利用電荷耦合實(shí)現(xiàn)耐壓的肖特基二極管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種肖特基二極管及其制備方法，尤其是一種利用電荷耦合實(shí)現(xiàn)耐壓的肖特基二極管及其制備方法，屬于肖特基二極管的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)肖特基二極管利用金屬-半導(dǎo)體的肖特基接觸實(shí)現(xiàn)了較好的整流特性，但應(yīng)對中高壓器件的耐壓要求，傳統(tǒng)的肖特基二極管因金屬-半導(dǎo)體肖特基勢皇較低且隨溫度變化較大，因此不再廣泛適用，這些年出現(xiàn)了另一類型的肖特基二極管器件，它們采用溝槽結(jié)構(gòu)，在溝槽內(nèi)壁生長一定厚度的絕緣氧化層，并用導(dǎo)電多晶硅填充溝槽，使得導(dǎo)電多晶硅、絕緣氧化層、半導(dǎo)體基板材料三者形成一個(gè)電容板結(jié)構(gòu)，當(dāng)器件需要耐壓工作時(shí)，半導(dǎo)體基板施加一個(gè)相對于導(dǎo)電多晶硅的高電位，從而在半導(dǎo)體基板靠近溝槽的附近耦合出相反于半導(dǎo)體摻雜類型的電荷，進(jìn)一步在反偏電壓的作用下形成耗盡層，當(dāng)相鄰兩個(gè)耗盡層尚未接觸之前，半導(dǎo)體基板上施加的電壓由器件的陽極金屬與半導(dǎo)體基板形成的肖特基勢皇所承擔(dān)，而通過控制相鄰溝槽的距離、溝槽內(nèi)絕緣氧化層的厚度以及半導(dǎo)體基板的電阻率都可以決定相鄰耗盡層在多高的電壓下可以接觸，一旦耗盡層接觸連接在一起，那半導(dǎo)體基板電壓則就會由耗盡層來承擔(dān)，而這種耐壓能力是要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的肖特基勢皇的耐壓效果，并且其溫度特性也更優(yōu)。
[0003]雖然上述結(jié)構(gòu)解決了器件有源區(qū)內(nèi)的元胞耐壓要求，但在器件的終端保護(hù)區(qū)依然面臨相同電壓的電場應(yīng)力，終端保護(hù)區(qū)需要將有源區(qū)的電場水平延展并最終收斂，從而達(dá)到高可靠性的耐壓要求，現(xiàn)有肖特基二極管器件多采用圖1和圖2所示的終端耐壓結(jié)構(gòu)。
[0004]如圖1所示，在有源區(qū)的N型漂移區(qū)8內(nèi)設(shè)置有有源溝槽31，在所述有源溝槽31的內(nèi)壁及底壁覆蓋有源絕緣氧化層32，有源絕緣氧化層32還覆蓋在終端保護(hù)區(qū)對應(yīng)的第一主面上，在覆蓋在有源絕緣氧化層31的有源溝槽31內(nèi)填充有有源導(dǎo)電多晶硅32。在終端保護(hù)區(qū)的第一主面上覆蓋有介質(zhì)層34，有源區(qū)的第一主面上設(shè)置有源金屬35，有源金屬35與有源溝槽31內(nèi)的有源導(dǎo)電多晶硅32電連接，且有源金屬35還支撐在介質(zhì)層34上。而在終端保護(hù)區(qū)內(nèi)并未設(shè)置對應(yīng)的耐壓結(jié)構(gòu)。如圖2所示，與圖1中的結(jié)構(gòu)不同的時(shí)，在終端保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置若干耐壓溝槽36，在耐壓溝槽36的內(nèi)壁及底壁覆蓋有終端絕緣氧化層，所述終端絕緣氧化層與有源絕緣氧化層32為同一制造層，在覆蓋有終端絕緣氧化層的耐壓溝槽36內(nèi)填充有終端導(dǎo)電多晶硅37，在耐壓溝槽36的槽口由介質(zhì)層34覆蓋。
[0005]由上述可知，現(xiàn)有的肖特基二極管的終端保護(hù)區(qū)僅設(shè)置有金屬場板結(jié)構(gòu)或者是在金屬場板之下設(shè)置有一個(gè)或若干個(gè)與元胞類似的溝槽結(jié)構(gòu)，然而耐壓溝槽36結(jié)構(gòu)中的終端導(dǎo)電多晶硅37是封閉在溝槽內(nèi)的，因此是浮置的電位，與有源溝槽31內(nèi)的有源導(dǎo)電多晶硅33電位不同，當(dāng)器件耐壓時(shí)，由于兩部分的導(dǎo)電多晶硅具有不同的電位，尤其是緊靠最外圈元胞的那個(gè)耐壓溝槽36中的終端導(dǎo)電多晶硅37，因此，耦合出的電荷數(shù)量就有較大差異，這樣會改變相鄰兩個(gè)耗盡層的耗盡程度，從而影響耗盡層的夾斷效果，使得有源區(qū)與終端保護(hù)區(qū)的過渡地帶以及終端保護(hù)區(qū)內(nèi)的區(qū)域成為器件整體耐壓的薄弱點(diǎn)，這樣，器件的耐壓可靠性，尤其是電壓較高的器件的耐壓一致性會變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種利用電荷耦合實(shí)現(xiàn)耐壓的肖特基二極管及其制備方法，其耐壓能力強(qiáng)，耐壓可靠性高，制作工藝簡單，并且終端保護(hù)區(qū)占用芯片整體面積的比重更低，具有極高的性價(jià)比，適宜于批量生產(chǎn)。
[0007]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述利用電荷耦合實(shí)現(xiàn)耐壓的肖特基二極管，在所述肖特基二極管的俯視平面上，包括位于半導(dǎo)體基板的有源區(qū)和終端保護(hù)區(qū)，所述有源區(qū)位于半導(dǎo)體基板的中心區(qū)，終端保護(hù)區(qū)位于有源區(qū)的外圈并環(huán)繞包圍所述有源區(qū)，終端保護(hù)區(qū)內(nèi)包括鄰接有源區(qū)的耐壓保護(hù)區(qū)；在所述肖特基二極管的截面上，所述半導(dǎo)體基板包括位于上方的漂移區(qū)以及位于下方的襯底，所述襯底鄰接漂移區(qū)，漂移區(qū)的上表面形成半導(dǎo)體基板的第一主面，襯底的下表面形成半導(dǎo)體基板的第二主面；其創(chuàng)新在于:
在所述肖特基二極管的俯視平面上，有源區(qū)包括位于所述有源區(qū)最外圈的橋接元胞環(huán)，耐壓保護(hù)區(qū)內(nèi)包括至少一個(gè)耐壓環(huán)，耐壓保護(hù)區(qū)內(nèi)鄰近橋接元胞環(huán)的耐壓環(huán)形成橋接耐壓環(huán)，所述橋接耐壓環(huán)與橋接元胞環(huán)相平行；
在所述肖特基二極管的截面上，橋接耐壓環(huán)采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述橋接耐壓溝槽由第一主面垂直向下延伸，橋接耐壓溝槽的延伸深度小于漂移區(qū)的厚度，橋接耐壓溝槽的內(nèi)壁及底壁覆蓋有耐壓絕緣氧化層，在覆蓋有耐壓絕緣氧化層的橋接耐壓溝槽內(nèi)填充有耐壓導(dǎo)電多晶硅；在橋接耐壓溝槽的槽口覆蓋絕緣介質(zhì)層，且所述絕緣介質(zhì)層還覆蓋在終端保護(hù)區(qū)第一主面上的耐壓絕緣氧化層上，在所述絕緣介質(zhì)層上設(shè)置耐壓區(qū)金屬層；
在所述肖特基二極管的截面上，橋接元胞環(huán)采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述橋接元胞溝槽由第一主面垂直向下延伸，橋接耐壓溝槽的延伸深度小于漂移區(qū)的厚度，橋接元胞溝槽的內(nèi)壁及底壁覆蓋有元胞絕緣氧化層，在覆蓋有元胞絕緣氧化層的橋接元胞溝槽內(nèi)填充有元胞導(dǎo)電多晶硅；所述元胞導(dǎo)電多晶硅與有源區(qū)第一主面上的有源區(qū)金屬層電連接，且橋接元胞溝槽內(nèi)的元胞導(dǎo)電多晶硅通過有源區(qū)金屬層與位于橋接元胞環(huán)內(nèi)圈元胞內(nèi)的元胞導(dǎo)電多晶硅電連接；所述有源區(qū)金屬層與耐壓區(qū)金屬層電連接，且橋接元胞溝槽內(nèi)的元胞導(dǎo)電多晶硅與橋接耐壓溝槽內(nèi)的耐壓導(dǎo)電多晶硅保持等電位。
[0008]在所述肖特基二極管的俯視平面上，在橋接耐壓環(huán)與橋接元胞環(huán)間設(shè)有若干橋連體；
在所述肖特基二極管的截面上，所述橋連體采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述橋連溝槽分別與橋接耐壓溝槽以及橋接元胞溝槽連接，在橋連溝槽的側(cè)壁及底壁覆蓋有橋接絕緣氧化層，在覆蓋有橋接絕緣氧化層的橋連溝槽內(nèi)填充有橋連導(dǎo)電多晶硅，所述橋連導(dǎo)電多晶硅與耐壓導(dǎo)電多晶娃以及元胞導(dǎo)電多晶娃接觸，橋接元胞溝槽內(nèi)的元胞導(dǎo)電多晶娃通過有源區(qū)金屬層、耐壓區(qū)金屬層以及橋連導(dǎo)電多晶硅與橋接耐壓溝槽內(nèi)的耐壓導(dǎo)電多晶硅保持等電位。
[0009]所述元胞絕緣氧化層、耐壓絕緣氧化層以及橋接絕緣氧化層為同一制造層，元胞絕緣氧化層的厚度為2000A~10000A。
[0010]在所述肖特基二極管的俯視平面上，有源區(qū)內(nèi)包括位于橋接元胞環(huán)內(nèi)圈若干規(guī)則排布且相互平行分布的有源元胞，有源區(qū)內(nèi)的有源元胞與橋接元胞環(huán)相連；
在所述肖特基二極管的截面上，有源元胞采用溝槽結(jié)構(gòu)，所述有源元胞溝槽從第一主面向下垂直向下延伸，有源元胞溝槽延伸的深度小于漂移層的厚度，在有源元胞溝槽的內(nèi)壁以及底壁覆蓋有元胞絕緣氧化層，在覆蓋有元胞絕緣氧化層的有源元胞溝槽內(nèi)填充有元胞導(dǎo)電多晶硅；有源元胞溝槽內(nèi)的元胞導(dǎo)電多晶硅與有源區(qū)金屬層電連接，且有源元胞溝槽內(nèi)的元胞導(dǎo)電多晶硅通過有源區(qū)金屬層與橋連元胞溝槽內(nèi)的元胞導(dǎo)電多晶硅電連接；有源區(qū)內(nèi)相互平行的有源元胞之間的間距相等。
[0011]所述耐壓保護(hù)區(qū)內(nèi)具有多個(gè)耐壓環(huán)時(shí)，耐壓保護(hù)區(qū)內(nèi)的耐壓環(huán)相互平行，且橋接耐壓環(huán)與橋接元胞環(huán)之間的距離與有源區(qū)內(nèi)相互平行有源元胞之間的距離相等。
[0012]利用電荷耦合實(shí)現(xiàn)耐壓的肖特基二極管的制備方法，所述肖特基二極管的制備方法包括如下步驟:
a、提供具有兩個(gè)相對主面的半導(dǎo)體基板，所述兩個(gè)相對主面包括第一主面與第二主面，在第一主面與第二主面間包括漂移區(qū)以及位于所述漂移區(qū)下方的襯底；
b、在上述半導(dǎo)體基板的第一主面上淀積硬掩膜層，并選擇性地掩蔽可刻蝕所述硬掩膜層，以得到所需的硬掩膜窗口，所述硬掩膜窗口貫通硬掩膜層；
C、利用上述的硬掩膜窗口對半導(dǎo)體基板的第一主面進(jìn)行各向異性干法刻蝕，以在漂移區(qū)內(nèi)形成溝槽，所述溝槽在漂移區(qū)的深度小于漂移區(qū)的厚度，所述溝槽包括位于耐壓保護(hù)區(qū)內(nèi)的橋接耐壓溝槽以及位于有源區(qū)內(nèi)的橋接元胞溝槽；