优化结构的空腔型沟槽肖特基功率器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种优化结构的空腔型沟槽肖特基功率器件及其制造方法，其中，所述肖特基功率器件至少包括：基底及位于所述基底之上的外延层；位于所述外延层内的沟槽，其中，所述沟槽的底部为球形空腔；位于所述沟槽侧壁和所述球形空腔表面上的氧化层，其中，位于所述球形空腔表面上的氧化层的厚度大于所述沟槽侧壁上的氧化层的厚度；填充所述沟槽的高掺杂多晶硅材料；以及位于所述外延层和所述高掺杂多晶硅材料上表面的肖特基金属电极。本发明专利技术的肖特基功率器件，采用本发明专利技术的上述制造方法，优化了现有空腔型沟槽肖特基功率器件的结构，且无需减少器件正向导通的有效面积，进一步提高了反向击穿电压，从而提高了器件性能。

【技术实现步骤摘要】
优化结构的空腔型沟槽肖特基功率器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体器件制造领域，特别是涉及一种肖特基功率器件及其制造方法。
技术介绍
肖特基功率器件是一种用于大电流整流的半导体两端器件，目前常用的肖特基功率器件由金属硅化物和低掺杂N型硅之间的肖特基结来制作，金属硅化物可以是铂硅化合物、钛硅化合物、镍硅化合物和铬硅化合物等。近年来，由于沟槽技术的发展，各种沟槽型结构被用于制作单元肖特基结构的漏电保护环，如常采用的沟槽型MOS结构等。目前又增加了一种利用各向同性刻蚀技术在沟槽底部刻蚀出一个空腔，最终制作成新型结构的沟槽肖特基功率器件，即空腔型沟槽肖特基功率器件。如图1所示为现有技术中空腔型沟槽肖特基功率器件的结构示意图，基底10上覆盖外延层20，在外延层20上制备沟槽；其中，沟槽中包括位于球形空腔表面上的氧化层23、位于沟槽侧壁表面上的氧化层24以及高掺杂多晶硅30；外延层20上还覆盖低势垒肖特基结接触层40和正面金属电极层51。这种空腔型沟槽肖特基功率器件的结构特点为沟槽底部为类似于膨胀结构的球形空腔，空腔的边界线在沟槽边界线以外。这种空腔型沟槽肖特基功率器件有利于提高沟槽肖特基功率器件的反向击穿电压。一般沟槽肖特基功率器件的制造工艺中，在相同的硅外延层情况下，可以通过增加栅氧化层的厚度，来得到更高的击穿电压。然而如果增加栅氧化层的厚度，就会使得沟槽侧壁的栅氧化层的厚度增加，如此就需要增加沟槽宽度，这就降低了器件正向导通的有效面积，从而会增加正向导通电压。而如果不增加栅氧化层的厚度，也就无需增加沟槽侧壁的栅氧化层的厚度，但由于栅氧化层生长工艺和硅外延层晶向的影响，沟槽底部的栅氧化层的厚度要薄于侧壁的栅氧化层的厚度，而栅氧化层最薄的地方往往会成为电压反向击穿的弱点，降低了器件的反向击穿电压，从而降低了器件性能。同样的，上述提及的空腔型沟槽肖特基功率器件也具有这样一个弱点。因此，现在亟需一种能够提高反向击穿电压的空腔型沟槽肖特基功率器件的优化结构，以及能够优化空腔型沟槽肖特基功率器件的制造方法。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种优化结构的空腔型沟槽肖特基功率器件及其制造方法，通过增加沟槽底部的栅氧化层的厚度来优化器件性能，用于解决现有技术中由于沟槽底部的栅氧化层的厚度较薄，致使空腔型沟槽肖特基功率器件的反向击穿电压较低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种肖特基功率器件的制造方法，其中，所述肖特基功率器件的制造方法至少包括：提供一包含外延层的基底，在所述外延层上形成沟槽；在所述沟槽的底部和侧壁表面上形成保护层；保留位于所述沟槽侧壁表面上的所述保护层，去除位于所述沟槽内其余位置上的所述保护层，使所述沟槽底部暴露在外；在所述沟槽的底部形成球形空腔；在所述沟槽的球形空腔表面上形成第一氧化层，之后去除位于沟槽侧壁表面上的保护层；在所述沟槽的侧壁表面和所述第一氧化层上形成第二氧化层，之后向所述沟槽内填充高掺杂多晶硅材料；在所述外延层和所述高掺杂多晶硅材料上表面形成肖特基金属电极。优选地，在形成所述保护层之前，先在所述沟槽的底部和侧壁表面上形成亲和材料层。优选地，每次在去除部分位置上的所述保护层时，去除对应位置上的亲和材料层。优选地，所述亲和材料层为通过热氧化工艺形成的氧化层。优选地，所述亲和材料层的厚度小于所述第一氧化层的厚度。优选地，所述第一氧化层和第二氧化层通过热氧化工艺形成。优选地，在去除位于沟槽底部表面上的保护层时，采用各向异性的刻蚀方法；在所述沟槽的底部形成球形空腔的步骤中，采用各向同性的刻蚀方法进行选择性刻蚀，将所述沟槽的底部刻蚀出球形空腔。本专利技术还提供一种肖特基功率器件，其中，所述肖特基功率器件至少包括：基底及位于所述基底之上的外延层；位于所述外延层内的沟槽，其中，所述沟槽的底部为球形空腔；位于所述沟槽侧壁和所述球形空腔表面上的氧化层，其中，位于所述球形空腔表面上的氧化层的厚度大于所述沟槽侧壁上的氧化层的厚度；填充所述沟槽的高掺杂多晶硅材料；以及位于所述外延层和所述高掺杂多晶硅材料上表面的肖特基金属电极。优选地，位于所述球形空腔表面上的氧化层的厚度均匀。优选地，所述球形空腔轮廓线相较所述沟槽侧壁轮廓线外扩。如上所述，本专利技术的优化结构的空腔型沟槽肖特基功率器件及其制造方法，具有以下有益效果：本专利技术的肖特基功率器件的制造方法，充分利用器件结构设计和工艺制造改进的优势，通过两次热氧化工艺，在现有空腔型沟槽肖特基功率器件基础上，在不增加位于沟槽侧壁表面上的氧化层厚度的同时，而是只增加位于球形空腔表面上的氧化层的厚度，达到进一步提高反向击穿电压的目的。本专利技术的肖特基功率器件，采用本专利技术的上述制造方法，优化了现有空腔型沟槽肖特基功率器件的结构，使得位于球形空腔表面上的氧化层的厚度大于位于沟槽侧壁表面上的氧化层的厚度，且无需减少器件正向导通的有效面积，进一步提高了反向击穿电压，从而提高了器件性能。附图说明图1显示为本专利技术现有技术中的空腔型沟槽肖特基功率器件的结构示意图。图2显示为根据本专利技术一个实施例的肖特基功率器件的制造方法的流程示意图。图3～图12显示为根据本专利技术一个实施例的肖特基功率器件的制造方法的剖面结构示意图。图13显示为本专利技术一个实施例的肖特基功率器件及其制造方法得到的器件的剖面结构示意图。元件标号说明10基底20外延层21沟槽22球形空腔23位于球形空腔表面上的氧化层24位于沟槽侧壁表面上的氧化层30亲和材料层40保护层50高掺杂多晶硅材料60低势垒肖特基结接触层70正面多层金属膜71正面金属电极层72正面第一金属镀层73正面第二金属镀层74正面第三金属镀层80背面多层金属膜81背面第一金属镀层82背面第二金属镀层83背面第三金属镀层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。本专利技术的一个实施例涉及一种肖特基功率器件的制造方法，具体流程如图2所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本实施例的肖特基功率器件的制造方法至少包括：(1)提供一包含外延层20的基底10，在外延层20上形成沟槽21，如图3所示。在步骤(1)中，基底10为N型浓掺杂硅基底，其掺杂浓度小于等于0.01ohm-cm。在N型浓掺杂硅基底上生长外延层20，该外延层20为低掺杂N型硅外延层，其掺杂浓度为1014/cm3～1017/cm3，其厚度为2μm～30μm。在本实施例中，采用掩膜刻蚀方法在N/N+的低掺杂N型硅外延层上制备所需深度的沟槽，沟槽的宽度为0.15μm～20μm，根据外延层20厚度而定。(2)在沟槽21的底部和侧壁表面形成亲和材料层30，之后在亲和材料层30上形成保护层40，如图4所示。在图示实施例中，亲和材料层30为二氧化硅层，保护层40为氮化硅层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肖特基功率器件的制造方法，其特征在于，所述肖特基功率器件的制造方法至少包括：提供一包含外延层的基底，在所述外延层上形成沟槽；在所述沟槽的底部和侧壁表面上形成保护层；保留位于所述沟槽侧壁表面上的所述保护层，去除位于所述沟槽内其余位置上的所述保护层，使所述沟槽底部暴露在外；在所述沟槽的底部形成球形空腔；在所述沟槽的球形空腔表面上形成第一氧化层，之后去除位于沟槽侧壁表面上的保护层；在所述沟槽的侧壁表面和所述第一氧化层上形成第二氧化层，之后向所述沟槽内填充高掺杂多晶硅材料；在所述外延层和所述高掺杂多晶硅材料上表面形成肖特基金属电极。

【技术特征摘要】
1.一种肖特基功率器件的制造方法，其特征在于，所述肖特基功率器件的制造方法至少包括：提供一包含外延层的基底，在所述外延层上形成沟槽；在所述沟槽的底部和侧壁表面上形成保护层，所述保护层为氮化硅层；保留位于所述沟槽侧壁表面上的所述保护层，对位于所述沟槽内其余位置上的所述保护层进行无掩膜刻蚀以去除位于所述沟槽内其余位置上的所述保护层，使所述沟槽底部暴露在外；在所述沟槽的底部形成球形空腔；在所述沟槽的球形空腔表面上形成第一氧化层，之后去除位于沟槽侧壁表面上的保护层；在所述沟槽的侧壁表面和所述第一氧化层上通过热氧化工艺形成第二氧化层，之后向所述沟槽内填充高掺杂多晶硅材料；在所述外延层和所述高掺杂多晶硅材料上表面形成肖特基金属电极。2.根据权利要求1所述的肖特基功率器件的制造方法，其特征在于，在形成所述保护层之前，先在所述沟槽的底部和侧壁表面上形成亲和材料层。3.根据权利要求2所述的肖特基功率器件的制造方法，其特征在于，每次在去除部分位置上的所述保护层时，去除对应位置上的亲和材料层。4.根据权利要求2所述的肖特基功率器件的制造方法，其特征在于，所述亲和材料层为通过热氧化工艺形成的氧化层。5.根据权利要求4所述的肖特基功率器件的制造方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，郑晨焱，
申请(专利权)人：中航重庆微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85