二极管元件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种二极管元件及其制造方法。二极管元件包括基板、位于基板上的磊晶层、沟槽式栅极结构、肖特基二极管结构及终端结构。磊晶层定义一主动区及一终止区。肖特基二极管结构与沟槽式栅极结构皆位于主动区，而终端结构位于终止区。终端结构包括终端沟槽、终端绝缘层、第一间隙壁、第二间隙壁及第一掺杂区。终端沟槽形成于磊晶层中。终端绝缘层顺形地覆盖于终端沟槽的内壁面。第一间隙壁与第二间隙壁分别位于终端沟槽的两侧壁面。第一掺杂区形成于终止区，并位于终端结构下方，其中第一掺杂区与磊晶层具有相反的导电型。本发明专利技术可改变电场分布，从而提高肖特基二极管的反向崩溃电压，并降低反向漏电流。

【技术实现步骤摘要】
二极管元件及其制造方法
本专利技术是关于一种半导体元件及其制造方法，且特别涉及一种用于整流的沟槽式肖特基二极管元件及其制造方法。
技术介绍
不同于一般的PN二极管，肖特基二极管(Schottkydiode)是利用金属与半导体接合时所产生的肖特基能障(Schottkybarrier)，来产生整流的效果。并且，肖特基二极管具有较低的导通电压降，以及较高的切换速度。除此之外，肖特基二极管能承载较大的顺向电流，并阻挡反向偏压电流。因此，肖特基二极管系为一种低功耗、大电流及超高速的半导体器件。因此，肖特基二极管(Schottkydiode)是一种重要的功率元件，目前已被广泛地应用在电源供应器的开关、马达控制、通信元件的切换、工厂自动化设备、电子自动化以及其他高速电源交换式应用，做为输出整流二极管之用。然而，肖特基二极管的反向崩溃电压(reversebreakdownvoltage)较低，且在被施加反向偏压时，肖特基二极管具有较大的漏电流。当反向偏压大于肖特基二极管的反向崩溃电压时，逆向电流会通过肖特基二极管，并有可能导致肖特基二极管因过热而烧毁。另外，肖特基二极管的工艺复杂度较高，制作成本也较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种二极管结构及其制造方法，用以提高肖特基二极管的反向崩溃电压，并降低肖特基二极管的反向漏电流。由于肖特基二极管的反向崩溃电压提高，可选用具有较低能障的肖特基金属，以更进一步降低肖特基二极管的导通电压。本专利技术其中一实施例提供一种二极管元件，其包括基板、磊晶层、沟槽式栅极结构、肖特基二极管结构及终端结构。磊晶层设置于基板上，其中磊晶层定义一主动区及一邻近所述主动区的终止区。肖特基二极管结构与沟槽式栅极结构皆位于主动区，而终端结构位于终止区。终端结构包括终端沟槽、终端绝缘层、第一间隙壁、第二间隙壁及第一掺杂区。终端沟槽形成于磊晶层中，其中终端沟槽的内壁面具有一靠近主动区的第一侧壁面及一与第一侧壁面相对并远离主动区的第二侧壁面。终端绝缘层顺形地覆盖于终端沟槽的内壁面。第一间隙壁位于终端沟槽内，并叠设于终端绝缘层上，其中第一间隙壁紧靠第一侧壁面。第二间隙壁位于终端沟槽内，并叠设于终端绝缘层上，其中第二间隙壁紧靠第二侧壁面。第一掺杂区形成于终止区，并位于终端结构下方，其中第一掺杂区与磊晶层具有相反的导电型。本专利技术另一实施例提供一种二极管元件的制造方法，其包括：提供一基板；形成一磊晶层于所述基板上，其中所述磊晶层定义一主动区以及一位于所述主动区外围的终止区；执行一蚀刻步骤，以在磊晶层中形成一位于主动区的沟槽及一位于终止区的终端沟槽，其中终端沟槽的宽度大于沟槽的宽度，且沟槽于主动区中定义出至少一平台，其中终端沟槽的内壁面包括底表面、第一侧壁面及与第一侧壁面相对的第二侧壁面；执行第一掺杂步骤于磊晶层，以在邻近终端沟槽下方的磊晶层中形成一掺杂区，其中掺杂区与磊晶层具有相反的导电型；形成一介电层，以覆盖沟槽的内壁面，平台的顶面以及终端沟槽的内壁面，其中终端沟槽的内壁面包括一底表面及两侧壁面；形成一栅极于沟槽内，并在终端沟槽的第一侧壁面与第二侧壁面上分别形成一第一侧壁间隔结构及一第二侧壁间隔结构；形成一硬质掩膜层覆盖所述主动区，以及部分第一侧壁间隔结构；执行一第二热氧化工艺，以在所述终端沟槽底部形成一底部氧化层，并扩大掺杂区的范围而形成一第一掺杂区，其中所述底部氧化层的厚度由中间朝两端的方向递减；移除硬质掩膜层以及位于平台顶面上的部分介电层，以分别于沟槽与终端沟槽中形成一栅极介电层及一终端绝缘层；以及形成一金属层于主动区，其中金属层电性连接栅极，并接触所述平台的顶面，以形成肖特基接触。综上所述，本专利技术所提供的二极管元件及其制造方法，通过在终端沟槽下方的磊晶层中形成一具有和磊晶层的导电型相反的掺杂区，可改变电场分布，从而提高肖特基二极管的反向崩溃电压，并降低反向漏电流。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明图1A绘示本专利技术实施例的二极管元件的剖面示意图。图1B绘示图1A中在终端结构的局部放大图。图2绘示本专利技术实施例的二极管元件的制造方法的流程图。图3A至3K分别绘示本专利技术一实施例的二极管元件在各步骤中的剖面示意图。其中，附图标记说明如下：二极管元件1基板100上表面100a背面100b主动区AR终止区TR磊晶层110终端结构12终端沟槽120第一侧壁面S1第二侧壁面S2底表面S3第一掺杂区121终端绝缘层122侧壁氧化层122a、122b底部氧化层122c第一厚度t1第二厚度t2下表面122s第一间隙壁123第一半导体层123a第一绝缘层123b第二间隙壁124第二半导体层124a第二绝缘层124b终端平台125沟槽式栅极结构13沟槽130栅极介电层131栅极132肖特基二极管结构14平台141金属层142第二掺杂区140第一接触垫15第二接触垫16终端沟槽宽度W1沟槽宽度W2重叠长度L终端沟槽深度d1沟槽深度d2掩膜层20遮罩图案层20’氧化层30掺杂区121’介电层40第一侧壁间隔结构50a第二侧壁间隔结构50b硬质掩膜层60流程步骤S100～S109具体实施方式图1绘示本专利技术一实施例的二极管元件的剖面示意图。本专利技术实施例的二极管元件1包括基板100、磊晶层110、终端结构12、沟槽式栅极结构13、肖特基二极管结构14、第一接触垫15以及第二接触垫16。在图1中，基板100为半导体基板，并具有高浓度的第一型导电性杂质，而形成第一重掺杂区。第一重掺杂区可分布于基板100的局部区域或是分布于整个基板100中。在本实施例的第一重掺杂区是分布于整个基板100内，但仅用于举例而非用以限制本专利技术。前述的第一型导电性杂质可以是N型或P型导电性杂质。假设基板100为硅基材，N型导电性杂质为五价元素离子，例如磷离子或砷离子，而P型导电性杂质为三价元素离子，例如硼离子、铝离子或镓离子。另外，基板100具有一上表面100a及一与所述上表面100a相反的背面100b。磊晶层(epitaxiallayer)110位于基板100的上表面100a上，并具有低浓度的第一型导电性杂质。在本实施例中，基板100为高浓度的N型掺杂(N+)，而磊晶层110则为低浓度的N型掺杂(N-)。另外，在本实施例中，磊晶层110被定义出一主动区AR以及一与主动区AR相邻的终止区(terminationarea)TR。进一步而言，终止区TR是位于主动区AR的外围。沟槽式栅极结构13与肖特基二极管结构14是位于主动区AR内，而终端结构12是位于终止区TR内。详细而言，终端结构12包括终端沟槽120、终端绝缘层122、第一间隙壁123、第二间隙壁124及第一掺杂区121。终端沟槽120形成于磊晶层110中，且终端沟槽120的宽度介于15μm至40μm之间，深度则介于1μm至5μm之间。另外，由于终端沟槽120是由磊晶层110表面凹陷而形成，从而在终止区TR内定义出至少一终端平台125。另外，终端沟槽120的内壁面包括较靠近主动区AR的第一侧壁面S1及较远离主动区AR的第二侧壁面S2，其中第一侧壁面S1与第二侧壁面S2相对。第一掺杂区121位于终端沟槽120下方的磊晶层110内，进一步而言，第一掺杂区12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二极管元件，其特征在于：一基板；一磊晶层，设置于所述基板上，其中所述磊晶层定义一主动区及一邻近所述主动区的终止区；一沟槽式栅极结构，位于所述主动区；一肖特基二极管结构，位于所述主动区；以及一终端结构，位于所述终止区，其中所述终端结构包括：一终端沟槽，形成于所述磊晶层中，其中所述终端沟槽的内壁面包括一靠近所述主动区的第一侧壁面及一与所述第一侧壁面相对并远离所述主动区的第二侧壁面；一终端绝缘层，顺形地覆盖于所述终端沟槽的内壁面；一第一间隙壁，位于所述终端沟槽内，并叠设于所述终端绝缘层上，其中所述第一间隙壁紧靠所述第一侧壁面；一第二间隙壁，位于所述终端沟槽内，并叠设于所述终端绝缘层上，其中所述第二间隙壁紧靠所述第二侧壁面；及一第一掺杂区，位于所述终端沟槽下方的磊晶层内，其中所述第一掺杂区与所述磊晶层具有相反的导电型。

【技术特征摘要】
1.一种二极管元件，其特征在于：一基板；一磊晶层，设置于所述基板上，其中所述磊晶层定义一主动区及一邻近所述主动区的终止区；一沟槽式栅极结构，位于所述主动区；一肖特基二极管结构，位于所述主动区；以及一终端结构，位于所述终止区，其中所述终端结构包括：一终端沟槽，形成于所述磊晶层中，其中所述终端沟槽的内壁面包括一靠近所述主动区的第一侧壁面及一与所述第一侧壁面相对并远离所述主动区的第二侧壁面；一终端绝缘层，顺形地覆盖于所述终端沟槽的内壁面；一第一间隙壁，位于所述终端沟槽内，并叠设于所述终端绝缘层上，其中所述第一间隙壁紧靠所述第一侧壁面；一第二间隙壁，位于所述终端沟槽内，并叠设于所述终端绝缘层上，其中所述第二间隙壁紧靠所述第二侧壁面；及一第一掺杂区，位于所述终端沟槽下方的磊晶层内，其中所述第一掺杂区与所述磊晶层具有相反的导电型。2.如权利要求1所述的二极管元件，其中所述终端绝缘层具有一位于所述终端沟槽底部的一底部氧化层，其中靠近所述第一侧壁面或所述第二侧壁面的所述底部氧化层的厚度小于位于终端沟槽的中央的底部氧化层的厚度。3.如权利要求1所述的二极管元件，其中所述终端绝缘层具有一位于所述终端沟槽底部的一底部氧化层，其中所述底部氧化层的厚度由中间朝两端的方向渐减。4.如权利要求1所述的二极管元件，其中所述终端绝缘层具有一位于所述终端沟槽底部的一底部氧化层，其中所述底部氧化层的下表面为曲面。5.如权利要求2、3或4所述的二极管元件，其中所述第一接触垫与所述底部氧化层的重叠长度至少大于所述终端沟槽宽度的1/5。6.如权利要求1所述的二极管元件，其中所述第一间隙壁包括一第一半导体层及形成于所述第一半导体层表面的一第一绝缘层，其中所述第一绝缘层位于所述第一半导体层的部分表面。7.如权利要求1所述的二极管元件，其中所述第二间隙壁包括一第二半导体层及形成于所述第二半导体层表面的一第二绝缘层，其中所述第二氧化层完全覆盖所述第二半导体层的表面。8.如权利要求1所述的二极管元件，其中所述沟槽式栅极结构包括：至少一沟槽，其中所述沟槽形成于所述磊晶层中；一栅极介电层，顺形地形成于所述沟槽的内壁面；以及一导电层，填满所述沟槽，并通过所述栅极介电层与所述磊晶层电性绝缘。9.如权利要求8所述的二极管元件，其中所述沟槽的宽度小于所述终端沟槽的宽度，且所述沟槽的深度小于所述中端沟槽的深度。10.如权利要求8所述的二极管元件，其中所述肖特基二极管结构包括：一平台，所述平台由形成于所述磊晶层内的所述沟槽所定义；一第二掺杂区，形成于所述平台的顶部区域，其中所述第二掺杂区与所述磊晶层具有相反的导电型；以及一金属层，形成于所述磊晶层上，其中所述金属层电性连接于所述导电层，并接触所述平台的顶面，以形成肖特基接触。11.如权利要求10所述的二极管元件，其中所述金属层选自由钛、铂、钨、镍、铬、钼、锡及其金属硅化物所组成的群组其中的一种。12.如权利要求1所述的二极管元件，还包括；一第一接触垫，形成于所述肖特基二极管结构与...

【专利技术属性】
技术研发人员：于世珩，蔡松颖，张有宏，庄如旭，许志维，
申请(专利权)人：敦南科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71