CN102842621A - 半导体二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体二极管,包括:半导体基底,具有第一导电型的轻掺杂区;第一重掺杂区,位于所述轻掺杂区内,且具有与所述第一导电型相反的第二导电型;第二重掺杂区,位于所述轻掺杂区内且与所述第一重掺杂区直接接触,其具有所述第一导电型;第一金属硅化物层,位于所述半导体基底上,且与所述第一重掺杂区直接接触;第二金属硅化物层,位于所述半导体基底上,且与所述第二重掺杂区直接接触,其中所述第二金属硅化物层与所述第一金属硅化物层隔开。本发明所提出的半导体二极管可降低半导体二极管的重掺杂区的接触电阻,进而有效的减少半导体二极管的功率损失。

Description

半导体二极管
技术领域
本发明有关于一种半导体装置,且特别是有关于一种可减少功率损失的半导体二极管。
背景技术
半导体二极管为熟知的电子组件,其限制了电荷载子的流动方向。半导体二极管容许电流往预定的方向流动,且实质阻挡通往相反于预定的方向的电流。在没有二极管的情形下,大部分的电子装置无法进行操作。
大部分惯用的半导体二极管为p-n接面二极管,其由半导体材料所构成,例如硅、砷化镓(GaAs)或碳化硅(SiC),其内具有杂质元素,用以调整其操作特性。p-n接面二极管广泛使用于低电压开关、电源供应器、电源转换器及相关应用。在现有技术中,当在阴极(n侧)侧施加正电压、在阳极(p-侧)侧施加负电压时,上述p-n接面二极管会阻挡电流直至阴极电压高到足以发生崩溃。在反向偏压(reverse bias)的操作模式中,从阴极至阳极的电流非常低,且称其为漏电流。当在阳极侧施加正电压、在阴极侧施加负电压时,称此操作模式为正向偏压(forward bias)(二极管的跨电压称为正向偏压电压)。从阳极至阴极的电流随着正向偏压电压的增加而增加。因电流上升的作用,当达到阈值电压(threshold voltage)(或称为导通电压(turn on voltage))时,二极管将切换至导通状态(ON state)。而超过导通电压时,电流将会明显增加。
通常二极管所需的导通电压约为0.7伏特左右,且二极管的功率损失与正向偏压电压成正比。在许多家用电子装置中,例如电视机或微波炉等等,使用家用电压来供电,因此可忍受(tolerate)电路中二极管的功率损失。然而,对于使用电池供电的电子装置来说,例如笔记本电脑、手机或数字相机等等则无法忍受上述功率损失,其原因在于上述功率损失会直接缩短电池寿命,进而影响到电子装置的可用性(usability)。由于半导体装置的尺寸持续的缩小而集成电路中的装置密度持续的增加,因此集成电路中功率损失的问题变得更为严重。
因此,有必要寻求一种新的半导体二极管设计,其能够改善上述的问题。
发明内容
由此,本发明的目的为提供半导体二极管,以有效的减轻半导体二极管的功率损失,从而改善集成电路中功率损失的问题。
本发明提供的半导体二极管,包括:半导体基底,其具有第一导电型的轻掺杂区;第一重掺杂区,位于所述轻掺杂区内,且具有与所述第一导电型相反的第二导电型;第二重掺杂区,位于所述轻掺杂区内,且与所述第一重掺杂区直接接触,其具有所述第一导电型;第一金属硅化物层,位于所述半导体基底上,且与所述第一重掺杂区直接接触;第二金属硅化物层,位于所述半导体基底上,且与所述第二重掺杂区直接接触,其中所述第二金属硅化物层与所述第一金属硅化物层隔开。
本发明所提出的半导体二极管,可降低半导体二极管的重掺杂区的接触电阻,进而能够有效的减少半导体二极管的功率损失,从而改善集成电路中功率损失的问题。
对于已经阅读后续由各附图及内容所显示的较佳实施方式的本领域的技术人员来说,本发明的目的是明显的。
附图说明
图1A为根据本发明一实施方式的半导体二极管的平面示意图;
图1B为沿图1A中1B-1B’线的剖面示意图。
具体实施方式
在通篇说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域的技术人员应可理解,电子设备制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为开放式的用语,故应解释成“包括但不限定于”。
如图1A及图1B所示,其分别为根据本发明一实施方式的半导体二极管10的平面示意图以及沿图1A中1B-1B’线的剖面示意图。在本实施方式中,半导体二极管10可以实现为例如p-n接面二极管。半导体二极管10包括半导体基底100。半导体基底100可包括硅或其他第III主族、第IV主族和/或第V主族元素。可通过例如布植工序(implantprocess)或其他常用的掺杂工序,在半导体基底100内形成具有第一导电型(例如,n型或p型)的轻掺杂井区(其也称为轻掺杂区或井区)102。在本实施方式中,半导体基底100可具有与轻掺杂区102的第一导电型相反的第二导电型。举例来说,半导体基底100的第二导电型为p型,而轻掺杂井区102的第一导电型为n型。另外,可通过在半导体基底100内布植磷或砷而形成轻掺杂井区102。在另一实施方式中,可通过在半导体基底100上成长磊晶(epitaxial)半导体层,接着对其进行n型杂质布植工序而形成轻掺杂井区102。
隔离结构103形成于半导体基底100的轻掺杂井区102内,以在其中限定出主动区(active area)OD。在本实施方式中,可使用浅沟槽隔离结构(shallow trench isolation,STI)作为隔离结构103,然而在其他实施方式中,也可使用熟知的局部硅氧化结构(local oxidationof silicon,LOCOS)。
第一重掺杂区104,其具有与半导体基底100相同的第二导电型,以及第二重掺杂区105,其具有与轻掺杂井区102相同的第一导电型,分别形成于轻掺杂井区102内且对应于主动区OD,其中第二重掺杂区105与第一重掺杂区104直接接触,以形成半导体二极管10的p-n接面,且第一重掺杂区104与第二重掺杂区105二者被由隔离结构103所形成的环状体所环绕,如图1A所示。在本实施方式中,第一重掺杂区104与第二重掺杂区105可通过进行不同的离子布值工序而形成。
第一金属硅化物层106以及第二金属硅化物层108设置于半导体基底100的轻掺杂井区102上,且分别与第一重掺杂区104及第二重掺杂区105直接接触。在一实施方式中,第一金属硅化物层106及第二金属硅化物层108可包括镍硅化物。另外,在其他实施方式中,第一金属硅化物层106及第二金属硅化物层108可包括适当的其他金属硅化物,例如钛硅化物、钴硅化物、钽硅化物、铂硅化物或其组合。
可采用传统的硅化工序形成第一金属硅化物层106及第二金属硅化物层108。举例来说,可在形成任何金属硅化物层之前,在半导体基底100上沉积抗氧化保护(resist protective oxide,RPO)层(图未示),接着可选择性去除位于需进行硅化工序处的抗氧化保护层。金属层(图未示)选择性形成于轻掺杂井区102上,形成金属层处对应于主动区OD且其未被抗氧化保护层所覆盖。可对金属层进行高温退火工序(high temperature annealing process),使金属层与下方的半导体基底100发生反应,而分别形成与第一重掺杂区104直接接触的第一金属硅化物层106及与第二重掺杂区105直接接触的第二金属硅化物层108。最后,去除抗氧化保护层,使第一金属硅化物层106与第二金属硅化物层108隔开。
在半导体基底100上设置内层介电(interlayer dielectric,ILD)层110(图1A中未示出),其可包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合或低介电材料(low k material),例如氟硅玻璃(fluorinated silicateglass,FSG)、掺杂碳的氧化物(carbon doped oxide)、甲基硅酸盐类(methyl silsequioxane,MSQ)、含氢硅酸盐类(hydrogen silsequioxane,HSQ)、或氟四乙基硅酸盐(fluorine tetra-ethyl-orthosilicate,FTEOS)。内层介电层110可通过化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)、低压化学气相沉积(low pressure CVD,LPCVD)、电浆增强化学气相沉积(plasma enhanced CVD,PECVD)、高密度电浆化学气相沉积(high density plasma CVD,HDPCVD)、或其他熟知的沉积技术形成。
第一金属接触窗(metal contact)112与第二金属接触窗114设置于内层介电层110内,且分别与第一金属硅化物层106及第二金属硅化物层108直接接触,用以提供电性连接,其中第一金属接触窗112与第二金属接触窗114作为半导体二极管10的接线端(terminal)。在一实施方式中,第一金属接触窗112与第二金属接触窗114可包括金属钨,然而在其他实施方式中也可使用适当的其他金属,例如铝、铜或其合金。可通过对内层介电层110进行通路洞(via hole)蚀刻工序,接着在通路洞内填入金属而形成第一金属接触窗112与第二金属接触窗114。在内层介电层110上设置多个金属层(图未示),且分别电性连接至第一金属接触窗112与第二金属接触窗114,以将半导体二极管10电性连接至其他半导体装置或电路(图未示)。
根据上述实施方式,由于金属接触窗与金属硅化物层(其导电率高于半导体二极管的重掺杂区的导电率)直接接触,因此可降低半导体二极管的重掺杂区的接触电阻,进而减少半导体二极管的功率损失。此外,由于位于金属接触窗与对应的重掺杂区之间的金属硅化物层,可减轻金属/半导体接触面(interface)因制作接触窗期间发生过蚀刻所引起的损害,因此可增加半导体二极管的可靠度及稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式,凡依本发明权利要求所做的均等变化和修饰,均应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种半导体二极管,包括:
半导体基底,具有第一导电型的轻掺杂区;
第一重掺杂区,位于所述轻掺杂区内,且具有与所述第一导电型相反的第二导电型;
第二重掺杂区,位于所述轻掺杂区内,且与所述第一重掺杂区直接接触,其具有所述第一导电型;
第一金属硅化物层,位于所述半导体基底上,且与所述第一重掺杂区直接接触;
第二金属硅化物层,位于所述半导体基底上,且与所述第二重掺杂区直接接触,其中所述第二金属硅化物层与所述第一金属硅化物层隔开。
2.如权利要求1所述的半导体二极管,其特征在于,所述半导体二极管还包括隔离结构,位于所述半导体基底内,且环绕所述第一重掺杂区及所述第二重掺杂区。
3.如权利要求2所述的半导体二极管,其特征在于,所述隔离结构为浅沟槽隔离结构。
4.如权利要求1所述的半导体二极管,其特征在于,所述半导体二极管还包括:
第一金属接触窗,与所述第一金属硅化物层直接接触;以及
第二金属接触窗,与所述第二金属硅化物层直接接触。
5.如权利要求4所述的半导体二极管,其特征在于,所述第一金属接触窗及所述第二金属接触窗包括金属钨。
6.如权利要求1所述的半导体二极管,其特征在于,所述第一金属硅化物层及所述第二金属硅化物层包括镍硅化物。
7.如权利要求1所述的半导体二极管,其特征在于,所述第一导电型为n型,且所述第二导电型为p型。
8.如权利要求1所述的半导体二极管,其特征在于,其中所述第一导电型为p型,且所述第二导电型为n型。
9.如权利要求1所述的半导体二极管,其特征在于,所述半导体二极管还包括:
内层介电层,位于半导体基底上;以及
第一金属接触窗与第二金属接触窗,设置于所述内层介电层内,且分别与所述第一金属硅化物层及所述第二金属硅化物层直接接触。
10.如权利要求9所述的半导体二极管,其特征在于,所述内层介电层包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合或低介电材料。
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