[發明專利]一種半導體功率器件結構及其制造方法

在審

• 申請號: 202010419338.6
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111415999A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 黃健;孫閆濤;陳則瑞;顧昀浦;宋躍樺;吳平麗;樊君;張麗娜
• 申請（專利權）人: 捷捷微電（上海）科技有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/329
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 曾敬

本發明公開了一種半導體功率器件結構及其制造方法，包括第一導電類型的襯底及位于襯底上的第一導電類型的外延層，外延層內設置有溝槽，溝槽中填充有柵極多晶硅和浮柵多晶硅，柵極多晶硅與溝槽的側壁隔離有隔離氧化層，柵極多晶硅與浮柵多晶硅之間隔離有阻擋氧化層，浮柵多晶硅與溝槽的側壁及底壁隔離有柵氧化層。本發明通過在柵極多晶硅底部設置浮柵多晶硅，使得器件反向工作時，正電荷以隧道效應穿過柵氧化層存儲到浮柵多晶硅內，達到降低等效閾值電壓Vth的目的，以便顯著降低器件的正向電壓Vf；通過設置柵氧化層?浮柵多晶硅?阻擋氧化層的多層浮柵結構，增加了寄生電容的介質厚度，降低了寄生電容，提高了器件的開關速度。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體為一種半導體功率器件結構及其制造方法。

背景技術

基于肖特基勢壘理論的肖特基勢壘二極管(Schottkybarrierdiodes，SBD)廣泛應用于高頻整流和開關電路及保護電路在低壓、大電流場合時作續流和整流作用，如DC/DC變頻器、無工頻變壓器、開關電源的整流和續流。作為一種低壓整流器件，它具有提高電 路的整流效率、降低正向功耗、提高工作頻率以及減小電路噪聲的作用。但也有其局限性 比如耐高溫性差、軟擊穿嚴重以及反向漏電流大，使其在高壓領域不能得以廣泛的應用。 其正向壓降和反向漏電也是一對關聯的很難調和的參數。

為了提高整流器的性能，相關公司相繼推出了新的器件，比如TMBS(TrenchMOSBarrierSchottkyDiode)、SBR(SurperBarrierRectifier)、SiC、GaN等，并且取 得了不錯的業績和可觀的市場回報。但都每個器件平臺都有一些相應的局限性比如材料， 器件結構，工藝生產性，成本控制等等。

圖1示出了現有技術中的溝槽型超勢壘整流器的器件剖視圖，其具有如下缺點：1)正向工作時，溝道沒有完全導通，導致正向電壓Vf不夠低；2)寄生電容較高，導致器件 的開關頻率較低；3)反向漏電比較嚴重。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體功率器件結構及其制造方法，通過在柵極多晶硅底 部設置浮柵多晶硅，使得器件反向工作時，正電荷以隧道效應穿過柵氧化層存儲到浮柵多 晶硅內，達到降低等效閾值電壓Vth的目的，以便顯著降低器件的正向電壓Vf；通過設置 柵氧化層-浮柵多晶硅-阻擋氧化層的多層浮柵結構，增加了寄生電容的介質厚度，從而顯 著降低了寄生電容，有效提高了器件的開關速度。

為實現上述目的，本發明一方面提供了一種半導體功率器件結構，包括有源區，所述 有源區內包括若干個相互并聯的器件元胞單元，所述器件元胞單元包括第一導電類型的襯 底及位于所述襯底上的第一導電類型的外延層，所述外延層內設置有溝槽，所述溝槽從所 述外延層表面延伸至其內部，

所述溝槽中填充有柵極多晶硅和浮柵多晶硅，所述柵極多晶硅與所述溝槽的側壁隔離 有隔離氧化層，所述柵極多晶硅與所述浮柵多晶硅之間隔離有阻擋氧化層，所述浮柵多晶 硅與所述溝槽的側壁及底壁隔離有柵氧化層；

所述外延層的表面還設置有第二導電類型的第一摻雜區以及位于所述第一摻雜區表 面的第一導電類型的第二摻雜區，所述第一摻雜區和第二摻雜區分別與所述溝槽的外側壁 接觸，所述第二摻雜區的底部位于所述浮柵多晶硅的頂部之下。

優選的，所述溝槽下方的所述外延層內還設置有第二導電類型的第三摻雜區，所述第 三摻雜區與所述溝槽底部接觸。

優選的，還包括覆蓋在所述外延層表面的第一金屬層，所述第一金屬層連接所述第二 摻雜區與柵極多晶硅，所述第一金屬層與所述第二摻雜區歐姆接觸，所述第一金屬層通過 環繞有源區的保護環與第一摻雜區歐姆接觸。其中，環繞有源區的保護環為本領域技術人 員的常用技術手段，在此不再贅述。

優選的，還包括覆蓋在所述襯底表面的第二金屬層，所述第二金屬層與所述襯底歐姆 接觸。

優選的，所述隔離氧化層為SiO2。