一種肖特基二極管器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高壓功率器件，具體涉及一種快速開關(guān)且低導(dǎo)通壓降的肖特基二極管器件。
【背景技術(shù)】
[0002]肖特基二極管具有低正向壓降和快速開關(guān)的特點(diǎn)，它作為整流器在開關(guān)電源領(lǐng)域廣泛使用。
[0003]但隨著器件反偏電壓的增加，在高電場(chǎng)條件下肖特基勢(shì)皇降低，從而會(huì)導(dǎo)致二極管漏電流的增大。為了解決這一問(wèn)題，傳統(tǒng)的做法是在工藝上采用具有高功函數(shù)的金屬來(lái)作為陽(yáng)極接觸，以提高肖特基勢(shì)皇，但這相應(yīng)的會(huì)引起正向壓降的增大，器件的導(dǎo)通功耗也隨之增加。人們提出了采用溝槽式結(jié)構(gòu)的肖特基二極管，能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通功耗和反向漏電的折中。
[0004]溝槽式肖特基二極管的特點(diǎn)是在有源區(qū)設(shè)置并聯(lián)的溝槽結(jié)構(gòu)，當(dāng)器件反向偏置時(shí)，溝槽與N型半導(dǎo)體層實(shí)現(xiàn)雙向耗盡，從而提高器件的擊穿電壓。相同的工藝條件下，溝槽式肖特基二極管相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有更低的導(dǎo)通壓降和更小的反向漏電，在系統(tǒng)工作中導(dǎo)通損耗降低，從而使得最大工作結(jié)溫增高，提高系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供了一種具有溝槽結(jié)構(gòu)的肖特基二極管器件，在能夠保證器件導(dǎo)通壓降要求的同時(shí)，提高器件的擊穿電壓。
[0006]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種肖特基二極管器件，包括:N型摻雜半導(dǎo)體襯底、N型摻雜外延層、P型阱區(qū)、導(dǎo)電填充層、金屬接觸層、陽(yáng)極金屬電極及陰極金屬電極；在所述N型摻雜半導(dǎo)體襯底上面設(shè)有N型摻雜外延層，在所述N型摻雜外延層的上側(cè)設(shè)有導(dǎo)電填充層，所述導(dǎo)電填充層的外側(cè)設(shè)有P型阱區(qū)；所述P型阱區(qū)、導(dǎo)電填充層和部分所述N型摻雜外延層共同構(gòu)成所述肖特基二極管器件的內(nèi)部原胞區(qū)域；在所述內(nèi)部原胞區(qū)域的上方設(shè)有金屬接觸層，所述金屬接觸層與所述N型摻雜外延層形成肖特基接觸，所述金屬接觸層與部分所述P型阱區(qū)形成歐姆接觸；在所述金屬接觸層上方設(shè)有金屬導(dǎo)電層，構(gòu)成了所述肖特基二極管器件的陽(yáng)極金屬電極，在所述N型摻雜襯底的下方設(shè)有金屬導(dǎo)電層，構(gòu)成了所述肖特基二極管器件的陰極金屬電極，其特征在于，所述P型阱區(qū)、導(dǎo)電填充層和所述N型摻雜外延層交替排列組成原胞區(qū)域。
[0007]進(jìn)一步地，所述P型阱區(qū)由槽腐蝕后進(jìn)行離子注入工藝形成。
[0008]更進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電填充層為多晶硅或金屬材料。
[0009]更進(jìn)一步地，所述P型阱區(qū)之間的距離以及所述P型阱區(qū)和所述N型摻雜外延層之間的濃度比例由該器件所應(yīng)滿足的導(dǎo)通壓降和耐壓要求共同決定。
[0010]更進(jìn)一步地，所述P型阱區(qū)包所述導(dǎo)電填充層底部的距離大于所述P型阱區(qū)包所述導(dǎo)電填充層側(cè)壁的距離。
[0011]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中，利用溝槽光刻版帶角度離子注入的方法形成P型阱區(qū)，在器件反向偏壓時(shí)與N型外延層實(shí)現(xiàn)雙向耗盡，并非傳統(tǒng)技術(shù)中在溝槽淀積絕緣層單向耗盡，從而能提高外延層濃度，保證器件導(dǎo)通壓降要求的同時(shí)，提高器件的擊穿電壓；
[0013]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中，所述P型阱區(qū)包所述導(dǎo)電填充層側(cè)壁的距離較小，能在器件反向耐壓時(shí)形成有效耗盡，從而減小漏電流；而所述P型阱區(qū)包所述導(dǎo)電填充層底部的距離較大，能提高器件的可靠性。
[0014]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0015]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。
[0016]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種肖特基二極管器件的剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種肖特基二極管器件形成N型摻雜半導(dǎo)體襯底、N型摻雜外延層、P型阱區(qū)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種肖特基二極管器件形成N型摻雜半導(dǎo)體襯底、N型摻雜外延層、P型阱區(qū)、導(dǎo)電填充層的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種肖特基二極管器件形成N型摻雜半導(dǎo)體襯底、N型摻雜外延層、P型阱區(qū)、導(dǎo)電填充層、金屬接觸層的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0020]附圖標(biāo)記:
[0021]I為N型摻雜半導(dǎo)體襯底、2為N型摻雜外延層、3為P型阱區(qū)、4為導(dǎo)電填充層、5為金屬接觸層、6為陽(yáng)極金屬電極及10為陰極金屬電極。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0023]參照?qǐng)D1至圖4，如圖1至圖4所示的一種肖特基二極管器件，包括:N型摻雜半導(dǎo)體襯底1、N型摻雜外延層2、P型阱區(qū)3、導(dǎo)電填充層4、金屬接觸層5、陽(yáng)極金屬電極6及陰極金屬電極10 ;在所述N型摻雜半導(dǎo)體襯底I上面設(shè)有N型摻雜外延層2，在所述N型摻雜外延層2的上側(cè)設(shè)有導(dǎo)電填充層4，所述導(dǎo)電填充層4的外側(cè)設(shè)有P型阱區(qū)3 ;所述P型阱區(qū)3、導(dǎo)電填充層4和部分所述N型摻雜外延層2共同構(gòu)成所述肖特基二極管器件的內(nèi)部原胞區(qū)域；在所述內(nèi)部原胞區(qū)域的上方設(shè)有金屬接觸層5，所述金屬接觸層5與所述N型摻雜外延層2形成肖特基接觸，所述金屬接觸層5與部分所述P型阱區(qū)3形成歐姆接觸；在所述金屬接觸層5上方設(shè)有金屬導(dǎo)電層，構(gòu)成了所述肖特基二極管器件的陽(yáng)極金屬電極6，在所述N型摻雜襯底I的下方設(shè)有金屬導(dǎo)電層，構(gòu)成了所述肖特基二極管器件的陰極金屬電極10，其特征在于，所述P型阱區(qū)3、導(dǎo)電填充層4和所述N型摻雜外延層2交替排列組成原胞區(qū)域。
[0024]所述P型阱區(qū)3由槽腐蝕后進(jìn)行離子注入工藝形成。
[0025]所述導(dǎo)電填充層4為多晶硅或金屬材料。
[0026]所述P型阱區(qū)3之間的距離以及所述P型阱區(qū)3和所述N型摻雜外延層2之間的濃度比例由該器件所應(yīng)滿足的導(dǎo)通壓降和耐壓要求共同決定。
[0027]所述P型阱區(qū)3包所述導(dǎo)電填充層4底部的距離大于所述P型阱區(qū)3包所述導(dǎo)電填充層4側(cè)壁的距離。
[0028]圖1中示出的是單個(gè)內(nèi)部源胞區(qū)域的結(jié)構(gòu)，也可以選擇成百上千個(gè)源胞區(qū)域并聯(lián)組合在一起。
[0029]一種肖特基二極管器件的制造方法，包括以下步驟:
[0030]SI，一塊N型高濃度摻雜硅片，外延生長(zhǎng)N型外延層2 ；
[0031]S2，采用淺槽腐蝕工藝形成溝槽，通過(guò)角度注入在溝槽兩側(cè)和底部形成P型阱區(qū)3 ；
[0032]S3，采用填充和平坦化工藝在溝槽內(nèi)部形成導(dǎo)電填充層4 ；
[0033]S4，然后淀積金屬接觸層5與N型摻雜外延層2形成肖特基接觸；
[0034]S5，經(jīng)過(guò)淀積鋁工藝，形成陽(yáng)極金屬電極6作為器件的陽(yáng)極，陰極金屬電極10作為器件的陰極，最后進(jìn)行后續(xù)鈍化處理。
[0035]具體步驟為:
[0036]首先，取一塊N型高濃度摻雜硅片為襯底I，在所述襯底I上生長(zhǎng)N型外延層2，所述外延層2的厚度和濃度會(huì)影響器件的反向耐壓和正向壓降。接著，采用淺槽腐蝕工藝形成溝槽，通過(guò)角度離子注入在溝槽兩側(cè)和底部形成P型阱區(qū)3，如圖2所示。所述P型阱區(qū)3之間的距離以及P型阱區(qū)3和所述N型摻雜外延層之間濃度比例由該器件所應(yīng)滿足的導(dǎo)通壓降和耐壓要求共同決定。
[0037]接著，如圖3所示，采用填充工藝在所述溝槽內(nèi)部形成導(dǎo)電填充層4，然后進(jìn)行平坦化，所述導(dǎo)電填充層4可以是多晶硅或其它金屬材料。
[0038]下一步，在娃片表面淀積金屬接觸層5，它與N型摻雜外延層2形成肖特基接觸，如圖4所示。所述金屬接觸層材料可以采用鈦、鋁、鎂、鎢、銀及其合金和硅化物等。
[0039]最后，在所述金屬接觸層5上淀積導(dǎo)電金屬層6，作為器件的陽(yáng)極。然后對(duì)所述襯底I進(jìn)行減薄，接著金屬化形成器件的陰極10，如圖1所示。所述導(dǎo)電金屬層可以是鋁及其合金等材料。
[0040]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中，利用溝槽光刻版帶角度離子注入的方法形成P型阱區(qū)，在器件反向偏壓時(shí)與N型外延層實(shí)現(xiàn)雙向耗盡，并非傳統(tǒng)技術(shù)中在溝槽淀積絕緣層單向耗盡，從而能提高外延層濃度，保證器件導(dǎo)通壓降要求的同時(shí)，提高器件的擊穿電壓；
[0041]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中，所述P型阱區(qū)包所述導(dǎo)電填充層側(cè)壁的距離較小，能在器件反向耐壓時(shí)形成有效耗盡，從而減小漏電流；而所述P型阱區(qū)包所述導(dǎo)電填充層底部的距離較大，能提高器件的可靠性。
[0042]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，
[0043]凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種肖特基二極管器件，其特征在于，包括:N型摻雜半導(dǎo)體襯底(I )、 N型摻雜外延層(2)、P型講區(qū)(3)、導(dǎo)電填充層(4)、金屬接觸層(5)、陽(yáng)極金屬電極(6)及陰極金屬電極(10);在所述N型摻雜半導(dǎo)體襯底(I)上面設(shè)有N型摻雜外延層(2)，在所述N型摻雜外延層(2)的上側(cè)設(shè)有導(dǎo)電填充層(4)，所述導(dǎo)電填充層(4)的外側(cè)設(shè)有P型阱區(qū)(3);所述P型阱區(qū)(3)、導(dǎo)電填充層(4)和部分所述N型摻雜外延層(2)共同構(gòu)成所述肖特基二極管器件的內(nèi)部原胞區(qū)域；在所述內(nèi)部原胞區(qū)域的上方設(shè)有金屬接觸層(5)，所述金屬接觸層(5)與所述N型摻雜外延層(2)形成肖特基接觸，所述金屬接觸層(5)與部分所述P型阱區(qū)(3)形成歐姆接觸；在所述金屬接觸層(5)上方設(shè)有金屬導(dǎo)電層，構(gòu)成了所述肖特基二極管器件的陽(yáng)極金屬電極(6)，在所述N型摻雜襯底(I)的下方設(shè)有金屬導(dǎo)電層，構(gòu)成了所述肖特基二極管器件的陰極金屬電極(10)，其特征在于，所述P型阱區(qū)(3)、導(dǎo)電填充層(4)和所述N型摻雜外延層(2)交替排列組成原胞區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管器件，其特征在于，所述P型 阱區(qū)(3)由槽腐蝕后進(jìn)行離子注入工藝形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管器件，其特征在于，所述導(dǎo)電 填充層(4)為多晶硅或金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管器件，其特征在于，所述P型 阱區(qū)(3)之間的距離以及所述P型阱區(qū)(3)和所述N型摻雜外延層(2)之間的濃度比例由該器件所應(yīng)滿足的導(dǎo)通壓降和耐壓要求共同決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管器件，其特征在于，所述P型 阱區(qū)(3)包所述導(dǎo)電填充層(4)底部的距離大于所述P型阱區(qū)(3)包所述導(dǎo)電填充層(4)側(cè)壁的距離。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種肖特基二極管器件，包括：N型摻雜半導(dǎo)體襯底、N型摻雜外延層、P型阱區(qū)、導(dǎo)電填充層、金屬接觸層、陽(yáng)極金屬電極及陰極金屬電極。本實(shí)用新型在保證器件導(dǎo)通壓降要求的同時(shí)，提高器件的擊穿電壓，提高器件生產(chǎn)的良率和可靠性。
【IPC分類】H01L29-872, H01L29-06
【公開號(hào)】CN204558473
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520292617
【發(fā)明人】梅冬
【申請(qǐng)人】西安西奈電子科技有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月8日