一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置，通過溝槽結(jié)構(gòu)引入電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，當(dāng)半導(dǎo)體裝置接一定的反向偏壓時(shí)，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料與溝槽內(nèi)外第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料可以形成電荷補(bǔ)償，提高器件的反向阻斷特性。本發(fā)明還提供了一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【專利說明】 一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置，本發(fā)明還涉及一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置的制造方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置是制造功率整流器件的基本結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件被大量使用在電源管理和電源應(yīng)用上，特別涉及到肖特基結(jié)的半導(dǎo)體器件已成為器件發(fā)展的重要趨勢，肖特基器件具有正向開啟電壓低開啟關(guān)斷速度快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)肖特基器件也具有反向漏電流大，不能被應(yīng)用于高壓環(huán)境等缺點(diǎn)。
[0003]肖特基二極管可以通過多種不同的布局技術(shù)制造，最常用的為平面布局，傳統(tǒng)的平面肖特基二極管在漂移區(qū)具有突變的電場分布曲線，影響了器件的反向擊穿特性，同時(shí)傳統(tǒng)的平面肖特基二極管具有較高的導(dǎo)通電阻。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明針對上述問題提出，提供一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0005]一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括:襯底層，為半導(dǎo)體材料構(gòu)成；漂移層，為第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料構(gòu)成，位于襯底層之上；多個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)，溝槽位于漂移層中，漂移層中臨靠溝槽內(nèi)壁區(qū)域設(shè)置有第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料，溝槽內(nèi)壁表面設(shè)置有絕緣材料，溝槽內(nèi)填充半導(dǎo)體材料；肖特基勢壘結(jié)，位于漂移層第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料上表面。
[0006]一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于:包括如下步驟:在襯底層表面形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層，然后表面形成絕緣材料層；進(jìn)行光刻腐蝕工藝去除表面部分絕緣材料層，然后刻蝕去除部分裸露半導(dǎo)體材料形成溝槽；在溝槽內(nèi)進(jìn)行第二導(dǎo)電雜質(zhì)擴(kuò)散；在溝槽內(nèi)壁表面形成絕緣材料，淀積多晶半導(dǎo)體材料，反刻蝕多晶半導(dǎo)體材料，去除表面絕緣材料；淀積勢壘金屬，進(jìn)行燒結(jié)形成肖特基勢壘結(jié)。
[0007]當(dāng)半導(dǎo)體裝置接一定的反向偏壓時(shí)，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料與第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料和溝槽內(nèi)的多晶半導(dǎo)體材料可以形成電荷補(bǔ)償，提高了器件的反向擊穿電壓，或者提高了漂移區(qū)的雜質(zhì)摻雜濃度降低器件的正向?qū)娮琛?br>
[0008]通過溝槽上部引入高濃度摻雜的多晶半導(dǎo)體材料或電極金屬，可以改變肖特基表面電場分布，降低半導(dǎo)體裝置接反向偏壓時(shí)肖特基結(jié)表面的峰值電場強(qiáng)度，從而進(jìn)一步提高器件的反向阻斷特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置剖面示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置剖面示意圖；[0011]圖3為本發(fā)明一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置剖面示意圖。
[0012]其中，1、襯底層；2、二氧化硅；3、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料；4、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料；
5、肖特基勢壘結(jié)；6、多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料；7、高濃度雜質(zhì)摻雜的多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料；10、上表面金屬層；11、下表面金屬層。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
[0014]圖1為本發(fā)明的一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置剖面圖，下面結(jié)合圖1詳細(xì)說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0015]一種肖特基半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層1，為N導(dǎo)電類型半導(dǎo)體硅材料，磷原子的摻雜濃度為1E19/CM3,在襯底層I下表面,通過下表面金屬層11引出電極；第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料3,位于襯底層I之上，為N傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體娃材料,磷原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ;第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料4，位于溝槽內(nèi)壁附近，為P傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，硼原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ;多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料6，為硼摻雜的多晶半導(dǎo)體硅材料，位于溝槽內(nèi)，硼原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ；肖特基勢壘結(jié)5，位于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料3的表面，為半導(dǎo)體娃材料與勢魚金屬形成的娃化物；二氧化娃2,位于溝槽內(nèi)壁；器件上表面附有上表面金屬層10，為器件引出另一電極。
[0016]其制作工藝包括如下步驟:
[0017]第一步，在襯底層I表面外延形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層3，淀積形成氮化硅層；
[0018]第二步，進(jìn)行光刻腐蝕工藝，半導(dǎo)體材料表面去除部分氮化硅，然后刻蝕去除部分裸露半導(dǎo)體硅材料形成溝槽；
[0019]第三步，在溝槽內(nèi)進(jìn)行硼雜質(zhì)擴(kuò)散；
[0020]第四步，在溝槽內(nèi)熱氧化形成二氧化硅2，淀積多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料6，反刻多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料6，腐蝕去除氮化硅層；
[0021 ] 第五步，在半導(dǎo)體材料表面淀積勢壘金屬，進(jìn)行燒結(jié)形成肖特基勢壘結(jié)5，然后在表面淀積金屬形成上表面金屬層10 ；
[0022]第六步，進(jìn)行背面金屬化工藝，在背面形成下表面金屬層11，如圖1所示。
[0023]實(shí)施例2
[0024]圖2為本發(fā)明的一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置剖面圖，下面結(jié)合圖2詳細(xì)說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0025]一種肖特基半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層1，為N導(dǎo)電類型半導(dǎo)體硅材料，磷原子的摻雜濃度為1E19/CM3,在襯底層I下表面,通過下表面金屬層11引出電極；第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料3,位于襯底層I之上，為N傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體娃材料,磷原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ;第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料4，位于溝槽內(nèi)壁附近，為P傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，硼原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ;多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料6，為硼摻雜的多晶半導(dǎo)體硅材料，位于溝槽內(nèi)，硼原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ；肖特基勢壘結(jié)5，位于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料3的表面，為半導(dǎo)體娃材料與勢魚金屬形成的娃化物；二氧化娃2,位于溝槽內(nèi)壁；器件上表面和溝槽內(nèi)上部附有上表面金屬層10，為器件引出另一電極。
[0026]其制作工藝包括如下步驟:[0027]第一步，在襯底層I表面外延形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層3，淀積形成氮化硅層；
[0028]第二步，進(jìn)行光刻腐蝕工藝，半導(dǎo)體材料表面去除部分氮化硅，然后刻蝕去除部分裸露半導(dǎo)體硅材料形成溝槽；
[0029]第三步，在溝槽內(nèi)進(jìn)行硼雜質(zhì)擴(kuò)散；
[0030]第四步，在溝槽內(nèi)熱氧化形成二氧化硅2，淀積多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料6，反刻多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料6形成溝槽，腐蝕去除氮化硅層；
[0031 ] 第五步，在半導(dǎo)體材料表面淀積勢壘金屬，進(jìn)行燒結(jié)形成肖特基勢壘結(jié)5，然后在表面淀積金屬形成上表面金屬層10 ；
[0032]第六步，進(jìn)行背面金屬化工藝，在背面形成下表面金屬層11，如圖2所示。
[0033]實(shí)施例3
[0034]圖3為本發(fā)明的一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置剖面圖，下面結(jié)合圖3詳細(xì)說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0035]一種肖特基半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層1，為N導(dǎo)電類型半導(dǎo)體硅材料，磷原子的摻雜濃度為1E19/CM3,在襯底層I下表面,通過下表面金屬層11引出電極；第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料3,位于襯底層I之上，為N傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體娃材料,磷原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ;第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料4，位于溝槽內(nèi)壁附近，為P傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，硼原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ;多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料6，為硼摻雜的多晶半導(dǎo)體硅材料，位于溝槽內(nèi)下部，硼原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ;高濃度雜質(zhì)摻雜的多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料7，為硼摻雜的多晶半導(dǎo)體硅材料，位于溝槽內(nèi)上部，硼原子的摻雜濃度為1E18/CM3 ;肖特基勢壘結(jié)5，位于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料3的表面，為半導(dǎo)體硅材料與勢壘金屬形成的硅化物；二氧化硅
2,位于溝槽內(nèi)壁；器件上表面附有上表面金屬層10,為器件引出另一電極。
[0036]其制作工藝包括如下步驟:
[0037]第一步，在襯底層I表面外延形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層3，淀積形成氮化硅層；
[0038]第二步，進(jìn)行光刻腐蝕工藝，半導(dǎo)體材料表面去除部分氮化硅，然后刻蝕去除部分裸露半導(dǎo)體硅材料形成溝槽；
[0039]第三步，在溝槽內(nèi)進(jìn)行硼雜質(zhì)擴(kuò)散；
[0040]第四步，在溝槽內(nèi)熱氧化形成二氧化硅2，淀積多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料6，注入硼雜質(zhì)退火，反刻多晶第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料，腐蝕去除氮化硅層；
[0041 ] 第五步，在半導(dǎo)體材料表面淀積勢壘金屬，進(jìn)行燒結(jié)形成肖特基勢壘結(jié)5，然后在表面淀積金屬形成上表面金屬層10 ；
[0042]第六步，進(jìn)行背面金屬化工藝，在背面形成下表面金屬層11，如圖3所示。
[0043]通過上述實(shí)例闡述了本發(fā)明，同時(shí)也可以采用其它實(shí)例實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括: 襯底層，為半導(dǎo)體材料構(gòu)成； 漂移層，為第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料構(gòu)成，位于襯底層之上；多個(gè) 溝槽結(jié)構(gòu)，溝槽位于漂移層中，漂移層中臨靠溝槽內(nèi)壁區(qū)域設(shè)置有第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料，溝槽內(nèi)壁表面設(shè)置有絕緣材料，溝槽內(nèi)填充半導(dǎo)體材料； 肖特基勢壘結(jié)，位于漂移層第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料上表面。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的襯底層為高濃度雜質(zhì)摻雜的半導(dǎo)體材料。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)壁表面的絕緣材料可以為二氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)填充半導(dǎo)體材料為第二導(dǎo)電多晶半導(dǎo)體材料。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料與溝槽內(nèi)填充半導(dǎo)體材料通過溝槽內(nèi)壁表面絕緣材料進(jìn)行隔離。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料、溝槽內(nèi)填充的半導(dǎo)體材料與漂移層第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料可以形成電荷補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)填充的半導(dǎo)體材料位于溝槽內(nèi)下部，溝槽內(nèi)上部可以填充電極金屬或高濃度雜質(zhì)摻雜的多晶半導(dǎo)體材料。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的肖特基勢壘結(jié)為勢壘金屬與第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料形成的勢壘結(jié)。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的臨靠溝槽側(cè)壁第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料表面也可以形成肖特基勢壘結(jié)。
10.如權(quán)利要求1所述的一種溝槽結(jié)構(gòu)電荷補(bǔ)償肖特基半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于:包括如下步驟: . 1)在襯底層表面形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層，然后表面形成絕緣材料層； . 2)進(jìn)行光刻腐蝕工藝去除表面部分絕緣材料層,然后刻蝕去除部分裸露半導(dǎo)體材料形成溝槽；. 3)在溝槽內(nèi)進(jìn)行第二導(dǎo)電雜質(zhì)擴(kuò)散；. 4)在溝槽內(nèi)壁表面形成絕緣材料，淀積多晶半導(dǎo)體材料，反刻蝕多晶半導(dǎo)體材料，去除表面絕緣材料； .5 )淀積勢壘金屬，進(jìn)行燒結(jié)形成肖特基勢壘結(jié)。
【文檔編號】H01L29/872GK103579373SQ201210269963
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】朱江 申請人:朱江