一种沟槽型肖特基二极管器件及其制作方法技术

本发明专利技术属于半导体制作技术领域，公开了一种沟槽型肖特基二极管器件及其制作方法，包括第一导电类型衬底，第一导电类型衬底分为元胞区和终端区，第一导电类型衬底表面形成第一导电类型外延层，第一导电类型外延层的前端面阵列有若干沟槽，沟槽的内表面设有沟槽介质层，沟槽内填充有导电材料，所述上端面的终端区除沟槽开口面以外的位置覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层表面、上端面中的沟槽开口面和上端面的元胞区均设有肖特基金属层，所述肖特基金属层与沟槽内的导电材料接触；所述肖特基金属层的表面和第一导电类型衬底的下端面覆盖金属电极层。以解决现有技术高电压肖特基二极管器件工艺难度高、可靠性低以及耐压效果差的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽型肖特基二极管器件及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体制作
，具体涉及一种沟槽型肖特基二极管器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着二极管制作技术的提高和沟槽技术的发展，各种沟槽型结构被用于制作单元肖特基二极管器件。沟槽结构的肖特基二极管将反向电压时的最大电场强度区域从二极管器件外延层的表面下移到沟槽底部，减弱了肖特基接触位置的电场强度，大大降低了二极管器件的反向漏电流。值得注意的是，由于电场曲率效应和其沟槽结构的存在，二极管器件终端区形成的电场强度比元胞区形成的电场强度大得多，导致终端区的实际击穿电压比设计时的理想击穿电压显著变低，导致二极管器件的使用寿命缩短，损坏概率高。
[0003]现有技术中，CN107195693A公开一种沟槽栅肖特基二极管器件结构，该技术构造了沟槽型肖特基二极管的终端结构，通过在终端区引入大沟槽结构，使电极金属部分的终止位置停留在大沟槽内，该技术虽然可以在一定程度上实现反向击穿电压的提升，但是由于在终端区域引入大沟槽结构，导致芯片内部与终端部分应力不均衡，二极管器件的可靠性差。同时，在沟槽栅内部蚀刻金属，使其停留在沟槽内部指定位置，工艺难度大。因此，亟需设计一种工艺难度低的终端区结构，即能解决高电压肖特基二极管器件的耐压效果差的问题，同时保证二极管器件的可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种沟槽型肖特基二极管器件及其制作方法，解决了现有技术高电压肖特基二极管器件工艺难度高、可靠性低以及耐压效果差的问题。/>[0005]本专利技术提供的基础方案：一种沟槽型肖特基二极管器件，包括第一导电类型衬底，所述第一导电类型衬底分为元胞区和终端区，所述第一导电类型衬底表面形成有第一导电类型外延层，所述第一导电类型外延层的前端面阵列有若干沟槽，沟槽结构为两面开口沟槽，两开口面相互垂直，其中一开口面位于第一导电类型外延层的前端面，另一个开口面位于第一导电类型外延层的上端面；所述沟槽的内表面设有沟槽介质层，沟槽内填充有导电材料，所述上端面的终端区除沟槽开口面以外的位置覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层表面、上端面的沟槽开口面和上端面的元胞区均设有肖特基金属层，所述肖特基金属层与沟槽内的导电材料接触；所述肖特基金属层的表面和第一导电类型衬底的下端面覆盖有金属电极层。
[0006]本专利技术的原理及优点在于：设置绝缘介质层，避免肖特基金属层及金属电极层与终端区外延层上表面接触，降低终端区形成的电压强度；所述第一导电类型外延层的前端面设有若干沟槽，所述沟槽用于填充导电材料，导电材料与沟槽的内表面间设有沟槽介质层，使电极金属部分的终止位置停留在所述沟槽内，并且导电材料与肖特基金属层接触，形成沟槽性极性电极，降低终端区域的电场变化曲率，提高了所述沟槽型肖特基二极管器件
终端区的耐受电压。本方案的优点在于：在第一导电类型外延层的前端面设置若干沟槽，并在沟槽内填充导电材料、设置沟槽介质层，使电极金属部分的终止位置停留在所述沟槽内；并且使导电材料与肖特基金属层接触，形成极性电极，增加了终端区沟槽的耗尽能力，降低了元胞区与终端区过渡时的电场变化曲率，提高终端区的耐受电压效果；跟对比文件相比，本方案将沟槽设计成若干个小沟槽，在沟槽内填充导电材料更加容易，降低制作工艺难度，同时提高所述沟槽型肖特基二极管器件的可靠性。
[0007]进一步，所述终端区内还设有P型注入区，所述P型注入区形成于第一导电类型外延层的前端面，所述P型注入区位置与沟槽阵列位置重合，所述P型注入区的注入深度小于沟槽深度。
[0008]有益效果：通过在终端区中引入P型注入区，P型注入区的注入深度小于沟槽深度，使P型注入区利用沟槽结构的阻隔形成不连续P/N结，降低了反向漏电流；在终端区利用多个沟槽与P型注入区的共同作用，降低终端区的电场变化曲率，提高了所述沟槽型肖特基二极管器件的耐受电压。
[0009]进一步，所述P型注入区的长度大于终端区中的沟槽阵列区的长度，所述P型注入区在长度方向末端呈阶梯结构。
[0010]有益效果：与上述方案相比，设置P型注入区的长度大于沟槽阵列区的长度，保证形成的不连续P/N结的数量足够多，能够高效地降低终端区的电场变化曲率，提高了所述沟槽型肖特基二极管器件的耐受电压；并且将P型注入区在长度方向末端设计为阶梯结构，使无沟槽的终端区形成浮空场环结构，减缓了反向击穿电场的变化曲率，提高了所述沟槽型肖特基二极管器件的耐受电压。
[0011]进一步，所述肖特基金属层长度和金属电极层长度均大于或小于P型注入区长度。
[0012]有益效果：肖特基金属层长度和金属电极层长度均大于P型注入区长度，使沟槽、P型注入区以及肖特基金属层形成了阶梯变化的结构及电场分布，可最大程度的降低电场变化的曲率半径，提升器件的耐压并降低反向漏电流；肖特基金属层及电极金属层长度也可小于P型注入区长度，利用沟槽与P型注入区形成了阶梯变化的结构及电场分布，也可提升器件的耐压并降低反向漏电流。
[0013]进一步，所述若干沟槽结构大小完全相同。
[0014]有益效果：使元胞区与终端区的沟槽结构大小相同，保证芯片各处应力均衡，提高芯片的鲁棒性。
[0015]本专利技术还提供一种沟槽型肖特基二极管制作方法，能够基础方案所述的一种沟槽型肖特基二极管器件，具体包括以下步骤：
[0016]S1：提供第一导电类型衬底，所述第一导电类型衬底表面形成第一导电类型外延层；
[0017]S2：于所述第一导电类型外延层的前端面形成若干个沟槽；
[0018]S3：在沟槽的内表面生成沟槽介质层，并在沟槽内填充导电材料；
[0019]S4：于所述第一导电类型外延层的上端面终端区内除沟槽开口面以外的位置处覆盖绝缘介质层；
[0020]S5：于所述绝缘介质层表面、上端面终端区的沟槽开口面和上端面元胞区形成肖特基金属层；并通过退火处理形成肖特基结；
[0021]S6：于所述肖特基金属层的表面和第一导电类型衬底下端面形成金属电极层。
[0022]有益效果：在第一导电类型外延层的前端面设置若干沟槽，并在沟槽内设置沟槽介质层、填充导电材料，使电极金属部分的终止位置停留在所述沟槽内；使导电材料与肖特基金属层接触，形成极性电极，增加了终端区沟槽的耗尽能力，降低了元胞区与终端区过渡时的电场变化曲率，提高终端区的耐受电压效果；跟对比文件相比，本方案将沟槽设计成若干个小沟槽，在沟槽内填充导电材料更加容易，降低制作工艺难度，同时提高所述沟槽型肖特基二极管器件的可靠性。
[0023]进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0024]S3
‑
1：于所述第一导电类型外延层的表面和沟槽的内表面形生成沟槽介质层；
[0025]S3
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2：在沟槽内填充导电材料；
[0026]S3
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3：去掉多余的沟槽介质层和导电材料；露出第一导电类型外延层。
[0027]有益效果：若仅在沟槽内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沟槽型肖特基二极管器件，其特征在于：包括第一导电类型衬底，所述第一导电类型衬底分为元胞区和终端区，所述第一导电类型衬底表面形成有第一导电类型外延层，所述第一导电类型外延层的前端面阵列有若干沟槽，沟槽结构为两面开口沟槽，两开口面相互垂直，其中一开口面位于第一导电类型外延层的前端面，另一个开口面位于第一导电类型外延层的上端面；所述沟槽的内表面设有沟槽介质层，沟槽内填充有导电材料，所述上端面的终端区除沟槽开口面以外的位置覆盖有绝缘介质层，所述绝缘介质层表面、上端面的沟槽开口面和上端面的元胞区均设有肖特基金属层，所述肖特基金属层与沟槽内的导电材料接触；所述肖特基金属层的表面和第一导电类型衬底的下端面覆盖有金属电极层。2.根据权利要求1所述的一种沟槽型肖特基二极管器件，其特征在于：所述终端区内还设有P型注入区，所述P型注入区形成于第一导电类型外延层的前端面，所述P型注入区位置与沟槽阵列位置重合，所述P型注入区的注入深度小于沟槽深度。3.根据权利要求2所述的一种沟槽型肖特基二极管器件，其特征在于：所述P型注入区的长度大于终端区中的沟槽阵列区的长度，所述P型注入区在长度方向末端呈阶梯结构。4.根据权利要求3所述的一种沟槽型肖特基二极管器件，其特征在于：所述肖特基金属层长度和金属电极层长度均大于或小于P型注入区长度。5.根据权利要求4所述的一种沟槽型肖特基二极管器件，其特征在于：所述若干沟槽结构大小完全相同。6.一种沟槽型肖特基二极管制作方法，其特征在于：用于制作权利要求1所述的一种沟槽型肖特基二极管器件，具体包括以下步骤：S1：提供第一导电类型衬底，所述第一导电类型衬底表面形成第一导电类型外延层；S2：于所述第一导电类型外延层的前端面形成若干个沟槽；S3：在沟槽的内表面生成沟槽介质层，并在沟槽内填充导电材料；S4：于所述第一导电类型外延层的上端面终端区内除沟槽开口面以外的位置处覆盖绝缘介质层；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈显平，罗厚彩，钱靖，
申请(专利权)人：重庆平创半导体研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：