[發明專利]一種溝槽肖特基勢壘二極管及其制造方法

有效

• 申請號: 201210382236.7
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102916055A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 劉偉
• 申請（專利權）人: 杭州立昂微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/329
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其是涉及一種溝槽肖特基勢壘二極管及其制造方法。

背景技術

整流器件作為交流到直流的轉換器件，要求單向導通特性，即正向導通時開啟電壓低，導通電阻小，而反向偏置時阻斷電壓高，反向漏電小。肖特基勢壘二極管作為整流器件已經在電源應用領域使用了數十年，由于具有正向開啟電壓低和開關速度快的優點，這使其非常適合應用于開關電源以及高頻場合。

肖特基勢壘二極管是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結原理制作的。傳統的平面型肖特基勢壘二極管器件通常由低摻雜濃度的N－外延層與頂面沉積的金屬層形成肖特基勢壘接觸而構成。金屬與N型單晶硅的功函數差形成勢壘，該勢壘的高低決定了肖特基勢壘二極管的特性，較低的勢壘可以減小正向導通開啟電壓，但是會使反向漏電增大，反向阻斷電壓降低；反之，較高的勢壘會增大正向導通開啟電壓，同時使反向漏電減小，反向阻斷能力增強。然而，傳統的平面型肖特基勢壘二極管總體來說反向漏電大，反向阻斷電壓低。針對上述問題，溝槽肖特基勢壘二極管被發明出來，其具有低正向導通開啟電壓的同時，克服了上述平面型肖特基二極管的缺點。

溝槽肖特基勢壘二極管的顯著特點是在N-外延層中存在若干延伸入N-外延層中的溝槽，覆蓋在溝槽表面的氧化層，以及填充其中的導電材料。美國專利?US?5365102?披露了一種溝槽肖特基勢壘二極管及制造方法，其中一實施例的器件結構如圖1所示。從該圖中可以看出，制作器件的硅片由高摻雜的半導體襯底4和較低摻雜的外延層3構成，一系列溝槽6制備于外延層3中，溝槽6之間為N型單晶硅凸臺7，溝槽6側壁生長有隔離層9，陽極金屬層1覆蓋在整個結構的上表面，并與凸臺7的頂面接觸形成肖特基勢壘接觸；在半導體襯底4底面沉積有陰極金屬層5。由于溝槽6、隔離層9、以及溝槽6內的陽極金屬導電材料組成的復合結構的存在，使器件反向偏置時電場分布發生變化，溝槽底部區域電場強度出現峰值，凸臺7內自由載流子完全耗盡，到達肖特基勢壘的電場強度降低，從而增強了器件的電壓反向阻斷能力，減小了反向漏電。其不足之處在于：一.?反向偏置時溝槽底部電場由外延層中的耗盡層和氧化層共同承擔，由于臺階覆蓋能力限制，溝槽底部氧化層生長往往出現厚度較薄，厚度不均勻的現象；導致器件性能下降，可靠性降低。同時，為了實現臺面內完全耗盡，氧化層厚度也受到一定限制；二.?臺面頂角直接與金屬層接觸，存在尖端放電效應，容易引起反向漏電變大，反向阻斷能力下降；三.?在制造過程中，臺面頂部側面的局部二氧化硅層容易損傷，進而影響臺面頂角處外延層的材料性質，例如晶格結構損傷和雜質沾污，導致臺面頂角附近區域肖特基勢壘接觸質量下降甚至無法形成肖特基勢壘，從而造成器件反向漏電變大，反向阻斷能力下降，器件可靠性降低至器件完全失效；四.?溝槽內填充的金屬與上金屬層相同，當溝槽寬度較窄時，由于金屬層材料的縫隙填充能力不好，有可能留下空洞，影響器件的可靠性。

為此，解決上述問題，并進一步優化溝槽肖特基勢壘二極管性能，提高器件可靠性，簡化器件制造方法以降低成本具有重要意義。

發明內容

本發明是為了解決現有技術的溝槽肖特基勢壘二極管性能與可靠性低，反向漏電大，反向阻斷能力差的問題，提供了一種反向漏電低，電壓反向阻斷能力佳，可靠性好的溝槽肖特基勢壘二極管。

本發明還提供了一種溝槽肖特基勢壘二極管的制造方法，該制造方法步驟少，制造成本低，能有效抑制溝槽底部氧化層厚度薄或者不均勻導致的器件性能和可靠性退化，同時有效隔絕因隔離層局部損傷而被工藝過程損傷和雜質沾污的區域，保證凸臺頂角附近區域肖特基勢壘接觸質量。???

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：