增強型溝槽式整流器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種增強型溝槽式整流器件，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摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)和重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)均與外延層形成pn結(jié)界面。本實用新型調(diào)制器件反向偏置時候的電場分布，增強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。
【專利說明】增強型溝槽式整流器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及整流器件，特別涉及一種增強型溝槽式整流器件。

【背景技術(shù)】
[0002]整流器件作為交流到直流的轉(zhuǎn)換器件，要求單向?qū)ㄌ匦?，即正向?qū)〞r開啟電壓低，導(dǎo)通電阻小，而反向時阻斷電壓高，反向漏電小。
[0003]肖特基勢壘二極管作為整流器件已經(jīng)在電源應(yīng)用領(lǐng)域使用了數(shù)十年。相對于PN結(jié)二極管而言，肖特基勢壘二極管具有正向開啟電壓低和開關(guān)速度快的優(yōu)點，這使其非常適合應(yīng)用于開關(guān)電源以及高頻場合。肖特基勢壘二極管的反向恢復(fù)時間非常短，該時間主要由器件的寄生電容決定，而不像PN結(jié)二極管那樣由少子復(fù)合時間決定。因此，肖特基勢壘二極管整流器件可以有效的降低開關(guān)功率損耗。
[0004]肖特基勢壘二極管是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬一半導(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。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。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型目的是提供一種增強型溝槽式整流器件，其調(diào)制器件反向偏置時候的電場分布，增強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。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種增強型溝槽式整流器件，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摻雜第一導(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；
[0007]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摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)和重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)均與外延層形成pn結(jié)界面。
[0008]上述技術(shù)方案中進一步改進的技術(shù)方案如下:
[0009]作為優(yōu)選方案，所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)和重摻雜第二導(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。
[0010]由于上述技術(shù)方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果:
[0011 ] 本實用新型在高于溝槽底部的單晶硅凸臺一側(cè)引入P型摻雜區(qū)域，調(diào)制器件反向偏置時候的電場分布，增強器件反向電壓阻斷能力。同時，可針對不同的P型區(qū)域摻雜濃度，調(diào)整與之對應(yīng)的單晶硅凸臺另外一側(cè)的N型區(qū)域摻雜濃度，為器件性能調(diào)整提供更多靈活性。另外，用導(dǎo)電多晶硅代替金屬，填入溝槽中，相較金屬，導(dǎo)電多晶硅有更強的縫隙填充能力，為器件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供更多靈活型；其次，本實用新型結(jié)構(gòu)對電場分布進一步調(diào)制，電場強度在溝槽底部附近出現(xiàn)峰值后，可以繼續(xù)維持較高的值，如圖2中電場強度曲線所示。電場強度曲線所包圍的面積對應(yīng)器件反向偏置時候的反向阻斷電壓，圖2中斜線陰影區(qū)域?qū)?yīng)傳統(tǒng)溝槽器件(左側(cè)結(jié)構(gòu))的反向阻斷電壓，斜線陰影區(qū)域與十字線陰影區(qū)域之和對應(yīng)本實用新型具有Pn結(jié)結(jié)構(gòu)溝槽器件(右側(cè)結(jié)構(gòu))的反向阻斷電壓，十字線陰影區(qū)域即為pn結(jié)結(jié)構(gòu)帶來的反向阻斷電壓增加部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖1為本實用新型增強型溝槽式整流器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]附圖2為本實用新型器件與傳統(tǒng)溝槽結(jié)構(gòu)器件反向偏置電場強度分布曲線對比圖。
[0014]以上附圖中，1、肖特基勢壘二極管單胞；2、下金屬層；3、襯底層；4、外延層；5、上金屬層；6、溝槽；7、單晶硅凸臺；8、柵溝槽；9、導(dǎo)電多晶硅；10、二氧化硅；11、第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)；12、重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)；13、外延分層；14、歐姆接觸面；15、肖特基勢壘接觸面。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述:
[0016]實施例:一種增強型溝槽式整流器件，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I并聯(lián)構(gòu)成，此肖特基勢壘二極管單胞I的縱向截面上，每個肖特基勢壘二極管單胞I包括位于硅片背面下金屬層2，位于所述下金屬層2上方重摻雜第一導(dǎo)電類型的襯底層3，此襯底層3與下金屬層2之間形成歐姆接觸，位于所述襯底層3上方輕摻雜第一導(dǎo)電類型的外延層4,位于所述外延層4上方的上金屬層5,從所述外延層4上表面并延伸至外延層4中部的溝槽6，相鄰溝槽6之間外延層4區(qū)域形成第一導(dǎo)電類型的單晶硅凸臺7，此單晶硅凸臺7頂面與上金屬層5之間形成肖特基勢壘接觸面15 柵溝槽8位于所述溝槽6內(nèi)，此柵溝槽8內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅9并與上金屬層5之間形成歐姆接觸面14，所述柵溝槽8和外延層4之間均通過二氧化硅10隔離；
[0017]所述單晶硅凸臺7內(nèi)并貼附于溝槽6側(cè)表面具有第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)11，此第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)11頂部與外延層4上表面之間具有重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)12，所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)11和重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)12均與外延層4形成pn結(jié)界面。
[0018]上述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)11和重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)12另一側(cè)具有第一導(dǎo)電類型的外延分層13，外延分層13下表面高于所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)11下表面，此外延分層13位于外延層4上部且外延分層13的摻雜濃度大于外延層4的摻雜濃度。
[0019]一種用于制造上述增強型溝槽式整流器件的制造方法，該方法包括下列工藝步驟:
[0020]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；
[0021]步驟二、在N-外延層表面生長二氧化硅介質(zhì)層，在二氧化硅介質(zhì)層表面沉積氮化娃介質(zhì)層，形成二氧化娃層和氮化娃層的復(fù)合層；
[0022]步驟三、對復(fù)合介質(zhì)層實施光刻，定義出溝槽圖形；
[0023]步驟四、采用干法刻蝕方法，選擇性除去未被光刻膠保護的復(fù)合介質(zhì)層，曝露出溝槽圖形對應(yīng)的N-外延層，而除去光刻膠后保留下來的復(fù)合介質(zhì)層作為介質(zhì)硬掩膜使用；
[0024]步驟五、以介質(zhì)硬掩膜為保護，采用干法刻蝕方法選擇性刻蝕曝露出的N-外延層區(qū)域的單晶硅，在N-外延層中形成溝槽。溝槽之間形成具有一定寬度的N-單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)；
[0025]步驟六、在整個結(jié)構(gòu)表面均勻生長二氧化硅層。由于介質(zhì)硬掩膜的保護，二氧化硅層只生長在曝露出的N-外延層表面；
[0026]步驟七、實施偏轉(zhuǎn)角度的P型離子注入和熱退火。偏轉(zhuǎn)的角度配合介質(zhì)硬掩膜的保護，在N-單晶硅凸臺單一側(cè)面，高于溝槽底部區(qū)的域形成P型區(qū)；
[0027]步驟八、在整個結(jié)構(gòu)表面沉積導(dǎo)電多晶硅層，通過干法刻蝕形成多晶硅柵結(jié)構(gòu)；
[0028]步驟九、采用濕法腐蝕，選擇性去除部分氮化硅硅層；
[0029]步驟十、實施偏轉(zhuǎn)角度的P型離子注入和熱退火。偏轉(zhuǎn)的角度配合介質(zhì)硬掩膜的保護，在單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)頂部P型區(qū)同側(cè)形成P型高摻雜濃度P+區(qū)域，P+區(qū)域覆蓋P型區(qū)頂部并部分延伸入N-區(qū)域，P型摻雜區(qū)域與N-外延層區(qū)域相接觸，形成pn結(jié)界面；
[0030]步驟十一、在整個結(jié)構(gòu)表面沉積介質(zhì)層，該介質(zhì)層可以是二氧化硅層，或者氮化硅層，或者二氧化硅層和氮化硅層的復(fù)合層；
[0031]步驟十二、實施光刻，曝露出單胞區(qū)域，采用干法刻蝕，或者濕法腐蝕，或者干、濕結(jié)合，選擇性除去未被光刻膠保護的介質(zhì)層，直至單晶硅凸臺和導(dǎo)電多晶硅的上表面完全曝露。去除剩余光刻膠；
[0032]步驟十三、沉積上金屬層到整個結(jié)構(gòu)表面，該金屬層與單晶硅凸臺N-摻雜區(qū)域上表面連接形成肖特基勢壘接觸，與單晶硅凸臺P+摻雜區(qū)域上表面連接形成歐姆接觸，與導(dǎo)電多晶硅上表面連接形成歐姆接觸，該金屬層構(gòu)成整流器件的陽極；
[0033]步驟十四、在N型高摻雜襯底的底面上沉積下金屬層形成整流器件陰極。
[0034]上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種增強型溝槽式整流器件，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(I)并聯(lián)構(gòu)成，此肖特基勢壘二極管單胞(I)的縱向截面上，每個肖特基勢壘二極管單胞(I)包括位于硅片背面下金屬層(2 )，位于所述下金屬層(2 )上方重摻雜第一導(dǎo)電類型的襯底層(3)，此襯底層(3)與下金屬層(2)之間形成歐姆接觸，位于所述襯底層(3)上方設(shè)有輕摻雜第一導(dǎo)電類型的外延層(4)，位于所述外延層(4)上方設(shè)有上金屬層(5)，一溝槽(6)從所述外延層(4)上表面并延伸至外延層(4)中部，相鄰溝槽(6)之間外延層(4)區(qū)域形成第一導(dǎo)電類型的單晶硅凸臺(7)，此單晶硅凸臺(7)頂面與上金屬層(5)之間形成肖特基勢壘接觸面(15);其特征在于:一柵溝槽(8)位于所述溝槽(6)內(nèi)，此柵溝槽(8)內(nèi)填充有導(dǎo)電多晶硅(9)并與上金屬層(5)之間形成形成歐姆接觸面(14)，所述導(dǎo)電多晶硅(9)和外延層(4)之間均通過二氧化硅(10)隔離； 位于所述單晶硅凸臺(7)內(nèi)并貼附于溝槽(6)側(cè)表面具有第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)(11)，此第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)(11)頂部與外延層(4)上表面之間具有重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)(12)，所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)(11)和重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)(12)均與外延層(4)形成pn結(jié)界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強型溝槽式整流器件，其特征在于:所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)(11)和重摻雜第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)(12)另一側(cè)具有第一導(dǎo)電類型的外延分層(13)，此外延分層(13)下表面高于所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)(11)下表面，此外延分層(13)位于外延層(4)上部且外延分層(13)的摻雜濃度大于外延層(4)的摻雜濃度。
【文檔編號】H01L29/872GK203983297SQ201420417571
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】徐吉程, 毛振東, 薛璐 申請人:蘇州硅能半導(dǎo)體科技股份有限公司