肖特基二极管及其形成方法技术

一种肖特基二极管及其形成方法，所述肖特基二极管的形成方法包括：提供半导体衬底，在半导体衬底内形成若干沟槽；对所述半导体衬底进行倾斜P型离子注入，在所述靠近半导体衬底表面、沟槽侧壁和底部表面的半导体衬底内形成第一P型掺杂区；将多晶硅材料填充满所述沟槽；在靠近表面的半导体衬底和多晶硅材料内反型形成N型掺杂区；在所述半导体衬底表面和多晶硅材料表面形成肖特基金属层。由于相邻沟槽的两个第一P型掺杂区之间的间距小于相邻沟槽之间的间距，当在肖特基二极管两端施加有反向电压时，所述肖特基二极管中相邻沟槽的两个第一P型掺杂区之间的半导体衬底更容易被耗尽区夹断，从而可以提高肖特基二极管的反向击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
肖特基二极管及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种肖特基二极管及其形成方法。
技术介绍
肖特基二极管（SchottkyBarrierDiode）是一种低功耗、大电流、超高速半导体器件，以金属层为正极，以半导体衬底为负极，利用两者接触面上形成的势垒具有整流特性而成。其反相恢复时间短（可以小到几纳秒），正向导通电压低（0.4伏特），整流电流大（可高达几千安培），因此广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等。公开号为US2004/0007723A1的美国专利文献公开了一种沟槽肖特基二极管，具体结构请参考图1，包括：N型掺杂的半导体衬底10，位于所述半导体衬底10内的沟槽（未图示），位于所述沟槽侧壁和底部表面的氧化硅层11，位于所述氧化硅层11表面的多晶硅12，所述多晶硅12填充满所述沟槽；位于所述半导体衬底10和多晶硅12表面的金属层20，所述金属层20与多晶硅12电学连接，所述金属层20通过导电插塞（未图示）电学连接构成沟槽肖特基二极管的正极，所述N型掺杂的半导体衬底10通过其他位置的导电插塞（未图示）电学连接构成沟槽肖特基二极管的负极，所述沟槽之间的半导体衬底10与金属层20相接触的区域构成肖特基二极管。由于传统的平面肖特基二极管的反向偏压较低，反向漏电流偏大，当所述沟槽肖特基二极管施加反偏电压时，即在所述半导体衬底10施加正电压，在金属层20施加负电压。由于所述半导体衬底10为N型掺杂，靠近沟槽侧壁、底部和与金属层20相接触的半导体衬底10内会形成耗尽区15，当所述两个沟槽之间的间距足够小时，靠近沟槽侧壁的两个由反偏电压形成的耗尽区15的厚度大于两个沟槽之间的间距，所述两个耗尽区夹断相邻沟槽之间的半导体衬底10，使得反向击穿电压提高，反向漏电流变小。但当所述两个沟槽之间的间距较小时，导通区域变窄，正向导通电阻变大，导通损耗变大。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种肖特基二极管及其形成方法，能在不增大正向导通电阻的同时大幅提高反向击穿电压。为解决上述问题，本专利技术技术方案提供了一种肖特基二极管的形成方法，包括：提供N型掺杂的半导体衬底，在所述半导体衬底内形成若干沟槽；在所述沟槽侧壁和底部表面形成绝缘层；对所述半导体衬底进行倾斜P型离子注入，在所述靠近半导体衬底表面、沟槽侧壁和底部表面的半导体衬底内形成第一P型掺杂区；在所述绝缘层表面形成多晶硅材料，所述多晶硅材料填充满所述沟槽；对所述半导体衬底表面进行N型离子注入，在靠近表面的半导体衬底和多晶硅材料内形成N型掺杂区，所述N型离子注入的深度大于或等于第一P型离子注入的深度；在所述半导体衬底表面和沟槽内的多晶硅材料表面形成肖特基金属层。可选的，所述倾斜P型离子注入的离子为硼离子、镓离子、铟离子其中的一种或几种，注入的能量范围为5KeV~20KeV，注入的剂量范围为1e12atom/cm3~3e13atom/cm3，注入的角度范围为5度~15度。可选的，两个所述沟槽侧壁的第一P型掺杂区的厚度之和小于相邻沟槽之间的间距。可选的，还包括：在所述沟槽内填充满多晶硅材料之前，对所述沟槽底部进行垂直P型离子注入，在所述沟槽底部的半导体衬底内形成第二P型掺杂区。可选的，所述垂直P型离子注入的离子为硼离子、镓离子、铟离子其中的一种或几种，注入的能量范围为10KeV~30KeV，注入的剂量范围为3e12atom/cm3~5e13atom/cm3。可选的，所述N型离子注入的深度大于或等于第二P型离子注入的深度。可选的，所述N型离子注入的剂量大于倾斜P型离子注入的剂量和垂直P型离子注入的剂量可选的，所述N型掺杂区的掺杂浓度大于或等于N型掺杂的半导体衬底的掺杂浓度。可选的，所述N型离子注入的离子为磷离子或砷离子，注入的能量范围为10KeV~80KeV，注入的剂量范围为1e12atom/cm3~5e13atom/cm3。可选的，所述相邻沟槽之间的宽度范围为0.3微米~2微米。可选的，在进行倾斜P型离子注入和垂直P型离子注入后，在形成多晶硅材料之前，将所述绝缘层除去，并在所述沟槽侧壁和底部表面形成绝缘材料层，在所述绝缘材料层表面形成多晶硅材料。可选的，还包括，在所述半导体衬底表面和多晶硅材料表面形成金属粘附层，在所述金属粘附层表面形成肖特基金属层。可选的，所述肖特基金属层的材料为钨、铝、银、金、铜中的一种或多种。可选的，所述半导体衬底包括N型重掺杂基底和位于基底表面的N型轻掺杂外延层。本专利技术技术方案还提供了一种肖特基二极管，包括：N型掺杂的半导体衬底，位于所述半导体衬底内的若干沟槽；位于靠近半导体衬底表面、沟槽侧壁和底部表面的半导体衬底内的第一P型掺杂区；位于所述沟槽侧壁和底部表面的绝缘层，位于所述绝缘层表面且填充满所述沟槽的多晶硅材料；位于靠近表面的半导体衬底和多晶硅材料内的N型掺杂区，所述N型掺杂区的离子注入深度大于或等于所述第一P型掺杂区的离子注入深度，位于所述半导体衬底和多晶硅材料表面的肖特基金属层。可选的，还包括，位于沟槽底部表面的半导体衬底内的第二P型掺杂区，所述第二P型掺杂区的离子注入深度大于所述第一P型掺杂区的离子注入深度。可选的，所述相邻沟槽之间的宽度范围为0.3微米~2微米。可选的，所述第二P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第一P型掺杂区的掺杂浓度。可选的，两个所述沟槽侧壁的第一P型掺杂区的厚度之和小于相邻沟槽之间的间距。可选的，所述N型掺杂区的掺杂浓度大于或等于N型掺杂的半导体衬底的掺杂浓度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：综上，本专利技术实施例通过在所述靠近沟槽侧壁的半导体衬底内进行倾斜P型离子注入，形成第一P型掺杂区，相邻沟槽的两个第一P型掺杂区与N型掺杂的半导体衬底之间都形成有耗尽区。在现有技术中，不施加偏压时相邻沟槽之间不具有耗尽区，如需要利用耗尽区将相邻沟槽夹断需要很大的反向电压，往往相邻沟槽之间尚未夹断就发生击穿，而在本专利技术实施例中，当不施加偏压时，相邻沟槽的两个第一P型掺杂区对应的耗尽区之间的间距小于相邻沟槽之间的间距，仅需要在肖特基二极管两端施加有较小的反向电压时，所述肖特基二极管中相邻沟槽之间的半导体衬底就容易被耗尽区夹断，从而可以大幅提高肖特基二极管的反向击穿电压。进一步的，通过垂直P型离子注入在所述沟槽底部形成第二P型掺杂区，所述垂直P型离子注入的注入能量大于所述倾斜P型离子注入的注入能量，使得第二P型掺杂区的深度大于所述第一P型掺杂区的深度，沟槽底部的棱角对应的耗尽区的弧度变大，使得沟槽底部不容易发生击穿。且所述第二P型掺杂区的深度较大，掺杂浓度较大，后续在相邻两个沟槽对应的两个第二P型掺杂区之间的半导体衬底区域也被耗尽区夹断，使得从肖特基金属层到半导体衬底之间的耗尽区的厚度增加，有利于提高肖特基二极管的击穿电压。附图说明图1是现有技术的沟槽肖特基二极管的剖面结构示意图；图2是本专利技术实施例的肖特基二极管的形成方法的流程示意图；图3至图9是本专利技术实施例的肖特基二极管的形成过程的剖面结构示意图；图10是本专利技术实施例的肖特基二极管与现有技术的肖特基二极管的反向击穿电压对比图。具体实施方式由于现有的沟槽肖特基二极管相邻的沟槽之间所需的间距较小，但当所述两个沟槽之间的间距较小时，从金属层到半导体衬底之间的导通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肖特基二极管的形成方法，其特征在于，包括：提供N型掺杂的半导体衬底，在所述半导体衬底内形成若干沟槽；在所述沟槽侧壁和底部表面形成绝缘层；对所述半导体衬底进行倾斜P型离子注入，在所述靠近半导体衬底表面、沟槽侧壁和底部表面的半导体衬底内形成第一P型掺杂区；在所述绝缘层表面形成多晶硅材料，所述多晶硅材料填充满所述沟槽；对所述半导体衬底表面进行N型离子注入，在靠近表面的半导体衬底和多晶硅材料内形成N型掺杂区，所述N型离子注入的深度大于或等于第一P型离子注入的深度；在所述半导体衬底表面和沟槽内的多晶硅材料表面形成肖特基金属层。

【技术特征摘要】
1.一种肖特基二极管的形成方法，其特征在于，包括：提供N型掺杂的半导体衬底，在所述半导体衬底内形成若干沟槽；在所述沟槽侧壁和底部表面形成绝缘层；对所述半导体衬底进行倾斜P型离子注入，在靠近所述半导体衬底表面、沟槽侧壁和底部表面的半导体衬底内形成第一P型掺杂区；在所述绝缘层表面形成多晶硅材料，所述多晶硅材料填充满所述沟槽；对所述半导体衬底表面进行N型离子注入，在靠近表面的半导体衬底和多晶硅材料内形成N型掺杂区，所述N型离子注入的深度大于或等于所述倾斜P型离子注入的深度；在所述半导体衬底表面和沟槽内的多晶硅材料表面形成肖特基金属层。2.如权利要求1的肖特基二极管的形成方法，其特征在于，所述倾斜P型离子注入的离子为硼离子、镓离子、铟离子其中的一种或几种，注入的能量范围为5KeV～20KeV，注入的剂量范围为1e12atom/cm3～3e13atom/cm3，注入的角度范围为5度～15度。3.如权利要求1的肖特基二极管的形成方法，其特征在于，两个所述沟槽侧壁的第一P型掺杂区的厚度之和小于相邻沟槽之间的间距。4.如权利要求1的肖特基二极管的形成方法，其特征在于，还包括：在所述沟槽内填充满多晶硅材料之前，对所述沟槽底部进行垂直P型离子注入，在所述沟槽底部的半导体衬底内形成第二P型掺杂区。5.如权利要求4的肖特基二极管的形成方法，其特征在于，所述垂直P型离子注入的离子为硼离子、镓离子、铟离子其中的一种或几种，注入的能量范围为10KeV～30KeV，注入的剂量范围为3e12atom/cm3～5e13atom/cm3。6.如权利要求4的肖特基二极管的形成方法，其特征在于，所述N型离子注入的深度大于或等于第二P型离子注入的深度。7.如权利要求4的肖特基二极管的形成方法，其特征在于，所述N型离子注入的剂量大于倾斜P型离子注入的剂量和垂直P型离子注入的剂量。8.如权利要求7的肖特基二极管的形成方法，其特征在于，所述N型掺杂区的掺杂浓度大于或等于N型掺杂的半导体衬底的掺杂浓度。9.如权利要求1的肖特基二极管的形成方法，其特征在于，所述N型离子注入的离子为磷离子或砷离子，注入的能量范围为10KeV～80KeV,注入的...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟鸿雁，唐树澍，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：