导电阳极，覆盖于第三区域的上表面及平台顶部之上表面。

上述肖特基二极管中：

所述的第一导电类型可以为N型。