本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管。

背景技術(shù)：

肖特基勢壘二極管因其具備極短的反向恢復(fù)時(shí)間，較低的正向?qū)▔航档奶攸c(diǎn)，在太陽能電池模組、通用電源、變頻器、通訊等眾多領(lǐng)域中大量應(yīng)用,特別在低功耗要求領(lǐng)域應(yīng)用中逐漸替代pn結(jié)二極管，但由于普通肖特基勢壘二極管反向漏電偏大的原因，在一定程度上制約了其更廣泛的應(yīng)用。

肖特基勢壘二極管是常見的兩端功率器件，它是由金屬和低摻雜n型外延硅形成肖特基接觸來工作的，常用來形成肖特基接觸的金屬有鈦、鎳、鉑金及鈷等，這些金屬和表面潔凈的n型硅經(jīng)快速熱退火后會形成金屬硅化物。近年來，溝槽技術(shù)被廣泛使用，常用的溝槽型結(jié)構(gòu)是做介質(zhì)層。

傳統(tǒng)短漂移區(qū)肖特基整流器結(jié)構(gòu)(mps)包含了平面肖特基二極管和p-i-n二極管結(jié)構(gòu)，故其工作原理也是在兩種二極管之間的。mps正向偏置時(shí)，隨著電壓升高，肖特基區(qū)域?qū)?，外延層的電子通過肖特基區(qū)域形成的溝道進(jìn)入金屬形成電流；繼續(xù)升高正向電壓，pn結(jié)導(dǎo)通，由p+區(qū)向n-漂移區(qū)注入的空穴，隨著電壓繼續(xù)升高，空穴濃度持續(xù)增加，多數(shù)載流子在電場和陰極高低結(jié)的作用下產(chǎn)生積累，在數(shù)量上與空穴幾乎相等，此時(shí)出現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制區(qū)，體阻降低，呈現(xiàn)出混合整流的特性，既有肖特基整流，同時(shí)具有pn結(jié)整流特性。

中低壓肖特基勢壘二極管使用普通的溝槽型結(jié)構(gòu)可以滿足正向?qū)▔航档偷奶攸c(diǎn)，但高壓普通溝槽型肖特基勢壘二極管大電流情況下正向?qū)▔航岛芨?，無法滿足大功率低功耗的應(yīng)用需求，因此急需新的方法來獲得大電流情況下低正向?qū)▔航敌ぬ鼗鶆輭径O管器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管，包括：

襯底；

外延層，生長于所述襯底的上表面，所述外延層的上表面形成有多個(gè)溝槽，所述溝槽的頂部形成有橫向擴(kuò)散的摻雜區(qū)；

隔離介質(zhì)層，覆蓋所述溝槽的側(cè)部和底部以及所述摻雜區(qū)的側(cè)部表面；

多晶硅層，填充每個(gè)所述溝槽；

所述多晶硅層的上表面與所述外延層的上表面齊平形成一平坦表面；

第一金屬層，覆蓋于所述平坦表面上方；

第二金屬層，覆蓋于所述第一金屬層的上表面。

上述的肖特基勢壘二極管，其中，所述摻雜區(qū)的截面的兩端呈半圓形。

上述的肖特基勢壘二極管，其中，所述摻雜區(qū)的截面的兩端呈四分之一圓形。

上述的肖特基勢壘二極管，其中，所述溝槽在所述外延層中的深度范圍在1μm～20μm之間。

上述的肖特基勢壘二極管，其中，所述摻雜區(qū)為p型摻雜區(qū)。

一種混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管的制備方法，其中，包括：

步驟s1，提供一襯底；

步驟s2，于所述襯底的上表面生長一外延層；

步驟s3，于所述外延層的上表面沉積一第一介質(zhì)層；

步驟s4，對所述第一介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以于所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成截止于所述外延層的上表面的多個(gè)通孔；

步驟s5，采用注入工藝向所述通孔底部的所述外延層內(nèi)進(jìn)行摻雜，形成橫向擴(kuò)散的摻雜區(qū)；

步驟s6，以所述第一介質(zhì)層為掩膜對所述摻雜區(qū)進(jìn)行刻蝕，形成延伸至所述外延層內(nèi)的溝槽；

步驟s7，于所述介質(zhì)層的上表面和側(cè)部以及所述溝槽的側(cè)部和底部覆蓋一第二介質(zhì)層；

步驟s8，形成一多晶硅層以填充所述溝槽；

步驟s9，刻蝕所述多晶硅層至所述溝槽中使得所述多晶硅層的上表面與所述外延層齊平；

步驟s10，去除所述外延層上方的所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層，以將所述外延層暴露，所述多晶硅層的上表面與暴露出的所述外延層的上表面形成一平坦表面；

步驟s11，于所述平坦表面上覆蓋一第一金屬層；

步驟s12，于所述第一金屬層上覆蓋一第二金屬層。

上述的制備方法，其中，所述傾斜注入工藝的注入方向與所述外延層的中垂線形成的夾角的范圍在5°～80°之間。

上述的制備方法，其中，所述步驟s11完成后，還需對所述第一金屬層進(jìn)行快速退火處理，以在所述第一金屬層表面形成一金屬硅化物層，再執(zhí)行所述步驟s12。

上述的制備方法，其中，所述步驟s4，所述步驟s6和所述步驟s9中刻蝕方法為干法刻蝕。

上述的制備方法，其中，所述摻雜區(qū)為p型摻雜區(qū)。

上述的制備方法，其中，所述步驟s5中，采用傾斜注入工藝向所述通孔底部的所述外延層內(nèi)進(jìn)行摻雜，形成橫向擴(kuò)散的所述摻雜區(qū)。

上述的制備方法，其中，所述步驟s5中，采用垂直注入工藝向所述通孔底部的所述外延層內(nèi)進(jìn)行摻雜并加熱擴(kuò)散，形成橫向擴(kuò)散的所述摻雜區(qū)。

有益效果：本發(fā)明提出的一種溝槽型的肖特基勢壘二極管及其制備方法，能夠在肖特基勢壘二極管中形成pn結(jié)結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有溝槽型器件具有的高耐壓低漏電性能以及肖特基整流器結(jié)構(gòu)的低壓降和浪涌能力，可滿足大功率低功耗的應(yīng)用需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管的制備方法的流程示意圖；

圖3～9為本發(fā)明一實(shí)施例中混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管的制備方法中一個(gè)或多個(gè)步驟形成的結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖10為本發(fā)明一實(shí)施例中相同條件下混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管與現(xiàn)有的肖特基勢壘二極管的反向特性仿真曲線；

圖11為本發(fā)明一實(shí)施例中相同條件下混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管與現(xiàn)有的肖特基勢壘二極管的正向特性仿真曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，如圖1所示，提出了一種混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管，可以包括：

襯底101；

外延層102，生長于襯底的上表面，外延層的上表面形成有多個(gè)溝槽tr，溝槽tr的頂部形成有橫向擴(kuò)散的摻雜區(qū)110；

隔離介質(zhì)層104，覆蓋溝槽tr的側(cè)部和底部以及摻雜區(qū)110的側(cè)部表面；

多晶硅層105，填充每個(gè)溝槽tr；

多晶硅層105的上表面與外延層102的上表面齊平形成一平坦表面；

第一金屬層107，覆蓋于平坦表面上方；

第二金屬層108，覆蓋于第一金屬層107的上表面。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，摻雜區(qū)110的截面的兩端呈圓弧形。

上述實(shí)施例中，優(yōu)選地，摻雜區(qū)110的截面的兩端呈半圓形。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，溝槽tr在外延層102中的深度范圍在1μm～20μm之間。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，摻雜區(qū)110為p型摻雜區(qū)。

如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管的制備方法，其中單個(gè)或多個(gè)步驟形成的結(jié)構(gòu)可以如圖3～9所示，該制備方法可以包括：

步驟s1，提供一襯底101；

步驟s2，于襯底101的上表面生長一外延層102；

步驟s3，于外延層102的上表面沉積一第一介質(zhì)層103；

步驟s4，對第一介質(zhì)層103進(jìn)行刻蝕，以于第一介質(zhì)層103內(nèi)形成截止于外延層102的上表面的多個(gè)通孔h；

步驟s5，采用注入工藝向通孔h底部的外延層102內(nèi)進(jìn)行摻雜，形成橫向擴(kuò)散的摻雜區(qū)110；

步驟s6，以第一介質(zhì)層103為掩膜對摻雜區(qū)110進(jìn)行刻蝕，形成延伸至外延層102內(nèi)的溝槽tr；

步驟s7，于第一介質(zhì)層103的上表面和側(cè)部以及溝槽tr的側(cè)部和底部覆蓋一第二介質(zhì)層104；

步驟s8，形成一多晶硅層105以填充溝槽tr；

步驟s9，刻蝕多晶硅層105至溝槽tr中使得多晶硅層105的上表面與外延層102齊平；

步驟s10，去除外延層102上方的第一介質(zhì)層103和第二介質(zhì)層104，以將外延層102暴露，多晶硅層105的上表面與暴露出的外延層102的上表面形成一平坦表面；

步驟s11，于平坦表面上覆蓋一第一金屬層107；

步驟s12，于第一金屬層107上覆蓋一第二金屬層108。

具體地，平坦表面可以是大致平坦的表面；步驟s9中刻蝕多晶硅層105可以是使得多晶硅層105的上表面略低于外延層102的上表面，此時(shí)可以在步驟s10中通過過刻蝕掉部分外延層的上表面即可使得平坦表面盡量平坦。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，傾斜注入工藝的注入方向與外延層102的中垂線形成的夾角的范圍在5°～80°之間。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，步驟s11完成后，還需對第一金屬層107進(jìn)行快速退火處理，以在第一金屬層107表面形成一金屬硅化物層(附圖中未顯示)，再執(zhí)行步驟s12。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，步驟s4，步驟s6和步驟s9中刻蝕方法為干法刻蝕。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，摻雜區(qū)110為p型摻雜區(qū)。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，步驟s5中，采用傾斜注入工藝向通孔h底部的所述外延層102內(nèi)進(jìn)行摻雜，形成橫向擴(kuò)散的摻雜區(qū)。

在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，步驟s5中，采用垂直注入工藝向通孔h底部的外延層102內(nèi)進(jìn)行摻雜并加熱擴(kuò)散，形成橫向擴(kuò)散的摻雜區(qū)。

如圖9和圖10所示，相同條件下混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管與現(xiàn)有和常見的肖特基勢壘二極管的正向特性仿真曲線和反向特性仿真曲線可見，混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管的特性優(yōu)于現(xiàn)有的肖特基勢壘二極管。

綜上所述，本發(fā)明提出的一種混合結(jié)溝槽型的肖特基勢壘二極管及其制備方法，能夠在肖特基勢壘二極管中形成pn結(jié)結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有溝槽型器件具有的高耐壓低漏電性能以及肖特基整流器結(jié)構(gòu)的低壓降和浪涌能力，可滿足大功率低功耗的應(yīng)用需求。

通過說明和附圖，給出了具體實(shí)施方式的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。

對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。