溝槽型mos勢(shì)壘肖特基二極管及制作方法
【專利摘要】一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管及制作方法，其中溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，包括：一襯底；一外延薄膜，其制作在襯底上，該外延薄膜的中間有一凸臺(tái)，該凸臺(tái)的側(cè)壁為平面；一保護(hù)環(huán)，其制作在外延薄膜的凸臺(tái)的周圍，并位于凸臺(tái)周圍的平面向下；一絕緣介質(zhì)薄膜，其制作在外延薄膜的凸臺(tái)周圍的側(cè)壁上，高度與外延薄膜的凸臺(tái)齊平，并位于保護(hù)環(huán)上，位于保護(hù)環(huán)上的部分的高度低于凸臺(tái)的表面，其斷面為L形；一肖特基接觸金屬，其制作在絕緣介質(zhì)薄膜的表面，并覆蓋外延薄膜凸臺(tái)的表面；一第一壓焊塊，其覆蓋于肖特基接觸金屬的表面；一歐姆接觸金屬，其制作在襯底的背面；一第二壓焊塊，其制作在歐姆接觸金屬的背面，其可以進(jìn)一步降低碳化硅電力電子器件的功耗。
【專利說明】溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅材料具有寬帶隙，高擊穿場(chǎng)強(qiáng)，高熱導(dǎo)率，高飽和電子遷移速率，極好的物理化學(xué)穩(wěn)定性等特性。十分適用于高溫，高頻，大功率和極端環(huán)境下工作。碳化硅肖特基二極管是最早實(shí)現(xiàn)商品化的器件。1000V以下的器件通常采用肖特基勢(shì)壘二極管(SchottkyBarrier Diodes-SBD)的結(jié)構(gòu)，1000V以上的器件通常采用結(jié)勢(shì)魚肖特基二極管(JunctionBarrier Schottky Diodes-JBS)的結(jié)構(gòu)。
[0003]傳統(tǒng)的溝槽型MOS勢(shì)魚肖特基二極管(Trench MOS Barrier SchottkyDiodes-TMBS)最早用來降低硅基肖特基二極管的漂移區(qū)通態(tài)電阻，從而降低器件的功耗。然而將這種傳統(tǒng)的TMBS結(jié)構(gòu)應(yīng)用在碳化硅電力電子器件中時(shí)，由于碳化硅材料的臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度是硅的十倍，器件在反向偏壓下，溝槽中的絕緣介質(zhì)薄膜通常早于碳化硅發(fā)生擊穿，大大減小了器件的耐壓能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管及制作方法，其與常用的JBS結(jié)構(gòu)器件相比，不但反向耐壓提高了數(shù)百伏，尤其是反向漏電流降低了數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，可以進(jìn)一步降低碳化硅電力電子器件的功耗。
[0005]本發(fā)明提供一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，包括:
[0006]一襯底；
[0007]一外延薄膜，其制作在襯底上，該外延薄膜的中間有一凸臺(tái)，該凸臺(tái)的側(cè)壁為平面；
[0008]一保護(hù)環(huán)，其制作在外延薄膜的凸臺(tái)的周圍，并位于凸臺(tái)周圍的平面向下；
[0009]一絕緣介質(zhì)薄膜，其制作在外延薄膜的凸臺(tái)周圍的側(cè)壁上，高度與外延薄膜的凸臺(tái)齊平，并位于保護(hù)環(huán)上，位于保護(hù)環(huán)上的部分的高度低于凸臺(tái)的表面，其斷面為L形；
[0010]一肖特基接觸金屬，其制作在絕緣介質(zhì)薄膜的表面，并覆蓋外延薄膜凸臺(tái)的表面；
[0011]一第一壓焊塊，其覆蓋于肖特基接觸金屬的表面；
[0012]一歐姆接觸金屬，其制作在襯底的背面；
[0013]一第二壓焊塊，其制作在歐姆接觸金屬的背面。
[0014]本發(fā)明還提供一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，包括如下步驟:
[0015]步驟1:采用CVD的方法，在襯底上生長一外延薄膜；
[0016]步驟2:在外延薄膜上采用曝光技術(shù)，獲得圖形化的表面；
[0017]步驟3:在圖形化的表面上進(jìn)行刻蝕，形成凸臺(tái)，該凸臺(tái)的高度小于外延薄膜的厚度，形成樣品；
[0018]步驟4:對(duì)樣品進(jìn)行離子注入，在凸臺(tái)表面向下形成保護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)的厚度和凸臺(tái)的高度之和小于外延薄膜的厚度；
[0019]步驟5:進(jìn)行高溫退火，去除光刻掩膜；
[0020]步驟6:在保護(hù)環(huán)的上表面生長絕緣介質(zhì)薄膜，該絕緣介質(zhì)薄膜覆蓋凸臺(tái)周圍的側(cè)壁，高度與凸臺(tái)齊平，并位于保護(hù)環(huán)上，位于保護(hù)環(huán)上的部分的高度低于凸臺(tái)的表面，其斷面為L形；
[0021]步驟7:對(duì)絕緣介質(zhì)薄膜15進(jìn)行刻蝕，將凸臺(tái)上表面的絕緣介質(zhì)薄膜全部刻蝕掉，保留凸臺(tái)之間的絕緣介質(zhì)薄膜；
[0022]步驟8:在絕緣介質(zhì)薄膜的表面及凸臺(tái)上淀積肖特基接觸金屬；
[0023]步驟9:在肖特基接觸金屬的表面淀積第一壓焊塊；
[0024]步驟10:在襯底的背面淀積歐姆接觸金屬；
[0025]步驟11:在歐姆接觸金屬的背面淀積第二壓焊塊，完成器件制備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中:
[0027]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明的制作流程圖；
[0029]圖3是本發(fā)明中離子注入形成的保護(hù)環(huán)中注入濃度隨注入深度的分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，包括:
[0031 ] 一襯底11，所述襯底11的材料為N型或P型4H或6H碳化硅，該襯底11的材料為N型或P型4H或6H碳化硅，該襯底11的厚度為Ιμπι-δΟΟμπι，該襯底11的表面積為I μ m2-2000cm2 ；
[0032]一外延薄膜12，其制作在襯底11上，該外延薄膜12的中間有一凸臺(tái)121，凸臺(tái)121的側(cè)壁為平面，該外延薄膜12的材料為N型或P型4H或6H碳化硅，該外延薄膜12的厚度為I μ m-200 μ m,該襯底11的表面積為I μ m2-2000cm2 ；
[0033]一保護(hù)環(huán)14，其制作在外延薄膜12的凸臺(tái)121的周圍，并位于凸臺(tái)121周圍的平面上，所述凸臺(tái)121為叉指結(jié)構(gòu)、平行長條狀、圓環(huán)形或正方形臺(tái)面，或及其組合形狀，各凸臺(tái)121的間距為0.1-200 μ m，凸臺(tái)121的高度為0.1 μ m_200 μ m，所述保護(hù)環(huán)14的深度為InmIOOym,保護(hù)環(huán)14的深度和凸臺(tái)121的高度之和小于外延薄膜12的厚度；
[0034]一絕緣介質(zhì)薄膜15，其制作在外延薄膜12的凸臺(tái)121周圍的側(cè)壁上，高度與外延薄膜12的凸臺(tái)121齊平，并位于保護(hù)環(huán)14上，位于保護(hù)環(huán)14上的部分的高度低于凸臺(tái)121的表面，其斷面為L形，所述絕緣介質(zhì)薄膜15的晶型為單晶或多晶或無定形硅，所述絕緣介質(zhì)薄膜15的厚度為0.01 μ m-100 μ m ；
[0035]一肖特基接觸金屬16，其制作在絕緣介質(zhì)薄膜15的表面，并覆蓋外延薄膜12凸臺(tái)121的表面；[0036]一第一壓焊塊17，其覆蓋于肖特基接觸金屬16的表面；
[0037]一歐姆接觸金屬18，其制作在襯底11的背面；
[0038]一第二壓焊塊19，其制作在歐姆接觸金屬18的背面。
[0039]其中所述肖特基接觸金屬16和第一壓焊塊17或歐姆接觸金屬18及第二壓焊塊19 的材料為 T1、Al、N1、W、Au 或 Ag，或 T1、Al、N1、W、Au、Ag 的組合。
[0040]請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明提供一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，包括如下步驟:
[0041]步驟1:采用CVD的方法，在襯底11上生長一外延薄膜12，所述襯底11和外延薄膜12形成碳化硅半導(dǎo)體薄膜，其材料為N型或P型4H或6H，碳化硅半導(dǎo)體薄膜中的襯底11的厚度為1μπι-500μπι，其摻雜濃度為lX 1013-5X 1022cm_3，表面積為I μ m2-2000cm2 ;碳化硅半導(dǎo)體薄膜中的外延薄膜12的厚度為I μ m-200 μ m，其摻雜濃度為I X 1013_5 X 1017cm_3，表面積為 I l.1 m2-2000cm2。
[0042]步驟2:在外延薄膜12上采用曝光技術(shù)，獲得圖形化的表面，所述曝光技術(shù)為光學(xué)曝光或電子束曝光。
[0043]步驟3:在圖形化的表面上進(jìn)行刻蝕，所述刻蝕為濕法或干法刻蝕，形成凸臺(tái)121，所述凸臺(tái)121為叉指結(jié)構(gòu)、平行長條狀、圓環(huán)形或正方形臺(tái)面，或及其組合形狀，各凸臺(tái)121的間距為0.1-200 μ m，凸臺(tái)121的高度為0.1 μ m_200 μ m，凸臺(tái)121的高度小于外延薄膜12的厚度。當(dāng)所述凸臺(tái)121為正方形臺(tái)面時(shí)，臺(tái)面寬度為0.1-200 μ m,當(dāng)所述凸臺(tái)121為平行長條狀圖形或叉指圖形時(shí)，其未刻蝕部分的長度為0.lym-5cm，當(dāng)所述凸臺(tái)121為圓環(huán)形時(shí)，圓環(huán)的半徑為0.1 μ m_5cm。
[0044]步驟4:對(duì)樣品進(jìn)行離子注入，在凸臺(tái)121表面向下形成保護(hù)環(huán)14，保護(hù)環(huán)的厚度和凸臺(tái)121的高度之和小于外延薄膜12的厚度，所述保護(hù)環(huán)14為P型或者N型；所述保護(hù)環(huán)14為P型時(shí)，注入離子為鋁(Al)或硼(B)離子；所述保護(hù)環(huán)為N型時(shí)，注入離子為氮(N)或磷(P)或砷(As)離子，所述離子注入的能量為Ikev-lOMev，溫度為(TC -1000°C，注入的齊IJ量為I X IO10-1 X 1016cm_2。(請(qǐng)參閱圖3所示，采用多步離子注入形成的保護(hù)環(huán)14中的注入濃度隨注入深度box型的分布圖)。
[0045]步驟5:進(jìn)行高溫退火，去除光刻掩膜，所述的高溫退火的溫度為200°C -2000°C,退火氣氛為真空或惰性氣體氛圍，所述的惰性氣體為氬氣或氮?dú)?，所述光刻掩膜為光刻膠、氧化娃、氮化娃、金屬或及其組合。所述金屬為V、Fe、Cu、T1、Al、N1、W、Au、Ag或及其組合；所述的去除光刻掩膜的方法為通過各種酸性或堿性溶液漂洗去除或通過干法刻蝕技術(shù)去除。
[0046]步驟6:在保護(hù)環(huán)14的上表面生長絕緣介質(zhì)薄膜15，該絕緣介質(zhì)薄膜15覆蓋凸臺(tái)121周圍的側(cè)壁，高度與凸臺(tái)121齊平，并位于保護(hù)環(huán)14上，位于保護(hù)環(huán)14上的部分的高度低于凸臺(tái)121的表面，其斷面為L形，所述絕緣介質(zhì)薄膜15，是采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法、高溫氧化方法、常壓化學(xué)氣相沉積方法或低壓化學(xué)氣相沉積方法生長，其晶型為單晶或多晶或無定形，其厚度為0.01 μ m-100 μ m。
[0047]步驟7:對(duì)絕緣介質(zhì)薄膜15進(jìn)行刻蝕，將凸臺(tái)121上表面的絕緣介質(zhì)薄膜全部刻蝕掉，保留凸臺(tái)121之間的絕緣介質(zhì)薄膜15，所述刻蝕為濕法或干法刻蝕。
[0048]步驟8:在絕緣介質(zhì)薄膜15的表面及凸臺(tái)121上淀積肖特基接觸金屬16 ；[0049]步驟9:在肖特基接觸金屬16的表面淀積第一壓焊塊17 ；
[0050]步驟10:在襯底11的背面淀積歐姆接觸金屬18 ；
[0051]步驟11:在歐姆接觸金屬18的背面淀積第二壓焊塊19，完成制備。
[0052]其中所述肖特基接觸金屬16和第一壓焊塊17或歐姆接觸金屬18及第二壓焊塊19的材料為T1、Al、N1、W、Au或Ag，或T1、Al、N1、W、Au、Ag的組合，各種材料的厚度為lnm-100 μ m，淀積所述肖特基接觸金屬16和第一壓焊塊17或歐姆接觸金屬18及第二壓焊塊19采用電子束蒸發(fā)、磁控濺射、熱蒸發(fā)或及其組合。
[0053]以上實(shí)例僅供說明本發(fā)明只用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變化；因此，所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，包括: 一襯底； 一外延薄膜，其制作在襯底上，該外延薄膜的中間有一凸臺(tái)，該凸臺(tái)的側(cè)壁為平面； 一保護(hù)環(huán)，其制作在外延薄膜的凸臺(tái)的周圍，并位于凸臺(tái)周圍的平面向下； 一絕緣介質(zhì)薄膜，其制作在外延薄膜的凸臺(tái)周圍的側(cè)壁上，高度與外延薄膜的凸臺(tái)齊平，并位于保護(hù)環(huán)上，位于保護(hù)環(huán)上的部分的高度低于凸臺(tái)的表面，其斷面為L形； 一肖特基接觸金屬，其制作在絕緣介質(zhì)薄膜的表面，并覆蓋外延薄膜凸臺(tái)的表面； 一第一壓焊塊，其覆蓋于肖特基接觸金屬的表面； 一歐姆接觸金屬，其制作在襯底的背面； 一第二壓焊塊，其制作在歐姆接觸金屬的背面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，其中所述襯底和外延薄膜形成碳化硅半導(dǎo)體薄膜，其材料為N型或P型4H或6H，碳化硅半導(dǎo)體薄膜中的外延薄膜的厚度為 I μ m-200 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，其中所述凸臺(tái)為叉指結(jié)構(gòu)、平行長條狀、圓環(huán)形或正方形臺(tái)面，或及其組合形狀，各凸臺(tái)的間距為0.1-200 μ m，該凸臺(tái)的高度為 0.1 μ m-200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，其中所述保護(hù)環(huán)的深度為lnm-200 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，其中所述絕緣介質(zhì)薄膜的晶型為單晶或多晶或無定形硅，所述絕緣介質(zhì)薄膜的厚度為0.ΟΙμ---ΙΟΟμπ?。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管，其中所述肖特基接觸金屬和第一壓焊塊或歐姆接觸金屬及第二壓焊塊的材料為T1、Al、N1、W、Au或Ag，或及其組合。
7.一種溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，包括如下步驟: 步驟1:采用CVD的方法，在襯底上生長一外延薄膜； 步驟2:在外延薄膜上采用曝光技術(shù)，獲得圖形化的表面； 步驟3:在圖形化的表面上進(jìn)行刻蝕，形成凸臺(tái)，該凸臺(tái)的高度小于外延薄膜的厚度，形成樣品； 步驟4:對(duì)樣品進(jìn)行離子注入，在凸臺(tái)表面向下形成保護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)的厚度和凸臺(tái)的高度之和小于外延薄膜的厚度； 步驟5:進(jìn)行高溫退火，去除光刻掩膜； 步驟6:在保護(hù)環(huán)的上表面生長絕緣介質(zhì)薄膜，該絕緣介質(zhì)薄膜覆蓋凸臺(tái)周圍的側(cè)壁，高度與凸臺(tái)齊平，并位于保護(hù)環(huán)上，位于保護(hù)環(huán)上的部分的高度低于凸臺(tái)的表面，其斷面為L形； 步驟7:對(duì)絕緣介質(zhì)薄膜15進(jìn)行刻蝕，將凸臺(tái)上表面的絕緣介質(zhì)薄膜全部刻蝕掉，保留凸臺(tái)之間的絕緣介質(zhì)薄膜； 步驟8:在絕緣介質(zhì)薄膜的表面及凸臺(tái)上淀積肖特基接觸金屬； 步驟9:在肖特基接觸金屬的表面淀積第一壓焊塊； 步驟10:在襯底的背面淀積歐姆接觸金屬； 步驟11:在歐姆接觸金屬的背面淀積第二壓焊塊，完成器件制備。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，其中所述襯底和外延薄膜形成碳化硅半導(dǎo)體薄膜，其材料為N型或P型4H或6H，碳化硅半導(dǎo)體薄膜中的外延薄膜的厚度為I μ m-200 μ m，其非故意摻雜濃度為I X 1013_5 X 1017cm_3。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，其中所述的刻蝕，是濕法或干法刻蝕。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，其中所述凸臺(tái)為叉指結(jié)構(gòu)、平行長條狀、圓環(huán)形或正方形臺(tái)面，或及其組合形狀，各凸臺(tái)的間距為0.1-200 μ m,凸臺(tái)的高度為 0.1 μ m-200 μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，其中所述離子注入的能量為IkeV-1OMeV，溫度為0°C -1000°C，注入的劑量為I X IOic1-1 X IO16CnT2。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，其中所述的高溫退火的溫度為200°C -2000°C，退火氣氛為真空或惰性氣體氛圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，其中所述的惰性氣體為氬氣或氮?dú)狻?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，其中生長絕緣介質(zhì)薄膜，是采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法、高溫氧化方法、常壓化學(xué)氣相沉積方法或低壓化學(xué)氣相沉積方法，所述絕緣介質(zhì)薄膜的晶型為單晶或多晶或無定形，所述絕緣介質(zhì)薄膜的厚度為0.01 μ m-100 μ m。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型MOS勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，其中所述肖特基接觸金屬和第一壓焊塊或 歐姆接觸金屬及第二壓焊塊的材料為T1、Al、N1、W、Au或Ag，或及其組合。
【文檔編號(hào)】H01L21/329GK103441152SQ201310380403
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】鄭柳, 孫國勝, 張峰, 劉興昉, 王雷, 趙萬順, 閆果果, 董林, 劉勝北, 劉斌, 田麗欣, 曾一平 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所