肖特基整流器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種整流器件及其制作方法，特別是涉及一種耐高壓肖特基整流器及 其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種最常用的半導(dǎo)體二極管，整流二極管因其具有單向?qū)щ娦?，在反向偏?下能抗耐高電壓，因而被廣泛地應(yīng)用在電源整流，電流控向，截波等電子電器產(chǎn)品領(lǐng)域。隨 著移動數(shù)碼產(chǎn)品，如手機(jī)，平板電腦等廣泛使用，低的正向壓降，高速反應(yīng)的整流器件更是 這些產(chǎn)品中不可缺少的部件。肖特基二極管便是其中的一類整流二極管，其正反向轉(zhuǎn)換速 度快，正向?qū)▔航迪鄬璨牧系腜N結(jié)更低，在交流直流轉(zhuǎn)換電源，太陽能上廣泛也被大 量使用。
[0003] 傳統(tǒng)的肖特基整流器件采用了臺面工藝(例如圖1所示的結(jié)構(gòu)，標(biāo)記10表示N型 襯底，11表不N+摻雜層，12表不金屬)，金屬（如錯、鑰）與摻雜的娃材料(如N型摻雜）結(jié)合 構(gòu)成了肖特基勢壘，其具有整流特性，陽極為金屬，陰極為摻雜的半導(dǎo)體。選擇不同的金屬， 能得到不同的正向電壓。由于肖特基結(jié)構(gòu)為單載流子結(jié)構(gòu)，陽極注入漂移區(qū)的載流子為電 子，并且在漂移區(qū)不存在少數(shù)載流子，因此無反向恢復(fù)時間，具有開關(guān)速度快等優(yōu)點被廣泛 用在高速整流電路中。但是，金半接觸的肖特基勢壘為單邊結(jié)，在提高器件速度的同時也引 入了較大的反向漏電，因此，傳統(tǒng)肖特基的耐壓一般在百伏以內(nèi)。對于那些需要有高的反向 耐壓及低的反向漏電要求的器件應(yīng)用，傳統(tǒng)肖特基顯然無法滿足要求。
[0004] 為改善傳統(tǒng)的臺面肖特基結(jié)構(gòu)存在的不足，現(xiàn)有肖特基整流器在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上引入 了 MOS (業(yè)內(nèi)對場效應(yīng)管的簡稱）結(jié)構(gòu)。
[0005] 在傳統(tǒng)肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，加入溝槽MOS結(jié)構(gòu)，利用MOS電容產(chǎn)生的耗盡層夾斷 肖特基勢壘區(qū)，將肖特基勢壘區(qū)的反向電場引入器件內(nèi)部，以提高肖特基的抗反向電壓能 力。圖2是采用平面工藝方案設(shè)計的肖特基整流器件，在其內(nèi)部加入了溝槽MOS結(jié)構(gòu)。圖 2中IA為高摻雜襯底，IB為導(dǎo)電層，金屬ID覆蓋導(dǎo)電層IB和溝槽IC區(qū)域；金屬ID和N型 導(dǎo)電層IB接觸后形成肖特基勢壘，這部分區(qū)域即為肖特基勢壘區(qū)。MOS結(jié)構(gòu)由金屬1D、溝 槽IC及N型導(dǎo)電層IB構(gòu)成，在溝槽IC內(nèi)，氧化層IG和填入的摻雜多晶硅材料IH構(gòu)成MOS 結(jié)構(gòu)的柵極，并圍繞肖特基勢壘區(qū)域。頂部金屬ID為肖特基整流器的陽極，底部襯底IA為 陰極。當(dāng)陽極ID加正向電壓，即金屬ID偏置正電壓時，這時，MOS結(jié)構(gòu)不會對肖特基勢壘 產(chǎn)生影響，肖特基整流器為正向?qū)?，具有低的正向?qū)妷?；?dāng)陽極加負(fù)電壓，即金屬ID 偏置負(fù)電壓時，肖特基勢壘呈反向偏置，承受反向電場，這時，MOS電容將產(chǎn)生耗盡層1E，該 耗盡層隨反向電壓升高在導(dǎo)電層IB內(nèi)擴(kuò)展，最后碰觸，并向下擴(kuò)展，將肖特基勢壘區(qū)夾斷， 如圖3所示，這時，肖特基勢壘區(qū)的反向電場被MOS電容產(chǎn)生的耗盡層IE引入于導(dǎo)電層IB 的內(nèi)部，其效果是調(diào)節(jié)了 MOS溝槽內(nèi)的電場分布，降低了肖特基勢壘結(jié)的電場強(qiáng)度，整體上 減小了肖特基整流器的反向漏電流。該結(jié)構(gòu)能將肖特基整流器件的反向電壓做到數(shù)百伏， 同時又有較小的反向漏電流。
[0006] 現(xiàn)有的MOS結(jié)構(gòu)肖特基整流器雖然提高了反向電壓的承受力，但從圖2和圖3中 可看出，在反偏情況下，MOS電容產(chǎn)生的耗盡層IE在溝槽底部產(chǎn)生嚴(yán)重的折彎1F，在該折彎 處反向電場高度集中，導(dǎo)致器件提前雪崩擊穿，無法將耐壓做高。
[0007] 現(xiàn)有MOS結(jié)構(gòu)肖特基整流器的改進(jìn)方法，由圖4所示，針對如上所述的問題，現(xiàn)有 的改進(jìn)方法是將溝槽設(shè)計成上寬下窄結(jié)構(gòu)，從圖4所示的結(jié)構(gòu)中可以看出，由于溝槽上部 的寬度大于溝槽下部的寬度，即溝槽底面和側(cè)邊的內(nèi)側(cè)彎角比圖3所示的溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè) 彎角更大，因此MOS電容產(chǎn)生的耗盡層在底部的折彎變緩（以標(biāo)記2F表示)，進(jìn)而降低了該 區(qū)域的電場強(qiáng)度，該內(nèi)側(cè)角度越大，電場越小。根據(jù)內(nèi)側(cè)角的不同設(shè)計，反向擊穿耐壓較之 圖3所示的溝槽結(jié)構(gòu)可以提高15-40%。這種結(jié)構(gòu)的缺點是，其頂部尺寸必須盡可能設(shè)計的 大，才能得到更有效地減緩溝槽底部電場。這種設(shè)計不利于減小器件的面積，另外，折彎引 起的電場未被消除，依然存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中肖特基整流器的反向耐壓不夠 高、反向漏電較大的缺陷，提供一種耐高壓肖特基整流器及其制作方法。
[0009] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：
[0010] 一種肖特基整流器，其包括一第一導(dǎo)電類型襯底，其特點在于，該肖特基整流器還 包括：
[0011] 形成于該第一導(dǎo)電類型襯底表面的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層；
[0012] 形成于該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層中的至少一個溝槽，
[0013] 形成于每個溝槽中的側(cè)壁氧化層和底部氧化層，其中該側(cè)壁氧化層形成于溝槽的 側(cè)壁上，該底部氧化層形成于溝槽的底部；
[0014] 淀積于溝槽中的多晶硅，該多晶硅摻雜有第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)；
[0015] 形成于該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層表面的金屬層，
[0016] 其中，該底部氧化層的厚度大于該側(cè)壁氧化層的厚度，并且在溝槽的深度方向上， 自溝槽的頂部至溝槽的底部，該多晶硅中該第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的摻雜濃度由高變低。
[0017] 本發(fā)明中，溝槽內(nèi)多晶硅的第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的摻雜濃度為自上而下由高變低， 這樣由MOS電容所產(chǎn)生的、溝槽側(cè)部的耗盡層(溝槽之間的耗盡層）與溝槽側(cè)壁呈一定傾斜 角度，上寬下窄（即接近該金屬層的耗盡層距離溝槽的側(cè)壁較遠(yuǎn)，而遠(yuǎn)離該金屬層的耗盡層 距離溝槽的側(cè)壁較近)，相比于現(xiàn)有技術(shù)中耗盡層在溝槽側(cè)部與溝槽平行的設(shè)計，可以使溝 槽間的耗盡層在頂部(接近于金屬層的位置，而非遠(yuǎn)離金屬層的位置）更快速碰觸，隨即迅 速往下擴(kuò)展，夾斷了肖特基勢壘區(qū)域，讓原作用在肖特基勢壘上的反向電場迅速離開肖特 基勢壘區(qū)，由耗盡層來承擔(dān)。由于該耗盡層是由反型層和導(dǎo)電層(例如P型反型層和低摻雜 的N型導(dǎo)電層）之間接觸產(chǎn)生的，其反向電場承受能力遠(yuǎn)大于肖特基勢壘，這樣就避免了原 來電場作用在肖特基勢壘上而產(chǎn)生的漏電，使器件的總體反向耐壓大大提高。
[0018] 優(yōu)選地，位于溝槽頂部的多晶硅中第二導(dǎo)電類型摻雜雜質(zhì)的摻雜濃度與位于溝槽 底部的多晶硅中第二導(dǎo)電類型摻雜雜質(zhì)的摻雜濃度之比為3:1至1:1。更優(yōu)選地，位于溝槽 頂部的多晶硅中第二導(dǎo)電類型摻雜雜質(zhì)的摻雜濃度與位于溝槽底部的多晶硅中第二導(dǎo)電 類型摻雜雜質(zhì)的摻雜濃度之比為2. 5:1至1. 5:1。多晶硅頂部至底部的濃度由高變低為緩 變變化，其中，位于溝槽頂部的多晶硅為接近該金屬層多晶硅，位于溝槽底部的多晶硅為接 近該底部氧化層的多晶硅。
[0019] 優(yōu)選地，該溝槽深度與該底部氧化層的厚度之比為5:2至3:1。
[0020] 優(yōu)選地，相鄰溝槽的間距與該底部氧化層的厚度之比小于等于2. 5。
[0021] 優(yōu)選地，從第一導(dǎo)電層上面俯視方向看，該溝槽可以設(shè)計成閉合的環(huán)形，也可設(shè)計 為條狀溝槽。
[0022] 優(yōu)選地，該第一導(dǎo)電類型襯底的第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的摻雜濃度為 0· OOlohm · cm-〇. Olohm · cm〇
[0023] 優(yōu)選地，該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的摻雜濃度為 0· 5ohm · cm_3ohm · cm。
[0024] 優(yōu)選地，該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的厚度為3 μ m-15 μ m。
[0025] 優(yōu)選地，溝槽的寬度為0· 5μηι-2· 5μηι，溝槽深度為I. 5μηι-12μηι，溝槽間距為 1. 3 μ m_10 μ m。
[0026] 優(yōu)選地,該底部氧化層的厚度為0. 5 μ m-4 μ m。
[0027] 優(yōu)選地，該側(cè)壁氧化層的厚度為0· 5 A -5000 A。