本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體器件及制造方法。

背景技術(shù)：

肖特基二極管作為功率整流器件廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源和其他要求高速功率開關(guān)設(shè)備中。相比pn結(jié)型二極管，肖特基二極管具有較低的導(dǎo)通壓降，并且由于其是單極載流子器件，具有較快的開關(guān)頻率，因此肖特基二極管在低電壓、高頻應(yīng)用范圍具有很大的優(yōu)勢(shì)。

由于肖特基自身的勢(shì)壘降低效應(yīng)，肖特基在高壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的漏電流，這是限制肖特基二極管在高壓領(lǐng)域應(yīng)用的主要原因。近年來隨著tmbs(trenchmosbarrierschottkyrectifier，溝槽柵肖特基二極管)的成功市場(chǎng)化，肖特基電壓應(yīng)用范圍已經(jīng)可以達(dá)到300v，相比平面柵肖特基二極管，通過引入溝槽結(jié)構(gòu)，很好的抑制了肖特基的表面勢(shì)壘降低效應(yīng)，降低了器件漏電流。限制高壓溝槽柵肖特基二極管應(yīng)用的另外一個(gè)因素是體硅電阻率很大，器件耐壓越高，需要的體硅電阻率越大，這樣使得器件正向?qū)▔航递^大。

為了獲得較低的導(dǎo)通壓降，現(xiàn)有技術(shù)采用縱向變摻雜結(jié)構(gòu)，在器件反向耐壓時(shí)體內(nèi)縱向電場(chǎng)平坦，使得器件具有較高耐壓，在相同擊穿電壓下使得器件獲得較低的vf(導(dǎo)通壓降)。但是要獲得這種縱向變摻雜器件結(jié)構(gòu)，需要的外延工藝復(fù)雜，精度難以控制，實(shí)際應(yīng)用難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種半導(dǎo)體器件及制造方法，用以降低溝槽柵肖特基二極管的導(dǎo)通壓降。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中的一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括有源區(qū)域、終端區(qū)域、外延層和在所述外延層上形成的n型區(qū)域；所述n型區(qū)域上排列設(shè)置有多個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)，其中靠近所述n型區(qū)域邊緣的一溝槽所在區(qū)域?yàn)樗鼋K端區(qū)域，其余溝槽所在區(qū)域?yàn)樗鲇性磪^(qū)域。

可選地，每個(gè)溝槽設(shè)置有柵氧化層，所述柵氧化層上設(shè)置有多晶硅層；其中所述終端區(qū)域的溝槽寬度大于所述有源區(qū)域的任一溝槽寬度。

具體地，所述柵氧化層的厚度由所述半導(dǎo)體器件的預(yù)設(shè)耐壓值決定。

可選地，所述器件還包括設(shè)置在表面的金屬層；

所述n型區(qū)域具有高斯分布；所述n型區(qū)域的摻雜濃度大于所述外延層的摻雜濃度；所述終端區(qū)域的溝槽設(shè)置有鈍化層。

具體地，所述鈍化層的材質(zhì)為以下之一或結(jié)合：氮化硅和二氧化硅。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中的一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：

在半導(dǎo)體材料的表面進(jìn)行離子注入，使所述半導(dǎo)體材料的外延層上形成n型區(qū)域；

在所述n型區(qū)域上進(jìn)行晶圓溝槽蝕刻，形成具有多個(gè)溝槽排列的有源區(qū)域和一個(gè)溝槽的終端區(qū)域。

可選地，所述離子注入能量在30kev-120kev之間；所述離子注入計(jì)量10¹¹～10¹³cm^-2之間；所述離子為n型摻雜源或p型摻雜源。

可選地，所述n型區(qū)域具有高斯分布；所述n型區(qū)域的摻雜濃度大于所述外延層的摻雜濃度；

所述在半導(dǎo)體材料的表面進(jìn)行離子注入，使所述半導(dǎo)體材料的外延層上形成n型區(qū)域，包括：

在所述半導(dǎo)體材料的外延層上生長(zhǎng)第一氧化層；

在所述氧化層的表面進(jìn)行離子注入，并進(jìn)行高溫退火激活，使所述外延層上形成n型區(qū)域和第二氧化層。

具體地，其中所述終端區(qū)域的溝槽寬度大于所述有源區(qū)域的任一溝槽寬度；

所述在所述n型區(qū)域上進(jìn)行晶圓溝槽蝕刻，形成具有多個(gè)溝槽排列的有源區(qū)域和一個(gè)溝槽的終端區(qū)域，包括：

將所述第二氧化層作為刻蝕阻擋層，在所述n型區(qū)域光刻多個(gè)溝槽；

根據(jù)預(yù)設(shè)厚度，在每個(gè)溝槽上生長(zhǎng)柵氧化層；

所述柵氧化層生長(zhǎng)完成后，進(jìn)行多晶硅淀積；

對(duì)淀積的多晶硅進(jìn)行反刻，所述有源區(qū)域的溝槽內(nèi)余留多晶硅層，所述終端區(qū)域的溝槽側(cè)壁余留多晶硅層；

在所述終端區(qū)域的溝槽淀積鈍化層。

具體地，所述在所述終端區(qū)域的溝槽淀積鈍化層之后，還包括：

在所述半導(dǎo)體器件表面濺射金屬層。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明中半導(dǎo)體器件及制造方法，有效降低現(xiàn)有技術(shù)中溝槽柵肖特基二極管的導(dǎo)通壓降，其外延工藝簡(jiǎn)單，精度易于控制；可以實(shí)現(xiàn)器件終端耐壓大于元胞電壓，增強(qiáng)了器件的魯棒性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中半導(dǎo)體器件的剖視圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中半導(dǎo)體器件的制造方法流程圖；

圖3-7是本發(fā)明實(shí)施例中制造方法中各步驟所對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體材料的剖視圖；

圖8-9是本發(fā)明實(shí)施例中半導(dǎo)體器件的仿真效果示意圖。

具體實(shí)施方式

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件及制造方法，以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。

實(shí)施例一

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件，所述器件包括有源區(qū)域10、終端區(qū)域11、外延層2和在所述外延層上形成的n型區(qū)域5；所述n型區(qū)域5上排列設(shè)置有多個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)，其中靠近所述n型區(qū)域5邊緣的一溝槽所在區(qū)域?yàn)樗鼋K端區(qū)域11，其余溝槽所在區(qū)域?yàn)樗鲇性磪^(qū)域10。進(jìn)一步說，所述n型區(qū)域5上光刻有環(huán)形排列的多個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)。

可選地，每個(gè)溝槽設(shè)置有柵氧化層6，所述柵氧化層6上設(shè)置有多晶硅層7；其中所述終端區(qū)域的溝槽寬度大于所述有源區(qū)域的任一溝槽寬度。進(jìn)一步說，在各個(gè)溝槽內(nèi)生長(zhǎng)有柵氧化層6，在其中有源區(qū)域內(nèi)的各溝槽淀積反刻有多晶硅層7，在終端區(qū)域的溝槽側(cè)壁也淀積反刻有多晶硅層。

具體地，所述柵氧化層的厚度由所述半導(dǎo)體器件的預(yù)設(shè)耐壓值決定。

可選地，所述器件還包括設(shè)置在表面的金屬層9；

所述n型區(qū)域具有高斯分布；

所述n型區(qū)域的摻雜濃度大于所述外延層的摻雜濃度；

所述終端區(qū)域的溝槽設(shè)置有鈍化層8。

其中，通過n型區(qū)域的摻雜濃度大于外延層的摻雜濃度，可以有效降低有源區(qū)10相鄰溝槽間的jfet效應(yīng)，降低器件導(dǎo)通壓降。

進(jìn)一步說，在半導(dǎo)體器件的表面上濺射金屬層，從而使在有源區(qū)域與半導(dǎo)體n型區(qū)形成肖特基接觸，在終端區(qū)域作為金屬場(chǎng)板。

具體地，所述鈍化層的材質(zhì)為以下之一或結(jié)合：氮化硅和二氧化硅。

本發(fā)明實(shí)施例中半導(dǎo)體器件有效降低現(xiàn)有技術(shù)中溝槽柵肖特基二極管的導(dǎo)通壓降，外延工藝簡(jiǎn)單，精度易于控制；可以實(shí)現(xiàn)器件終端耐壓大于元胞電壓，增強(qiáng)了器件的魯棒性。

本發(fā)明實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的具體結(jié)構(gòu)、制造工藝和具體的技術(shù)效果可以參閱下述實(shí)施例中提供的半導(dǎo)體器件制造方法。

實(shí)施例二

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括：

s101，在半導(dǎo)體材料的表面進(jìn)行離子注入，使所述半導(dǎo)體材料的外延層上形成n型區(qū)域；

s102，在所述n型區(qū)域上進(jìn)行晶圓溝槽蝕刻，形成具有多個(gè)溝槽排列的有源區(qū)域和一個(gè)溝槽的終端區(qū)域。

本發(fā)明實(shí)施例的外延工藝簡(jiǎn)單，精度易于控制，其制造的半導(dǎo)體器件有效降低現(xiàn)有技術(shù)中溝槽柵肖特基二極管的導(dǎo)通壓降；可以實(shí)現(xiàn)器件終端耐壓大于元胞電壓，增強(qiáng)了器件的魯棒性。

可選地，所述離子注入能量在30kev-120kev之間；所述離子注入計(jì)量10¹¹～10¹³cm^-2之間；所述離子為n型摻雜源或p型摻雜源。

可選地，所述n型區(qū)域具有高斯分布；所述n型區(qū)域的摻雜濃度大于所述外延層的摻雜濃度；

所述在半導(dǎo)體材料的表面進(jìn)行離子注入，使所述半導(dǎo)體材料的外延層上形成n型區(qū)域，包括：

在所述半導(dǎo)體材料的外延層上生長(zhǎng)第一氧化層；

在所述氧化層的表面進(jìn)行離子注入，并進(jìn)行高溫退火激活，使所述外延層上形成n型區(qū)域和第二氧化層。

其中所述終端區(qū)域的溝槽寬度大于所述有源區(qū)域的任一溝槽寬度。

進(jìn)一步地，所述在所述n型區(qū)域上進(jìn)行晶圓溝槽蝕刻，形成具有多個(gè)溝槽排列的有源區(qū)域和一個(gè)溝槽的終端區(qū)域，包括：

將所述第二氧化層作為刻蝕阻擋層，在所述n型區(qū)域光刻多個(gè)溝槽；

根據(jù)預(yù)設(shè)厚度，在每個(gè)溝槽上生長(zhǎng)柵氧化層；

所述柵氧化層生長(zhǎng)完成后，進(jìn)行多晶硅淀積；

對(duì)淀積的多晶硅進(jìn)行反刻，所述有源區(qū)域的溝槽內(nèi)余留多晶硅層，所述終端區(qū)域的溝槽側(cè)壁余留多晶硅層；

在所述有源區(qū)域和所述終端區(qū)域淀積鈍化層，并刻蝕掉有源區(qū)域的鈍化層作為肖特基接觸點(diǎn)。

也就是說，本發(fā)明實(shí)施例在所述器件表面淀積鈍化層，進(jìn)行光刻、刻蝕工藝，保留終端區(qū)域的鈍化層，刻蝕掉有源區(qū)的鈍化層作為肖特基接觸點(diǎn)。

進(jìn)一步地，所述在所述終端區(qū)域的溝槽淀積鈍化層之后，還包括：

在所述半導(dǎo)體器件表面濺射金屬層。

也就是說，在半導(dǎo)體器件上濺射金屬層，在有源區(qū)域與半導(dǎo)體n型區(qū)形成肖特基接觸，在終端區(qū)域作為金屬場(chǎng)板。

以下詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例。

基于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的研究，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對(duì)于溝槽柵肖特基二極管，正向?qū)〞r(shí)，mesa(平臺(tái))區(qū)域內(nèi)的整個(gè)體硅都參與電流的輸送，這個(gè)相鄰溝槽間的體硅區(qū)域可以形成jfet(junctionfield-effecttransistor)區(qū)。因此在該jfet區(qū)采用高濃度離子注入技術(shù)，可以顯著降低這一區(qū)域的導(dǎo)通電阻，進(jìn)而降低器件的導(dǎo)通壓降。

具體說：

步驟1，首先在半導(dǎo)體材料的外延層2上生長(zhǎng)一層500a左右的氧化層1(即第一氧化層)，作為離子注入的緩沖層，如圖3所示，半導(dǎo)體材料包括高摻雜的單晶襯底3(n+)和低摻雜的外延層2(n-)。

步驟2，在外延層2表面進(jìn)行離子注入，對(duì)于n型肖特基來說，離子源可以是ph3，ash3等，離子注入能量在30kev-120kev之間，離子注入劑量1011～1013cm-2之間。然后熱退火推結(jié)，如圖4所示，在低摻雜的外延層2上形成具有高斯分布的中摻雜n層5(即n型區(qū)域)，推結(jié)過程中同時(shí)生長(zhǎng)一層厚氧化層4(即第二氧化層)。其中，n型區(qū)域的摻雜濃度在n+層和n-層之間，也就是說，n-層的摻雜濃度最低。

步驟3，在所述半導(dǎo)體上進(jìn)行第一次溝槽結(jié)構(gòu)的光刻，以厚氧化層4作為刻蝕阻擋層，刻蝕出環(huán)狀規(guī)律排列的溝槽結(jié)構(gòu)如圖5所示，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)溝槽深度不一定要大于高摻雜n層5。例如，溝槽之間的間隔寬度相同，有源區(qū)域的各溝槽的寬度相同。

步驟4，在每個(gè)溝槽上生長(zhǎng)柵氧化層6，柵氧化層厚度由器件耐壓決定，然后進(jìn)行多晶硅淀積，反刻，形成如圖6所示，溝槽內(nèi)有反刻后余留的多晶硅層7。

步驟5，在半導(dǎo)體器件表面淀積鈍化層8，該鈍化層可以是氮化硅也可以是二氧化硅，然后孔光刻，刻蝕出終端區(qū)域11，如圖7所示，在有緣區(qū)域10上也有部分鈍化層8覆蓋。

步驟6，在所述半導(dǎo)體材料上濺射金屬層9，然后光刻、刻蝕，最后形貌如圖1所示，從而完成制造。

本發(fā)明實(shí)施例中方法，在晶圓溝槽刻蝕工藝前在表面先進(jìn)行一層離子注入。其中離子源可以是n型摻雜源ph3，ash3，也可以是p型摻雜源bf3，bcl3等，離子注入能量在30kev-120kev之間，離子注入劑量10¹¹～10¹³cm^-2之間。

也就是說，本發(fā)明實(shí)施例中方法主要是在芯片進(jìn)行離子注入，在外延層n-區(qū)表面形成一層具有高斯分布摻雜的中等摻雜的n型區(qū)域，這樣會(huì)顯著降低溝槽之間mesa區(qū)域的jfet電阻，進(jìn)而會(huì)降低器件的導(dǎo)通壓降。以100v溝槽柵肖特基二極管為例，離子注入劑量為10¹²cm^-2，注入能量80kev，通過器件仿真軟件仿真常規(guī)器件與本發(fā)明器件的電學(xué)特性，圖8是兩種器件的vf特性曲線對(duì)比，可以看出，相比于常規(guī)器件，本發(fā)明器件的導(dǎo)通電壓有很大改善。圖9是兩種器件的bv特性曲線對(duì)比，本發(fā)明器件的漏電與常規(guī)器件的漏電流基本相同。因而，本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件可以顯著改善器件的導(dǎo)通壓降并且對(duì)器件的其他特性影響較小。

本發(fā)明實(shí)施例提出的方法，相比常規(guī)溝槽柵肖特基二極管工藝，只需要增加一道離子注入工藝，工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明實(shí)施例提出的方法可以提高器件的可靠性能。結(jié)合圖例1的寬槽終端結(jié)構(gòu)11，終端結(jié)構(gòu)挖掉了有源區(qū)10中的離子注入增強(qiáng)區(qū)域5，可以實(shí)現(xiàn)器件終端耐壓大于元胞電壓，增強(qiáng)了器件的魯棒性。

雖然本申請(qǐng)描述了本發(fā)明的特定示例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明概念的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來本發(fā)明的變型。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的啟發(fā)下，在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上，還可以對(duì)本發(fā)明做出各種改進(jìn)，這仍落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。