[发明专利]沟槽式肖特基势垒二极管整流器件及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种整流器件及其制造方法，特别涉及沟槽式金属-半导体肖特基势垒二极管整流器件及制造方法。

背景技术

整流器件作为交流到直流的转换器件，要求单向导通特性，即正向导通时开启电压低，导通电阻小，而反向时阻断电压高，反向漏电小。

肖特基二极管作为整流器件已经在电源应用领域使用了数十年。相对于PN结二极管而言，肖特基二极管具有正向开启电压低和开关速度快的优点，这使其非常适合应用于开关电源以及高频场合。肖特基二极管的反向恢复时间非常短，该时间主要由器件的寄生电容决定，而不像PN结二极管那样由少子复合时间决定。因此，肖特基二极管整流器件可以有效的降低开关功率损耗。

肖特基二极管是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的。传统的平面型肖特基二极管的硅片通常由位于下方的高掺杂浓度的N+衬底和位于上方的低掺杂浓度的N-外延生长层构成，高掺杂浓度的N+衬底底面沉积下金属层形成欧姆接触，构成肖特基二极管的阴极；低掺杂浓度的N-外延生长层顶面沉积上金属层形成肖特基接触，构成肖特基二极管的阳极。金属与N型单晶硅的功函数差形成势垒，该势垒的高低决定了肖特基二极管的特性，即较低的势垒可以减小正向导通开启电压，但是会使反向漏电增大，反向阻断电压降低；反之，较高的势垒会增大正向导通开启电压，同时使反向漏电减小，反向阻断能力增强。然而，与PN结二极管相比，传统的平面型肖特基二极管反向漏电大，反向阻断电压低。

沟槽式肖特基势垒二极管整流器件具有低正向导通开启电压的同时，克服了上述平面型肖特基二极管的缺点。美国专利US 5,365,102披露了一种沟槽式肖特基势垒二极管整流器件及制造方法，其中一实施例的器件结构如图1所示(图1相当于美国专利的图6F)。从该图中可以看出，制作器件的硅片由高掺杂的N+衬底1和较低掺杂的N-外延层2构成，一系列沟槽3制备于N-外延层2中，沟槽3之间为N型单晶硅凸台结构4，沟槽3侧壁生长有二氧化硅层5，上金属层6覆盖在整个结构的上表面，并与单晶硅凸台结构4的顶面接触形成肖特基接触面7，构成肖特基二极管整流器件的阳极。在N+衬底1底面沉积有下金属层8构成肖特基二极管整流器件的阴极。该专利正是由于沟槽3以及沟槽3内金属的存在，使器件反向偏置时电场分布发生变化，到达肖特基势垒的电场强度降低，从而增强了该器件的电压反向阻断能力，减小了反向漏电。然而，这种结构设计所暴露出的弱点是：1.由于凸台顶角9直接与上金属层6接触，存在尖端放电效应(曲率半径小引起电场强度增大)，容易引起反向漏电变大，反向阻断能力下降；2.在制造过程中，由于凸台顶角9侧面的二氧化硅层5局部容易损伤，使凸台顶角9侧面直接与上金属层6接触，从而导致反向漏电变大，反向阻断能力下降；3.沟槽3内填充的金属与上金属层6相同，当沟槽3宽度较窄时由于上金属层6材料的缝隙填充能力不好，有可能留下空洞，影响器件的可靠性。为此，如何解决上述问题是本发明研究的课题。

发明内容

本发明提供一种沟槽式肖特基势垒二极管整流器件及制造方法，其目的是要改进现有沟槽式肖特基势垒二极管整流器件存在的上述不足，进一步提高器件的性能。

为达到上述目的，本发明器件结构采用的技术方案是：一种沟槽式肖特基势垒二极管整流器件，在俯视平面上，该器件的有源区由若干个肖特基势垒二极管单胞并联构成；在通过肖特基势垒二极管单胞中心的纵向截面上，每个肖特基势垒二极管单胞自下而上由下金属层、N+单晶硅衬底、N-外延层和上金属层叠加构成，其中在所述N-外延层上部，横向间隔开设有沟槽，两个相邻沟槽之间的N-外延层区域形成N-单晶硅凸台结构，凸台结构顶面与上金属层接触形成肖特基势垒接触，上金属层构成沟槽式肖特基势垒二极管整流器件的阳极，下金属层与N+单晶硅衬底接触形成欧姆接触，下金属层构成沟槽式肖特基势垒二极管整流器件的阴极；

其创新在于：沟槽内表面均匀生长有二氧化硅层，且二氧化硅层在沟槽顶部开口处横向向两侧延伸形成延伸段，延伸段二氧化硅层覆盖凸台结构的顶角，沟槽内填充导电多晶硅，导电多晶硅的截面呈T形，T形头高于N-外延层顶面，T形头的两肩横向宽度大于沟槽的横向开口宽度，T形头的两肩搭在延伸段二氧化硅层上，使T形头的两肩和延伸段二氧化硅层遮蔽沟槽两侧的凸台结构顶角，T形头的两侧面上设有介质侧墙保护，T形头的顶面与上金属层接触形成欧姆接触。

为达到上述目的，本发明制造方法采用的技术方案是：一种沟槽式肖特基势垒二极管整流器件的制造方法，包括下列工艺步骤：