TWI844711B - 蕭特基障壁二極體 - Google Patents

Abstract

公開了一種可以應用於諸如移動積體電路的需要低截止電流（Ioff）的應用的蕭特基障壁二極體。蕭特基障壁二極體能夠藉由改善由空乏而夾止的接觸表面的結構，從而在保持導通電流的優勢的同時，改善對於反向電流的阻斷特性。

Description

蕭特基障壁二極體

本公開係有關於一種蕭特基障壁二極體，並且更特別地，係有關於一種可以應用於諸如移動積體電路的需要低截止電流（Ioff）的應用的蕭特基障壁二極體。

蕭特基障壁二極體是使用由障壁金屬與半導體之間的接觸產生的障壁作為整流作用的器件。蕭特基障壁二極體用於高速切換或高頻轉換、高頻檢測等。

當正向電流流入蕭特基障壁二極體時，借助於磊晶半導體層的移動到障壁金屬的多個載子來導通蕭特基障壁二極體。在這種情況下，電壓-電流特性取決於蕭特基特性。

此外，如果反向電流要流入蕭特基障壁二極體，則藉由障壁金屬與半導體之間的障壁來斷開蕭特基障壁二極體。藉由由P井區域空乏為N井區域時形成的接面障壁來斷開蕭特基障壁二極體。

為了將蕭特基障壁二極體應用於需要快速斷開和低截止電流（Ioff）的應用，蕭特基障壁二極體需要一種結構，以能夠在保持導通電流（Ion）不變的優勢的同時改善截止電流（Ioff）。

各種實施例旨在提供在保持導通電流（Ion）的優勢的同時具有改善的截止電流特性的蕭特基障壁二極體。

此外，各種實施例旨在藉由形成其中由空乏形成的接面障壁的半導體區域而提供具有改善的截止電流特性的蕭特基障壁二極體，使得在垂直彼此的第一方向和第二方向上的寬度具有相同的長度。

在實施例中，蕭特基障壁二極體包括障壁金屬層和配置為與障壁金屬層形成蕭特基接觸的半導體基板。半導體基板包括：第一半導體區域，配置成形成與障壁金屬層接觸的第一接觸表面；以及第二半導體區域，分別分佈在第一接觸表面內的多個位置處，並配置為形成與障壁金屬層接觸的各個第二接觸表面。對於從半導體基板到障壁金屬層的反向電流流動，第一半導體區域具有絕緣特性。每個第二接觸表面形成為具有在彼此垂直的第一方向和第二方向上具有相同長度的寬度。藉由反向電流流動，第一半導體區域空乏到第二半導體區域中，以阻斷反向電流流動穿過第二半導體區域。

以下將參照附圖詳細描述示例性實施例。然而，本公開可以以不同的形式實施並且不應被構造為限於本文闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是透徹和完整的，並將向本領域技術人員充分地傳達本公開的範圍。在整個本公開中，貫穿本公開的各種附圖和實施例，相同的附圖標記指代相同的部分。

以下將參照圖1至圖3描述根據實施例的蕭特基障壁二極體。

圖1是根據實施例的蕭特基障壁二極體的平面佈局，並且示出了尚未形成障壁金屬層BM和陽極AN的狀態。此外，圖2和圖3是沿圖1中的線2-2截取的局部截面圖。蕭特基障壁二極體包括半導體基板SM、障壁金屬層BM和在半導體基板SM一側上的陽極AN，以及在半導體基板SM另一側上的陰極CA。

陽極AN、陰極CA和障壁金屬層BM包括導電材料，並且可以形成為具有製造商設計的厚度。在這些元件中，障壁金屬層BM可以形成為包括金屬材料，諸如鈦（Ti）或Ti合金、矽化物或矽化鈷。

障壁金屬層BM藉由保護環10將與之接觸的接觸區域限定在半導體基板SM中。接觸區域可以理解為保護環10的內部區域。

例如，圖1示出了保護環10形成為四邊形。沿保護環10在保護環10內形成隔離區域20。保護環10和隔離區域20可以理解為形成在半導體基板SM的一側並填充有絕緣物質的溝槽。在元件當中，保護環10可以理解為形成為用於保護環10的內部區域和外部區域之間的電隔離。隔離區域20可以理解為輔助地形成為用於隔離。

如圖2和圖3所示，障壁金屬層BM形成在由保護環10限定的接觸區域上方。陽極AN形成在障壁金屬層BM上方。

此外，參照圖1，第一接觸表面30和第二接觸表面40形成在保護環10的接觸區域內。

第一接觸表面30形成在保護環10內的矩形中。第二接觸表面40分佈在第一接觸表面30內的多個位置處。每個第二接觸表面40的寬度在彼此垂直的第一方向（例如，圖1中的X）和第二方向（例如，圖1中的Y）上具有相同長度。例如，每個第二接觸表面40被示為圓形。

參照圖2和圖3，第一接觸表面30可以理解為由保護環10的內部區域的第一半導體區域形成的上表面。第二接觸表面40可以理解為由保護環10的內部區域的第二半導體區域形成的上表面。

第一半導體區域可以使用P型半導體形成。例如，第一半導體區域可以由P井130形成。第二半導體區域可以使用N型半導體形成。例如，第二半導體區域可以由N井140形成。在下文中，第一半導體區域被稱為P井130，以及第二半導體區域被稱為N井140。

P井130形成為具有第一深度。N井140形成為具有等於或大於第一深度的深度。圖2和圖3示出了N井140形成為下部井，以及P井130形成為上部井。

參照圖2和圖3描述半導體基板SM的結構。

半導體基板SM包括子層100和磊晶層110。例如，子層100可以使用N+型半導體形成。例如，磊晶層110可以使用N-型半導體形成。磊晶層110形成在子層100上。陰極CA形成在子層100下，即，在半導體基板SM的另一側。

N井140形成在磊晶層110中作為下部井。P井130形成在N井140上作為上部井。在這種情況下，N井140可以形成為高電壓N井。可以藉由考慮磊晶層110和子層100來確定雜質的量。

由N井140形成的第二接觸表面40彼此間隔開，並且形成為在第一接觸表面30內包括多個行。此外，第二接觸表面40的相鄰行設置為交錯。因此，第二接觸表面40可以均勻地分佈在第一接觸表面30中。

由於如上所述地實現了根據實施例的蕭特基障壁二極體，所以如圖2所示能夠確保正向電流流動，並且如圖3所示能夠有效地阻斷反向電流流動。

更具體地，對於從障壁金屬層BM到半導體基板SM的正向電流流動，形成第一接觸表面30的P井130和形成第二接觸表面40的N井140根據蕭特基接觸具有蕭特基特性。結果是，如圖2所示，確保了正向電流流動，即導通電流（Ion）的流動。

對於從半導體基板SM到障壁金屬層BM的反向電流流動，P井130具有絕緣特性。

此外，P井130藉由反向電流流動形成延伸到N井140的區域（即第二接觸表面40）的空乏區域DP。P井130的空乏區域DP藉由反向電流而逐漸生長。結果是，由N井140形成的第二接觸表面40被空乏區域DP夾止。空乏區域DP形成接面障壁。結果是，流過第二接觸表面40的反向電流被阻斷。即，截止電流（Ioff）即反向電流被阻斷。

根據實施例的每個第二接觸表面40形成為圓形。因此，藉由P井130的生長，空乏區域DP能夠在第二接觸表面40的所有側面上均勻地生長。藉由空乏區域DP的生長，第二接觸表面40能夠被有效地夾止。

因此，由於其中形成有空乏區域DP的每個第二接觸表面40形成的圓形在彼此垂直的第一方向和第二方向上具有相同長度的寬度，所以圖1至圖3的實施例能夠改善形成夾止的特性。結果是，蕭特基障壁二極體能夠在保持導通電流的優勢的同時改善對於反向電流流動的阻斷特性，並且能夠具有改善的截止電流特性。

根據如圖4中的實施例，每個第二接觸表面45可以形成為正方形。除了第二接觸表面45的形狀以外，圖4的實施例以與圖3的實施例相同的方式來配置，並因此省略冗餘描述。

每個第二接觸表面45形成為正方形，即附圖中的一種，每個第二接觸表面45在彼此垂直的第一方向和第二方向上具有相同長度的寬度。

因此，藉由反向電流流動，P井130的空乏區域DP在四個表面中以均勻的速度生長。結果是，由N井140形成的第二接觸表面45能夠由空乏區域DP有效地夾止。流過第二接觸表面45的反向電流能夠被有效地阻斷。

即，由於其中形成有空乏區域DP的每個第二接觸表面45形成的正方形在彼此垂直的第一方向和第二方向上具有相同長度的寬度（即附圖中的一個示例），所以圖4的實施例能夠改善形成夾止的特性。結果是，蕭特基障壁二極體能夠在保持導通電流的優勢的同時改善對於反向電流流動的阻斷特性，並且能夠具有改善的截止電流特性。

除了圖1所示的圓形和圖4中所示的正方形之外，在一般多邊形之中，每個第二接觸表面45中可以配置為具有在彼此垂直的第一方向和第二方向上具有相同長度的寬度的正八邊形。

即，根據實施例的蕭特基障壁二極體能夠應用於諸如移動積體電路的需要快速斷開和低截止電流（Ioff）的應用。

本公開能夠藉由改進其中形成有空乏區域DP的半導體區域，從而在保持導通電流的優勢的同時改善對於反向電流流動的阻擋特性。

此外，本公開的優勢在於，由於藉由空乏形成接面障壁的每個半導體區域在彼此垂直的第一方向和第二方向上具有相同長度的寬度，所以具有改善的截止電流特性。

雖然以上已經描述了各種實施例，但是本領域技術人員將理解，所描述的實施例僅是示例性的。因此，不應基於所描述的實施例來限制本文所描述的公開。

2-2:線

10:保護環

20:隔離區域

30:第一接觸表面

40:第二接觸表面

45:第二接觸表面

100:子層

110:磊晶層

130:P井

140:N井

AN:陽極

BM:障壁金屬層

CA:陰極

DP:空乏區域

Ioff:截止電流

Ion:導通電流

SM:半導體基板

X:第一方向

Y:第二方向

圖1是根據實施例的蕭特基障壁二極體的平面圖。

圖2是沿圖1中的線2-2截取的用於描述正向電流流動的局部截面圖。

圖3是沿圖1中的線2-2截取的用於描述反向電流流動的局部截面圖。

圖4是根據另一實施例的蕭特基障壁二極體的平面圖。

2-2:線

10:保護環

20:隔離區域

30:第一接觸表面

40:第二接觸表面

X:第一方向

Y:第二方向

Claims (8)

1. 一種蕭特基障壁二極體，包括： 障壁金屬層；以及 半導體基板，配置為與所述障壁金屬層形成蕭特基接觸， 其中，所述半導體基板包括： 第一半導體區域，配置為形成與所述障壁金屬層接觸的第一接觸表面；以及 第二半導體區域，分別分佈在所述第一接觸表面內的多個位置處，並配置為形成與所述障壁金屬層接觸的各個第二接觸表面， 對於從所述半導體基板到所述障壁金屬層的反向電流流動，所述第一半導體區域具有絕緣特性； 每個所述第二接觸表面形成為具有在彼此垂直的第一方向和第二方向上具有相同長度的寬度；以及 藉由所述反向電流流動，所述第一半導體區域空乏到所述第二半導體區域中，以阻擋所述反向電流流動穿過所述第二半導體區域。
2. 根據請求項1所述的蕭特基障壁二極體，其中： 陽極形成在所述障壁金屬層上，以及 所述第一半導體區域和所述第二半導體區域對於從所述障壁金屬層到所述半導體基板的正向電流流動具有蕭特基特性。
3. 根據請求項1所述的蕭特基障壁二極體，其中： 使用P型半導體形成所述第一半導體區域，以及 使用N型半導體形成所述第二半導體區域。
4. 根據請求項1所述的蕭特基障壁二極體，其中： 所述第一半導體區域由具有第一深度的P井形成，以及 所述第二半導體區域由深度等於或大於所述第一深度的N井形成。
5. 根據請求項4所述的蕭特基障壁二極體，其中，所述N井形成為高電壓N井。
6. 根據請求項1所述的蕭特基障壁二極體，其中，每個所述第二接觸表面形成為圓形。
7. 根據請求項1所述的蕭特基障壁二極體，其中，每個所述第二接觸表面形成為正方形。
8. 根據請求項1所述的蕭特基障壁二極體，其中： 所述第二接觸表面形成為在所述第一接觸表面內具有多個行，以及 所述第二接觸表面的相鄰行設置為交錯。