一種溝槽半導(dǎo)體裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溝槽半導(dǎo)體裝置，當半導(dǎo)體裝置接一定的反向偏壓時，在溝槽內(nèi)壁半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的耗盡層相互交疊，屏蔽了陽極到陰極的導(dǎo)電通道，使得本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有反向阻斷功能；通過在半導(dǎo)體裝置溝槽底部設(shè)置具有電荷補償功能的材料，提高半導(dǎo)體裝置反向阻斷能力；當半導(dǎo)體裝置接一定的正向偏壓，因從陽極到陰極不存在半導(dǎo)體結(jié)，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有極低的正向開啟壓降。本發(fā)明還提供了一種溝槽半導(dǎo)體裝置的制備方法。
【專利說明】一種溝槽半導(dǎo)體裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種溝槽半導(dǎo)體裝置，本發(fā)明還涉及一種溝槽半導(dǎo)體裝置的制備方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置是制造功率整流器件的基本結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件被大量使用在電源管理和電源應(yīng)用上，功率半導(dǎo)體器件中最基本的結(jié)構(gòu)為半導(dǎo)體結(jié)，半導(dǎo)體結(jié)包括了 PN結(jié)和肖特基勢壘結(jié)；降低半導(dǎo)體結(jié)的導(dǎo)通電阻和開啟壓降是功率半導(dǎo)體器件發(fā)展的重要趨勢。
[0003]傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)通電阻和開啟壓降隨器件反向阻斷電壓的升高而快速上升，使得器件具有較高的正向?qū)▔航怠?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對上述問題提出，提供一種溝槽半導(dǎo)體裝置及其制備方法。
[0005]一種溝槽半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括:襯底層，為半導(dǎo)體材料構(gòu)成；漂移層，為第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料構(gòu)成，位于襯底層之上；多個溝槽，溝槽位于漂移層中；半導(dǎo)體結(jié)，為PN結(jié)或肖特基勢壘結(jié)，位于溝槽內(nèi)壁；歐姆接觸區(qū)，位于溝槽之間半導(dǎo)體材料上表面或溝槽側(cè)壁上部表面；表面金屬層，位于器件上表面，將歐姆基礎(chǔ)區(qū)和半導(dǎo)體結(jié)表面電極相連。其中所述的半導(dǎo)體裝置溝槽底部可以設(shè)置條狀具有電荷補償功能的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料或具有電荷補償功能的絕緣材料。
[0006]一種溝槽半導(dǎo)體裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:在襯底層表面形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層，然后在表面形成絕緣層；進行光刻腐蝕工藝去除表面部分絕緣介質(zhì)，進行第一導(dǎo)電雜質(zhì)擴散；腐蝕表面薄絕緣層，然后刻蝕裸露半導(dǎo)體材料形成溝槽；淀積金屬進行燒結(jié)形成肖特基勢壘結(jié)，或者在溝槽內(nèi)壁設(shè)置第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層形成PN結(jié)。
[0007]當半導(dǎo)體裝置接一定的正向偏壓(假定第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料為N型半導(dǎo)體材料，表面為陽極背面為陰極)時，因從陽極到陰極不存在半導(dǎo)體結(jié)，因此本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有極低的正向開啟壓降。
[0008]當半導(dǎo)體裝置接一定的反向偏壓時，在溝槽內(nèi)壁半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的耗盡層相互交疊，從而屏蔽了陽極到陰極的導(dǎo)電通道，使得本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有反向阻斷功能；通過在半導(dǎo)體裝置溝槽底部設(shè)置條狀具有電荷補償功能的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料或具有電荷補償功能的絕緣材料，可以提高半導(dǎo)體裝置反向阻斷能力。
[0009]另外本發(fā)明還提供了一種溝槽半導(dǎo)體裝置的制備方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖；[0012]圖3為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖；
[0015]圖6為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖。
[0016]其中，
[0017]1、襯底層；
[0018]2、二氧化硅；
[0019]3、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料；
[0020]4、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料；
[0021]5、肖特基勢壘結(jié)；
[0022]6、歐姆接觸區(qū)；
[0023]7、氧化硅(SiO);
[0024]10、上表面金屬層；
[0025]11、下表面金屬層。
【具體實施方式】
[0026]實施例1
[0027]圖1為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面圖，下面結(jié)合圖1詳細說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0028]一種溝槽半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層1，為N導(dǎo)電類型半導(dǎo)體硅材料，磷原子的摻雜濃度為1E19/CM3,在襯底層I下表面,通過下表面金屬層11引出電極；第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料3,位于襯底層I之上,為N傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體娃材料,磷原子的摻雜濃度為1E16/CM3,其上表面附近具有高濃度雜質(zhì)摻雜的區(qū)域；肖特基勢壘結(jié)5，位于溝槽內(nèi)壁，為半導(dǎo)體硅材料與勢壘金屬形成的硅化物，其中溝槽間距為0.5um ;歐姆接觸區(qū)6，位于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料表面和溝槽側(cè)壁上部；器件上表面附有上表面金屬層10，為器件引出另一電極。
[0029]其制作工藝包括如下步驟:
[0030]第一步，在襯底層I表面形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層，淀積形成氮化硅層；
[0031]第二步，進行光刻腐蝕工藝，半導(dǎo)體材料表面去除部分氮化硅，注入磷雜質(zhì)退火；
[0032]第三步，腐蝕注入窗口氧化層,然后刻蝕去除部分裸露半導(dǎo)體硅材料形成溝槽,腐蝕去除氮化硅層；
[0033]第四步，在半導(dǎo)體材料表面淀積勢壘金屬，進行燒結(jié)形成肖特基勢壘結(jié)5，然后在表面淀積金屬形成上表面金屬層10 ；
[0034]第五步，進行背面金屬化工藝，在背面形成下表面金屬層11，如圖1所示。
[0035]圖2為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖，是在圖1基礎(chǔ)上，將第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料4設(shè)置在溝槽底部。
[0036]圖3為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖，是在圖1基礎(chǔ)上，將二氧化硅2設(shè)置在溝槽之間的半導(dǎo)體材料表面。
[0037]圖4為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖，是在圖3基礎(chǔ)上，將具有電荷補償功能的氧化硅7設(shè)置在溝槽底部。[0038]實施例2
[0039]圖5為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面圖，下面結(jié)合圖5詳細說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置。
[0040]一種溝槽半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層1，為N導(dǎo)電類型半導(dǎo)體硅材料，磷原子的摻雜濃度為1E19/CM3,在襯底層I下表面,通過下表面金屬層11引出電極；第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料
3,位于襯底層I之上，為N傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體娃材料,磷原子的摻雜濃度為1E16/CM3 ;第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料4，位于溝槽內(nèi)壁區(qū)域，為P傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體硅材料，硼原子的摻雜濃度為1E16/CM3,溝槽間距為Ium ;歐姆接觸區(qū)6,位于第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料3的表面；器件上表面附有上表面金屬層10，為器件引出另一電極。
[0041]其制作工藝包括如下步驟:
[0042]第一步，在襯底層I表面形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層，淀積形成氮化硅層；
[0043]第二步，進行光刻腐蝕工藝，半導(dǎo)體材料表面去除部分氮化硅，注入磷雜質(zhì)退火；
[0044]第三步，腐蝕注入窗口氧化層，然后刻蝕去除部分裸露半導(dǎo)體硅材料形成溝槽；
[0045]第四步，進行硼擴散，形成第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料4，腐蝕去除氮化硅層，然后在表面淀積金屬形成上表面金屬層10 ；
[0046]第五步，進行背面金屬化工藝，在背面形成下表面金屬層11，如圖5所示。
[0047]圖6為本發(fā)明的一種溝槽半導(dǎo)體裝置剖面示意圖，是在圖5基礎(chǔ)上，將條狀第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料4設(shè)置在溝槽底部，用于形成反向偏壓時的電荷補償結(jié)構(gòu)。
[0048]通過上述實例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其它實例實現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不局限于上述具體實例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括: 襯底層，為半導(dǎo)體材料構(gòu)成； 漂移層，為第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料構(gòu)成，位于襯底層之上；多個 溝槽，溝槽位于漂移層中； 半導(dǎo)體結(jié)，為PN結(jié)或肖特基勢壘結(jié)，位于溝槽內(nèi)壁； 歐姆接觸區(qū),位于溝槽之間半導(dǎo)體材料上表面或溝槽側(cè)壁上部表面； 表面金屬層，位于器件上表面，將歐姆基礎(chǔ)區(qū)和半導(dǎo)體結(jié)表面電極相連。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽之間的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料寬度小于等于3um。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的半導(dǎo)體結(jié)為第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料與第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料形成的PN結(jié)或第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料與金屬形成肖特基勢壘結(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)壁半導(dǎo)體結(jié)可以完全為肖特基勢壘結(jié)或者完全為PN結(jié)。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)壁半導(dǎo)體結(jié)可以為側(cè)壁為肖特基勢壘結(jié)，同時溝槽底部為PN結(jié)。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)壁半導(dǎo)體結(jié)可以為側(cè)壁為絕緣層，同時溝槽底部為PN結(jié)。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽內(nèi)壁半導(dǎo)體結(jié)可以為側(cè)壁為半導(dǎo)體結(jié)，同時溝槽底部為絕緣層。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的歐姆接觸區(qū)可以位于溝槽之間半導(dǎo)體材料上表面。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的歐姆接觸區(qū)可以位于溝槽側(cè)壁上部表面，同時溝槽之間半導(dǎo)體材料上表面為絕緣層。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的溝槽底部可以設(shè)置條狀具有電荷補償功能的第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料或具有電荷補償功能的絕緣材料。
11.如權(quán)利要求1所述的一種溝槽半導(dǎo)體裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)在襯底層表面形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體材料層，然后在表面形成絕緣層； 2)進行光刻腐蝕工藝去除表面部分絕緣層，進行第一導(dǎo)電雜質(zhì)擴散； 3)腐蝕表面薄絕緣層,然后刻蝕裸露半導(dǎo)體材料形成溝槽； 4)淀積金屬進行燒結(jié)形成肖特基勢壘結(jié)，或者在溝槽內(nèi)壁設(shè)置第二導(dǎo)電半導(dǎo)體材料形成PN結(jié)。
【文檔編號】H01L29/06GK103943666SQ201310018668
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】朱江 申請人:朱江