CN106783954B - 一种低功率沟槽式肖特基整流器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体器件，特别涉及一种低功率沟槽式肖特基整流器件及其制造方法，本发明制造的低功率沟槽式肖特基整流器件，包括：N+单晶硅衬底，N‑外延层，沟槽，沟槽内的导电介质，栅绝缘层，阳极金属层，所述沟槽为斜沟槽，所述导电介质包括相间排列的第一导电部和第二导电部，所述第二导电部材料为与N‑外延层形成肖特基接触的惰性金属，所述栅绝缘层不连续，所述第一导电部通过栅绝缘层与N‑外延层隔离，所述第二导电部与N‑外延层接触，所述沟槽顶端与底端填充的导电介质属于第一导电部。本发明减小正向导通压降，优化沟槽式肖特基整流器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件，特别涉及一种低功率沟槽式肖特基整流器件及其制造方法。
技术背景
肖特基二极管作为整流器件已经在电源应用领域使用了数十年。相对于PN结二极管而言，肖特基二极管具有正向开启电压低和开关速度快的优点，这使其非常适合应用于开关电源以及高频场合。传统的肖特基整流器件采用了台面工艺，金属(如铝、钼)与掺杂的半导体导电层结合构成了肖特基势垒，其具有整流特性，阳极为金属，阴极为掺杂的半导体，金属半导体接触的肖特基势垒为单边结，在提高器件速度的同时也引入了较大的反向漏电。
为改善传统的台面肖特基结构存在的不足，现有肖特基整流器在在传统肖特基二极/管结构中，加入沟槽MOS结构，在沟槽内，氧化层和填入的掺杂多晶硅材料构成MOS结构的栅极，并围绕肖特基势垒区，利用MOS电容产生的耗尽层夹断肖特基势垒区，将肖特基势垒区的反向电场引入器件内部，以提高肖特基的抗反向电压能力，但是沟槽结构的设置会减小肖特基接触面积，进而会影响正向导通压降。
发明内容
本发明的目的是提供一种低功率沟槽式肖特基整流器件，减小正向导通压降，优化沟槽式肖特基整流器件性能。
本发明的另一目的是上述低功率沟槽式肖特基整流器件的制造方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低功率沟槽式肖特基整流器件，包括：N+单晶硅衬底，形成于所述N+单晶硅衬底上N-外延层，形成于所述N-外延层上表层中的沟槽，沟槽内的导电介质，形成于所述沟槽与所述导电介质之间的栅绝缘层，形成于所述N-外延层上的阳极金属层，所述沟槽为斜沟槽，所述导电介质包括相间排列的第一导电部和第二导电部，所述第二导电部材料为与N-外延层形成肖特基接触的惰性金属，所述栅绝缘层不连续，所述第一导电部通过栅绝缘层与N-外延层隔离，所述第二导电部与N-外延层接触，所述第一导电部个数不少于两个，所述第二导电部个数不少于一个，所述沟槽顶端与底端填充的导电介质属于第一导电部。
可选地，第一导电部材料与第二导电部材料不同。
可选地，第一导电部材料与第二导电部材料相同。
可选地，第二导电部材料与阳极金属层材料相同。
可选地，第二导电部材料与阳极金属层材料不同。
一种低功率沟槽式肖特基整流器件的制造方法，包括以下步骤：
(1)在N+单晶硅衬底上形成N-外延层，通过硬质掩膜版刻蚀N-外延层，形成沟槽，沟槽形状为斜沟槽；
(2)在沟槽内壁形成栅绝缘层，沉积第一导电部材料，部分填充沟槽，形成第一导电部；
(3)以硬质掩膜版以及沟槽内第一导电部为掩膜，刻蚀栅绝缘层，至栅绝缘层与第一导电部高度相同，沉积第二导电部材料，部分填充沟槽，形成第二导电部；
(4)循环重复(2)、(3)步至填满沟槽，沟槽顶端填充的导电介质属于第一导电部；
(5)形成阳极金属层。
可选地，所述栅绝缘层材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
可选地，所述第一导电部材料为金属。
可选地，第(2)步栅绝缘层可通过外延生长形成。
可选地，第(1)步与第(3)步用同一块硬质掩膜版。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明低功率沟槽式肖特基整流器件，所述沟槽为斜沟槽，所述导电介质包括相间排列的第一导电部和第二导电部，所述栅绝缘层不连续，所述第一导电部通过栅绝缘层与N-外延层隔离，所述第二导电部与N-外延层接触，施加正向偏压时，由于沟槽内第二导电部与N-外延层形成的肖特基接触正向偏置，电流可通过沟槽内的第二导电部流入N-外延层，增加了肖特基接触面积，降低了正向导通压降，施加反向偏压时，沟槽内第二导电部与N-外延层形成的肖特基接触反向偏置，防止漏电，第一导电部、栅绝缘层以及N-外延层形成MOS电容结构，本发明沟槽为斜沟槽，相邻的第一导电部MOS耗尽层容易相连，耗尽中间第二导电部附近N-外延层，增加抗击反向电压能力。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图；
图2-图6为本发明实施例制造流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明进行介绍，实施例仅用于对本发明进行解释，并不对本发明有任何限定作用。
如图1所示，本发明实施例低功率沟槽式肖特基整流器件，包括：N+单晶硅衬底10，形成于所述N+单晶硅衬底10上N-外延层20，形成于所述N-外延层20上表层中的沟槽30，沟槽30内的导电介质40，形成于所述沟槽30与所述导电介质40之间的栅绝缘层50，形成于所述N-外延层20上的阳极金属层60，所述沟槽30为斜沟槽，所述导电介质40包括相间排列的第一导电部41和第二导电部42，所述第二导电部42材料为与N-外延层20形成肖特基接触的惰性金属，所述栅绝缘层不连续，所述第一导电部41通过栅绝缘层与N-外延层20隔离，所述第二导电部42与N-外延层20接触，所述第一导电部41个数不少于两个，所述第二导电部42个数不少于一个，所述沟槽30顶端与底端填充的导电介质40属于第一导电部41。
图1以两个第一导电部41以及一个第二导电部42为例进行说明，所述第一导电部41材料与第二导电部42材料以及阳极金属层60材料可以相同，也可以不同。
本发明实施例低功率沟槽式肖特基整流器件，施加正向偏压时，由于沟槽30内第二导电部42与N-外延层20形成的肖特基接触正向偏置，电流可通过沟槽30内的第二导电部42流入N-外延层20，增加了肖特基接触面积，降低了正向导通压降，施加反向偏压时，沟槽30内第二导电部42与N-外延层20形成的肖特基接触反向偏置，防止漏电，第一导电部41、栅绝缘层50以及N-外延层20形成MOS电容结构，由于沟槽30为斜沟槽，相邻的第一导电部MOS耗尽层容易相连，耗尽中间第二导电部附近N-外延层20，增加抗击反向电压能力。
本发明实施例低功率沟槽式肖特基整流器件的制造方法，包括以下步骤：
(1)在N+单晶硅衬底10上形成N-外延层20，通过硬质掩膜版刻蚀N-外延层20，形成沟槽30，沟槽30形状为斜沟槽；
在高掺杂的N+单晶硅衬底10上外延生长，形成低掺杂的N-外延层20。
(2)在沟槽30内壁形成栅绝缘层50，沉积第一导电部41材料，部分填充沟槽30，形成第一导电部41；
所述栅绝缘层50材料可为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，可通过外延生长工艺形成。
本发明实施例沉积第一导电部41材料时通过掩膜以及选择性沉积的工艺在沟槽30内形成第一导电部41。
(3)以硬质掩膜版以及沟槽30内第一导电部41为掩膜，刻蚀栅绝缘层30，至栅绝缘层30与第一导电部41高度相同，沉积第二导电部42材料，部分填充沟槽30，形成第二导电部42；
所述硬质掩膜版可以选择第(1)步的硬质掩膜版，实现可以实现精准对位，并且节省工艺成本。
第一导电部作为刻蚀掩膜栅绝缘层30的掩膜，可选择与栅绝缘层30刻蚀性能差异较大的、导电性良好的金属。
(4)循环重复(2)、(3)步至填满沟槽，沟槽30顶端填充的导电介质40属于第一导电部41；
本发明实施例低功率沟槽式肖特基整流器件有两个第一导电部41以及一个第二导电部42时，该步骤只需重复步骤(2)，在沟槽30内壁形成栅绝缘层50，沉积第一导电部41材料，填满沟槽30，形成第一导电部41；
(5)形成阳极金属层60。
在N-外延层20以及填满后的沟槽30区域上沉积阳极金属层60材料，形成阳极金属层60。
Claims (10)
1.一种低功率沟槽式肖特基整流器件，包括：N+单晶硅衬底，形成于所述N+单晶硅衬底上的N-外延层，形成于所述N-外延层上表层中的沟槽，沟槽内的导电介质，形成于所述沟槽与所述导电介质之间的栅绝缘层，形成于所述N-外延层上的阳极金属层，其特征在于，所述沟槽为斜沟槽，所述导电介质包括相间排列的第一导电部和第二导电部，所述第二导电部材料为与N-外延层形成肖特基接触的惰性金属，所述栅绝缘层不连续，所述第一导电部通过栅绝缘层与N-外延层隔离，所述第二导电部与N-外延层接触，所述第一导电部个数不少于两个，所述第二导电部个数不少于一个，所述沟槽顶端与底端填充的导电介质属于第一导电部。
2.根据权利要求1所述的低功率沟槽式肖特基整流器件，其特征在于：第一导电部材料与第二导电部材料不同。
3.根据权利要求1所述的低功率沟槽式肖特基整流器件，其特征在于：第一导电部材料与第二导电部材料相同。
4.根据权利要求1所述的低功率沟槽式肖特基整流器件，其特征在于：第二导电部材料与阳极金属层材料相同。
5.根据权利要求1所述的低功率沟槽式肖特基整流器件，其特征在于：第二导电部材料与阳极金属层材料不同。
6.权利要求1-5所述的任一一种低功率沟槽式肖特基整流器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在N+单晶硅衬底上形成N-外延层，通过硬质掩膜版刻蚀N-外延层，形成沟槽，沟槽形状为斜沟槽；
(2)在沟槽内壁形成栅绝缘层，沉积第一导电部材料，部分填充沟槽，形成第一导电部；
(3)以硬质掩膜版以及沟槽内第一导电部为掩膜，刻蚀栅绝缘层，至栅绝缘层与第一导电部高度相同，沉积第二导电部材料，部分填充沟槽，形成第二导电部；
(4)循环重复(2)、(3)步至填满沟槽，沟槽顶端填充的导电介质属于第一导电部；
(5)形成阳极金属层。
7.根据权利要求6所述的低功率沟槽式肖特基整流器件的制造方法，其特征在于：所述栅绝缘层材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
8.根据权利要求6所述的低功率沟槽式肖特基整流器件的制造方法，其特征在于：所述第一导电部材料为金属。
9.根据权利要求6所述的低功率沟槽式肖特基整流器件的制造方法，其特征在于：第(2)步栅绝缘层可通过外延生长形成。
10.根据权利要求6所述的低功率沟槽式肖特基整流器件的制造方法，其特征在于：第(1)步与第(3)步用同一块硬质掩膜版。
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Effective date of registration: 20220119 Address after: 226463 Zhongtian Industrial Park, Hekou Town, Rudong, Nantong, Jiangsu Patentee after: ZHONGTIAN BROADBAND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: No.18-91, Gongye Road, South Taihu high tech Industrial Park, Wuxing District, Huzhou City, Zhejiang Province Patentee before: Zhejiang julibao Textile Technology Co.,Ltd. |