[發(fā)明專利]增強(qiáng)型溝槽式肖特基二極管整流器件及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410348790.2
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104134702A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐吉程;毛振東;薛璐
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州硅能半導(dǎo)體科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 馬明渡;王健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及整流器件及其制造方法，特別涉及一種增強(qiáng)型溝槽式肖特基二極管整流器件及其制造方法。

背景技術(shù)

肖特基勢壘二極管是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬－半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。傳統(tǒng)的平面型肖特基勢壘二極管器件通常由位于下方的高摻雜濃度的N?+襯底和位于上方的低摻雜濃度的N－外延生長層構(gòu)成，高摻雜濃度的N?+襯底底面沉積下金屬層形成歐姆接觸，構(gòu)成肖特基勢壘二極管的陰極；低摻雜濃度的N－外延生長層頂面沉積上金屬層形成肖特基勢壘接觸，構(gòu)成肖特基勢壘二極管的陽極。金屬與N型單晶硅的功函數(shù)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?qū)ㄩ_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?qū)ㄩ_啟電壓，同時使反向漏電減小，反向阻斷能力增強(qiáng)。然而，與pn結(jié)二極管相比，傳統(tǒng)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。

溝槽式肖特基勢壘二極管的顯著特點是在N-外延層中存在類似溝槽式MOS器件的柵結(jié)構(gòu)，即垂直于硅片表面、延伸入N-外延層中的溝槽，覆蓋在溝槽表面的柵氧化層，以及填充其中的導(dǎo)電材料構(gòu)成的柵。器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，制作器件的硅片由高摻雜的N+襯底1和較低摻雜的N-外延層2?構(gòu)成，一系列溝槽3制備于N－外延層2中，溝槽3之間為N型單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)4，溝槽3側(cè)壁生長有二氧化硅層5，上金屬層6覆蓋在整個結(jié)構(gòu)的上表面，并與單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)4的頂面接觸形成肖特基接觸面，構(gòu)成肖特基二極管整流器件的陽極。在N+襯底1底面沉積有下金屬層8構(gòu)成肖特基二極管整流器件的陰極。器件結(jié)構(gòu)和電場強(qiáng)度分布曲線如圖2所示，針對不同的溝槽深度，器件反向偏置時候的電場強(qiáng)度分布曲線被計算出來。電場強(qiáng)度曲線所包圍的面積對應(yīng)器件的反向電壓阻斷能力。由于溝槽柵結(jié)構(gòu)的存在，器件反向偏置時電場分布發(fā)生變化，在柵溝槽底部達(dá)到最強(qiáng)，到達(dá)肖特基勢壘界面的電場強(qiáng)度降低，從而增強(qiáng)了該器件的電壓反向阻斷能力，減小了反向漏電流。除了柵溝槽深度，柵氧化層厚度和凸臺結(jié)構(gòu)區(qū)域摻雜濃度都可以調(diào)制器件反向偏置時候的電場分布。

然而，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計所暴露出的主要問題是器件反向電壓阻斷能力提升有限。如圖2中電場強(qiáng)度曲線所示，隨溝槽深度變化，電場強(qiáng)度峰值位置隨之變化，但是電場強(qiáng)度曲線所包圍面積變化不顯著，即器件反向電壓阻斷能力無顯著改變。另外，溝槽內(nèi)填充的金屬與上金屬層相同，當(dāng)溝槽寬度較窄時，由于上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，如何解決上述問題成為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種增強(qiáng)型溝槽式肖特基二極管整流器件及其制造方法，其調(diào)制器件反向偏置時候的電場分布，增強(qiáng)器件反向電壓阻斷能力，并為器件性能調(diào)整提供更多靈活性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的第一技術(shù)方案是：?

一種增強(qiáng)型溝槽式肖特基二極管整流器件，在俯視平面上，該器件的有源區(qū)由若干個肖特基勢壘二極管單胞并聯(lián)構(gòu)成，此肖特基勢壘二極管單胞的縱向截面上，每個肖特基勢壘二極管單胞包括位于硅片背面下金屬層，位于所述下金屬層上方重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型的襯底層，此襯底層與下金屬層之間形成歐姆接觸，位于所述襯底層上方輕摻雜第一導(dǎo)電類型的外延層，位于所述外延層上方的上金屬層，從所述外延層上表面并延伸至外延層中部的溝槽，相鄰溝槽之間外延層區(qū)域形成第一導(dǎo)電類型的單晶硅凸臺，此單晶硅凸臺頂面與上金屬層之間形成肖特基勢壘接觸；一柵溝槽位于所述溝槽內(nèi)，此柵溝槽內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅并與上金屬層之間形成歐姆接觸，所述柵溝槽和外延層之間均通過二氧化硅隔離；

所述單晶硅凸臺內(nèi)并貼附于溝槽側(cè)表面具有第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)，此第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)頂部與外延層上表面之間具有重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)和重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)均與外延層形成pn結(jié)界面。

上述技術(shù)方案中進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案如下：

作為優(yōu)選方案，所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)和重?fù)诫s第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)另一側(cè)具有第一導(dǎo)電類型的外延分層，外延分層下表面高于所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)下表面，此外延分層位于外延層上部且外延分層的摻雜濃度大于外延層的摻雜濃度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的第二技術(shù)方案是：

一種用于制造所述權(quán)利要求1所述二極管整流器件的制造方法，該方法包括下列工藝步驟：

步驟一、在N型高摻雜濃度N+的單晶硅襯底上，生長N型較低摻雜濃度N-的外延層；