專利名稱：雙掩模溝槽肖特基二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及整流器，更具體地說，涉及肖特基勢壘整流器件，以及形成這些器件的方法。
背景技術(shù)：
功率器件典型地包括有源區(qū)(active region)，以及位于有源區(qū)外圍的終止區(qū)(terminal region)以防止過早的電壓擊穿。常規(guī)終止結(jié)構(gòu)包括硅的局部氧化(LOCOS)、場板、護環(huán)，或者它們的結(jié)合。因為在LOCOS附近會出現(xiàn)巨大的電場，所以巨大的泄漏電流可能通過終止區(qū)中的泄漏通路。在圖1中示出了減少這種泄漏電流的常規(guī)方法。
圖1示出了在其上形成有溝槽肖特基整流器的襯底12。所述器件包括有源區(qū)5和終止區(qū)10。半導(dǎo)體襯底12具有第一導(dǎo)電類型，典型地是N型導(dǎo)電體，在半導(dǎo)體襯底12上形成有一個外延層20。外延層20也是第一導(dǎo)電類型，并且比襯底12更輕微摻雜。在所述器件的有源區(qū)5中形成了一系列溝槽30。這些溝槽與柵氧化層25共線，并且溝槽內(nèi)填充有摻雜多晶硅。填充溝槽30的多晶硅連續(xù)不斷地結(jié)合在該結(jié)構(gòu)的表面上。LOCOS區(qū)40形成在終止區(qū)10中以隔離有源區(qū)5與終止區(qū)10。該LOCOS區(qū)40延伸至限定形成有源區(qū)5和終止區(qū)10的邊界。
P+摻雜區(qū)50通過離子注入和擴散形成在LOCOS區(qū)40下面。摻雜區(qū)50增強了反向偏壓電壓，以便夾斷(pinch-off)保持在終止區(qū)10中，因而消除可通過泄漏電流的通路。金屬陽極層55形成在有源區(qū)5中的填充有多晶硅的溝槽30和外延層20的暴露表面上以及終止區(qū)中的LOCOS區(qū)40上。
不利地是，圖1中所示器件相對較復(fù)雜，而且因為包括三個光刻掩模步驟，所以成本很高。更具體地說，分離的掩模步驟是必需的，以形成溝槽、p+摻雜區(qū)，以及接觸件。
因此，希望提供一種用于溝槽肖特基二極管的結(jié)構(gòu)，其中，可避免由泄漏電流引起的過早電壓擊穿，并且這種結(jié)構(gòu)可在少于三個光刻掩模步驟的情況下制造。
圖1是常規(guī)溝槽肖特基二極管的示意性橫截面圖，示出了有源區(qū)和終止區(qū)；圖2是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的溝槽肖特基二極管的示意性橫截面圖；圖3(a)-3(e)示出了用于制造圖2中所示溝槽肖特基二極管的一系列示例性工藝步驟。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種肖特基整流器。該整流器包括一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有第一和第二相對表面，每個表面均延伸以限定形成有源半導(dǎo)體區(qū)和終止半導(dǎo)體區(qū)。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一個鄰近第一表面的第一導(dǎo)電類型的陰極區(qū)和一個鄰近第二表面的第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)。該漂移區(qū)的凈摻雜濃度低于所述陰極區(qū)的靜摻雜濃度。多個溝槽從第二表面延伸進半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且限定形成多個位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的臺面。至少一個溝槽位于所述有源和所述終止半導(dǎo)體區(qū)的每一個中。第一絕緣區(qū)鄰近位于多個溝槽中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)置。第二絕緣區(qū)將有源半導(dǎo)體區(qū)與終止半導(dǎo)體區(qū)電隔離。陽極電極是(a)鄰近并形成肖特基整流接面，該整流接面在第二表面處與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)接觸，并且(b)鄰近位于溝槽中的第一絕緣區(qū)。該陽極電極將多個溝槽電連接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一絕緣區(qū)可包括一種氧化物，或者二氧化硅。
根據(jù)本發(fā)明另一個方面，該溝槽延伸進陰極區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明再一個方面，該陽極電極是多晶硅，而第二絕緣區(qū)是LOCOS區(qū)。
具體實施例方式
在下文中將參照附圖更全面地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但是，本發(fā)明還可以許多不同的形式實施，并且不可解釋為限制于在此描述的實施例，相反，提供此實施例是為了這個公開徹底和完整，以及將本發(fā)明的范圍全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
現(xiàn)在參照圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的肖特基整流器的橫截面圖。該整流器包括一個第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底12，典型地是N型導(dǎo)電體，該襯底12具有第一表面12a和第二相對表面12b。有源區(qū)5和終止區(qū)10限定形成在襯底12上。半導(dǎo)體襯底12最好包括鄰近第一表面12a的相對重?fù)诫s的陰極區(qū)12c(作為N+示出)。作為說明，陰極區(qū)12c被摻雜得到大約5×1019/cm3的第一導(dǎo)電類型摻雜濃度。第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)12d(作為N示出)最好從陰極區(qū)12c延伸至第二表面12b。作為說明，漂移區(qū)12d被摻雜得到用于30伏特器件的大約3.3×1016/cm3的第一導(dǎo)電類型摻雜濃度。漂移區(qū)12d和陰極區(qū)12c形成非整流N+/N結(jié)(junction)。
臺面14形成在所述器件的有源區(qū)5和終止區(qū)10中。其橫截面寬度為“Wm”的臺面14形成在漂移區(qū)12d中。臺面由相對的溝槽30限定形成。絕緣區(qū)16(在本實施例中，作為熱生長氧化層示出)形成在溝槽301-304內(nèi)并且鄰近半導(dǎo)體區(qū)12。絕緣區(qū)16典型地具有大約700-2000埃數(shù)量級左右的總體厚度。而Wm典型地在1微米數(shù)量級左右。溝槽深度“d”典型地在3微米數(shù)量級左右。臺面14沿一個第三維度(未示出)延伸并且可以是條形、矩形、圓柱形或者其他類似的幾何形狀。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，臺面14可利用許多溝槽結(jié)構(gòu)形成在半導(dǎo)體12中。例如，臺面14可形成在沿第三維度延伸的相鄰線性溝槽301-304對之間。作為另一個例子，環(huán)狀溝槽30可形成臺面14。對于這兩個例子，當(dāng)沿橫截面方向看時，溝槽301-304將如圖2所示。不管采用何種溝槽結(jié)構(gòu)，溝槽30均彼此相連。
溝槽301-304填充有摻雜的多晶硅。溝槽301-304均被多晶硅短接。LOCOS區(qū)45形成在終止區(qū)10中以將有源區(qū)5與終止區(qū)10隔離。LOCOS區(qū)40延伸至限定形成有源區(qū)5和終止區(qū)10的邊界。金屬陽極層18形成在所述器件有源區(qū)5中的填充有多晶硅的溝槽301-304和漂移區(qū)12d的暴露表面上，以及所述器件終止區(qū)中的LOCOS區(qū)40上。陽極電極18形成了肖特基勢壘整流結(jié)，在該接面處陽極電極18接觸了半導(dǎo)體漏區(qū)12d，例如沿著第二表面12b。
如圖2所示，至少一個溝槽304形成在所述器件的終止區(qū)10中。即，溝槽304位于LOCOS區(qū)45下面，并且與LOCOS區(qū)45接觸。根據(jù)本發(fā)明，溝槽304被電連接至金屬陽極層18，以使位于所述器件有源區(qū)中的溝槽內(nèi)的多晶硅被電短接。即，溝槽304連續(xù)不斷地連接至溝槽303，就象所述器件有源區(qū)5中的溝槽301-303彼此連續(xù)不斷相連一樣(見圖1(b))。
通過在所述器件終止區(qū)中提供一個溝槽，該溝槽短接至位于所述器件有源區(qū)中的溝槽，夾斷(pinch-off)可在不需要p摻雜區(qū)例如在圖1器件中示出的p摻雜區(qū)50的情況下保持在終止區(qū)中。因為當(dāng)耗盡區(qū)圍繞位于有源區(qū)中的溝槽形成時，耗盡區(qū)也圍繞位于終止區(qū)中的溝槽形成，所以夾斷被保持。因此，本發(fā)明肖特基整流器比圖1所示的器件更簡單并且制造成本更低，因為它不需要形成所述p摻雜區(qū)的掩模步驟。
在本發(fā)明的一些實施例中，在所述器件的終止區(qū)中最好提供不止一個溝槽。附加的一個或多個溝槽是確保耗盡區(qū)被擴散到所述器件終止區(qū)所必需的。通常，以高電壓工作的器件需要更大數(shù)量的溝槽。在終止區(qū)中的每個溝槽被短接至所述器件有源區(qū)中的溝槽的情況下。而且，終止區(qū)中相鄰溝槽之間的距離不同于所述器件有源區(qū)中相鄰溝槽之間的距離。更具體地說，在某些情況下，為了保持夾斷，必須減小終止區(qū)中相鄰溝槽之間的距離。
最后，陰極電極20鄰近位于第一表面12a上的陰極區(qū)12c設(shè)置。陰極電極20最好歐姆地(ohmically)接觸陰極區(qū)12c。
現(xiàn)在參照圖3a-3c，將描述用于制造圖2的整流器的技術(shù)。首先參照圖3a，具有第一和第二相對表面12a和12b的襯底12設(shè)有一個位于表面12a上的相對重?fù)诫s陰極區(qū)12c，以及一個位于陰極區(qū)上的漂移區(qū)12d，漂移區(qū)12d延伸至第二表面12b。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，具有厚度為“Td”的漂移區(qū)12d可通過利用常規(guī)技術(shù)的外延生長來提供。多個相鄰臺面14可通過最初在第二表面12b上提供氧化物(SiO2)、氮化物(Si3N4)以及光致抗蝕劑的多層疊加(分別為區(qū)13、15，以及17)而形成在漂移區(qū)12d中。盡管氧化物區(qū)13的形成不是必需的，但是氧化物區(qū)13最好制作的相對較薄，近似100埃，以減輕半導(dǎo)體12和氮化物區(qū)15之間的層間應(yīng)力。然后，可執(zhí)行常規(guī)的光刻構(gòu)圖和蝕刻步驟，以形成離散的臺面14，該臺面14具有抗熱氧化的氮化物區(qū)15，如圖3b所示。該區(qū)15還可通過不蝕刻SiO2的蝕刻而選定為是可移動的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解，所述蝕刻步驟在漂移區(qū)12d中限定形成了多個第一、第二、第三和第四相鄰溝槽22，這些溝槽都具有各自的溝槽寬度“Wt”和溝槽深度“d”。如果形成的臺面14是條形幾何形狀，則各個第一、第二、第三和第四溝槽側(cè)壁22a將彼此平行地沿垂直于橫截面視圖的第三方向(未示出)延伸?；蛘?，執(zhí)行構(gòu)圖和蝕刻步驟以限定形成矩形、圓柱形或者其他類似的幾何形狀。但是，因為與相同寬度的條形臺面比較，矩形或圓柱形臺面會占有用于給定尺寸襯底的總正向?qū)щ妳^(qū)較小的百分比，因此用于具有矩形或圓柱形臺面的整流器的正向電壓降很可能高于用于正向電流的電壓降。
現(xiàn)在參照圖3c，各個第一、第二、第三和第四絕緣區(qū)16例如SiO2(近似1000埃)可利用常規(guī)的熱氧化生長形成在溝槽側(cè)壁22a和溝槽底部22b上，但是不能形成在表面12b上，因為在表面12b上存在氮化物區(qū)15。接下來，溝槽22被多晶硅40(即多晶硅)填充。在沉積之前，多晶硅典型地?fù)诫s有氯化磷(phosphorous chloride)或者注入有砷或磷以減少其電阻率，典型地在20Ω/m的范圍內(nèi)。
接下來，參照圖3d，消除氮化物區(qū)15和應(yīng)力消除氧化物區(qū)13(如果存在的話)，之后，形成電介質(zhì)層45以限定形成所述器件的終止區(qū)10。電介質(zhì)層45這樣定位，使得至少一個溝槽22位于終止區(qū)10中。電介質(zhì)層45典型地是LPTEOS、PETEOS、O3-TEOS或者HTO層，并且通常在大約0.2-1.0微米厚之間。執(zhí)行頂部金屬噴鍍23和金屬構(gòu)圖步驟以限定形成陽極電極18，如圖3e所示。最后，執(zhí)行后部的金屬噴鍍步驟以限定形成位于第一表面12a上的陰極電極20。
權(quán)利要求
1.一種肖特基整流器，包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有第一和第二相對表面，每個表面均延伸以限定形成有源半導(dǎo)體區(qū)和終止半導(dǎo)體區(qū)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一個鄰近第一表面的第一導(dǎo)電類型的陰極區(qū)和一個鄰近第二表面的所述第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)的凈摻雜濃度低于所述陰極區(qū)的靜摻雜濃度；多個溝槽，這些溝槽從所述第二表面延伸進所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且限定形成多個位于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的臺面，至少一個所述溝槽位于所述有源和所述終止半導(dǎo)體區(qū)的每一個中；第一絕緣區(qū)，該絕緣區(qū)鄰近位于所述多個溝槽中的所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；第二絕緣區(qū)，該絕緣區(qū)將所述有源半導(dǎo)體區(qū)與所述終止半導(dǎo)體區(qū)電隔離；以及陽極電極，該陽極電極是(a)鄰近并形成肖特基整流接面，該整流接面在所述第二表面處與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)接觸，并且(b)鄰近位于所述溝槽中的所述第一絕緣區(qū)，所述陽極電極將所述多個溝槽電連接在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的肖特基整流器，其中，所述第一絕緣區(qū)包括一種氧化物。
3.如權(quán)利要求2所述的肖特基整流器，其中，所述第一絕緣區(qū)包括二氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的肖特基整流器，其中，所述半導(dǎo)體是硅。
5.如權(quán)利要求1所述的肖特基整流器，其中，所述第一導(dǎo)電類是N-型導(dǎo)電體。
6.如權(quán)利要求1所述的肖特基整流器，其中，所述溝槽延伸進所述陰極區(qū)。
7.如權(quán)利要求1所述的肖特基整流器，其中，所述陽極電極是多晶硅。
8.如權(quán)利要求7所述的肖特基整流器，其中，所述多晶硅基本上填充所述溝槽。
9.如權(quán)利要求1所述的肖特基整流器，其中，所述第二絕緣區(qū)是LOCOS區(qū)。
10.如權(quán)利要求1所述的肖特基整流器，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底以及在該襯底上生長的外延半導(dǎo)體層。
11.一種形成肖特基整流器的方法，包括下列步驟形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有第一和第二相對表面，每個表面均延伸以限定形成有源半導(dǎo)體區(qū)和終止半導(dǎo)體區(qū)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一個鄰近第一表面的第一導(dǎo)電類型的陰極區(qū)和一個鄰近第二表面的所述第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)的凈摻雜濃度低于所述陰極區(qū)的靜摻雜濃度；形成多個溝槽，這些溝槽從所述第二表面延伸進所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且限定形成多個位于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的臺面，至少一個所述溝槽位于所述有源和所述終止半導(dǎo)體區(qū)的每一個中；形成第一絕緣區(qū)，該絕緣區(qū)鄰近位于所述多個溝槽中的所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；形成第二絕緣區(qū)，該絕緣區(qū)將所述有源半導(dǎo)體區(qū)與所述終止半導(dǎo)體區(qū)電隔離；以及形成陽極電極，該陽極電極是(a)鄰近并形成肖特基整流接面，該整流接面在所述第二表面處與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)接觸，并且(b)鄰近位于所述溝槽中的所述第一絕緣區(qū)，所述陽極電極將所述多個溝槽電連接在一起。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述第一表面上提供陰極電極。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述形成所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的步驟包括提供一個半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底與所述陰極區(qū)對應(yīng)；以及在所述襯底上生長一個外延半導(dǎo)體層，所述外延層與所述漂移區(qū)對應(yīng)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述形成所述溝槽的步驟包括在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二表面上形成構(gòu)圖的掩模層，通過所述掩模層蝕刻所述溝槽的步驟。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述形成所述陽極電極的步驟包括在第一絕緣層上沉積多晶硅的步驟。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述形成所述陽極電極的步驟包括在第一絕緣層上沉積多晶硅的步驟。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述溝槽這樣形成，使所述溝槽延伸進所述陰極區(qū)。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一絕緣區(qū)包括一氧化物。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述第一絕緣區(qū)包括二氧化硅。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體是硅。
21.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一導(dǎo)電類型是N-型導(dǎo)電體。
22.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述溝槽延伸進所述陰極區(qū)。
23.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述陽極電極是多晶硅。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述多晶硅基本地填充所述溝槽。
25.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第二絕緣區(qū)是LOCOS區(qū)。
26.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一襯底，并且進一步包括在所述襯底上生長外延半導(dǎo)體層的步驟。
全文摘要
一種肖特基整流器，包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有第一和第二相對表面(分別是12a和12b)，每個表面均延伸以限定形成有源半導(dǎo)體區(qū)(5)和終止半導(dǎo)體區(qū)(10)。所述結(jié)構(gòu)包括分別鄰近第一表面和第二表面的第一導(dǎo)電類型的陰極區(qū)(12c)和漂移區(qū)(12d)。所述漂移區(qū)的凈摻雜濃度低于所述陰極區(qū)的靜摻雜濃度；多個溝槽(30)從第二表面延伸進半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且限定形成多個位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的臺面(14)。至少一個溝槽位于所述有源和終止半導(dǎo)體區(qū)的每一個中。第一絕緣區(qū)(16)鄰近位于所述多個溝槽中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)置。第二絕緣區(qū)(45)將所述有源半導(dǎo)體區(qū)與所述終止半導(dǎo)體區(qū)電隔離。陽極電極(18)鄰近并形成肖特基整流接面，該整流接面在第二表面處與所述結(jié)構(gòu)接觸，并且鄰近位于溝槽中的第一絕緣區(qū)。陽極電極將多個溝槽電連接在一起。
文檔編號H01L29/47GK1620715SQ02810570
公開日2005年5月25日 申請日期2002年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月22日
發(fā)明者崔炎曼, 石甫淵, 蘇根政 申請人:通用半導(dǎo)體公司