具有溝槽型mos勢壘肖特基二極管的半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有溝槽型MOS勢壘肖特基二極管的半導(dǎo)體裝置(10)，其具有：第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積(12)，所述半導(dǎo)體體積(12)具有敷設(shè)有金屬層(14)的第一側(cè)(16)和在所述第一側(cè)(16)中延伸的并且至少部分地以金屬(14、14a)和/或以第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料(40；41)填充的至少一個槽溝(18)，其中，所述槽溝(18)具有至少一個壁區(qū)段(20)，所述至少一個壁區(qū)段至少局部地具有氧化物層(22)。根據(jù)本發(fā)明，位于所述槽溝(18)旁的、敷設(shè)有所述金屬層(14)的第一側(cè)(16)的至少一個區(qū)域(24)具有位于所述金屬層(14)和所述半導(dǎo)體體積(12)之間的、由所述第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料(26)制成的層。
【專利說明】
具有溝槽型MOS勢壘肖特基二極管的半導(dǎo)體裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的半導(dǎo)體裝置以及根據(jù)并列權(quán)利要求的方 法。由DE 10 2004 053 760 A1已知了這樣的半導(dǎo)體裝置以溝槽型(Trench)MOS勢皇肖特基 二極管為形式并且這樣的半導(dǎo)體裝置具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積 (Halbleitervolumen)，該半導(dǎo)體體積具有敷設(shè)有金屬層的第一側(cè)和在該第一側(cè)延伸并且 以摻雜的多晶硅填充的至少一個槽溝。此外，該槽溝在其壁部具有至少一個壁區(qū)段，該至少 一個壁區(qū)段具有氧化物層。
【背景技術(shù)】
[0002] 肖特基二極管通常具有金屬-半導(dǎo)體接觸部或硅化物-半導(dǎo)體接觸部。在肖特基二 極管中在導(dǎo)通運(yùn)行中不發(fā)生高注入并且因此省去了在關(guān)斷時少數(shù)載流子的清除 (Ausmumen) <?肖特基二極管相對快速地并且損失少地開關(guān)。在此，術(shù)語高注入表示以下 狀態(tài)，在該狀態(tài)中所注入的少數(shù)載流子的密度達(dá)到多數(shù)載流子的數(shù)量級。
[0003] 然而，肖特基二極管具有相對高的漏電流，尤其是在更高的溫度下、由于所謂的 "勢皇降低效應(yīng)"而具有強(qiáng)電壓相關(guān)性的情況下。此外，對于高的截止電壓來說通常需要厚 的且低摻雜的半導(dǎo)體層，這在高的電流時出現(xiàn)相對高的導(dǎo)通電壓。因此，硅技術(shù)中的功率型 肖特基二極管盡管好的開關(guān)行為但是不適合或者僅僅少數(shù)情況下適合于超過約100V的截 止電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置與開始時所提及的現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于權(quán)利要求1的區(qū) 別性特征并且因此其特征在于:敷設(shè)有金屬層的第一側(cè)的位于所述槽溝旁的至少一個區(qū)域 具有位于所述金屬層和所述半導(dǎo)體體積之間的、由第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料制成的 層。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置能夠有利地用于高電壓應(yīng)用，其中，所述半導(dǎo)體裝置同 時具有相對小的導(dǎo)通電壓、相對低的漏電流或截止電流以及相對小的開關(guān)損耗。此外，所述 半導(dǎo)體裝置在運(yùn)行中具有相對高的穩(wěn)健性。
[0006] 借助于所述氧化物層實(shí)現(xiàn)附加的勢皇-氧化物-結(jié)構(gòu)（溝槽型-M0S結(jié)構(gòu)）。此外，根 據(jù)本發(fā)明可以設(shè)置，替代P型摻雜的槽溝填充，使用金屬層。所述金屬層也能夠例如包括兩 個或者甚至更多個一一鑒于所述槽溝的深度疊置的一一優(yōu)選地不同的金屬層（"金屬層 級"）。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在此也稱作"TMBS-PN-P"。在此，"TMBS"表示在使用氧化 物層的情況下實(shí)施的溝槽型M0S勢皇肖特基二極管。此外，"PN"表示并聯(lián)電連接至所述TMBS 地起作用的PN二極管，并且"P"表示根據(jù)本發(fā)明位于金屬層和半導(dǎo)體體積之間的由第二導(dǎo) 電類型的第一半導(dǎo)體材料制成的層。在此P代表由P導(dǎo)電類型制成的層。在互補(bǔ)地結(jié)構(gòu)化的 構(gòu)型中所述層將會是一個"N"層。
[0008] 接下來，首先描述和PN二極管一起的溝槽型M0S勢皇二極管的特性，即首先在不考 慮根據(jù)本發(fā)明的由第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成的層的情況下。然而，所述描述基本上 也能夠適用于根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置如上面已經(jīng)闡述 的那樣部分地具有明顯更好的電特性。
[0009] 從電方面看，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置是M0S結(jié)構(gòu)（相應(yīng)于金屬層、氧化物層和半 導(dǎo)體體積）、肖特基二極管(在金屬層和半導(dǎo)體體積之間的肖特基-勢皇，其中，取決于相應(yīng) 的導(dǎo)電類型，金屬層例如作為陽極并且半導(dǎo)體體積作為陰極起作用)和PN二極管(如后續(xù)還 將闡述的那樣）的組合。在此，金屬層同時用作用于肖特基二極管的電極以及同樣地用作用 于PN二極管的電極，其中，所述電極例如總是為陽極。如此地選擇半導(dǎo)體體積的摻雜(其例 如實(shí)施為外延地構(gòu)建的層，例如為所謂的"n-外延層"），使得在以在導(dǎo)通方向中的高的電流 運(yùn)行時實(shí)現(xiàn)載流子到半導(dǎo)體體積的高注入。
[0010] 在TMBS-PN中電流沿導(dǎo)通方向首先僅僅流過肖特基二極管。隨著電流增加，導(dǎo)通電 流也越來越多地流過PN結(jié)。所述溝槽型M0S肖特基結(jié)構(gòu)與PN二極管的并聯(lián)連接保證:在導(dǎo)通 運(yùn)行時在較弱地?fù)诫s的區(qū)域中的載流子濃度比在肖特基二極管中的載流子高得多，但是比 在PiN二極管中的載流子明顯更低。由此實(shí)現(xiàn)在一方面導(dǎo)通電壓和另一方面開關(guān)損耗之間 的優(yōu)化。
[0011]附加地，所述TMBS-PN由于借助于PN二極管實(shí)現(xiàn)的所謂的"箝位功能 (Klammerfunktion)"提供高的穩(wěn)健性。優(yōu)選地，如此實(shí)施所述PN二極管的擊穿電壓，使得其 比肖特基二極管的擊穿電壓更低并且比M0S結(jié)構(gòu)的擊穿電壓更低。在此，優(yōu)選地如此實(shí)施根 據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，使得所述半導(dǎo)體裝置可以在擊穿時以相對高的電流來運(yùn)行。
[0012]此外，優(yōu)選地如此實(shí)施所述TMBS-PN，使得在半導(dǎo)體體積（"n-外延層"）和第二導(dǎo)電 類型的第二半導(dǎo)體材料(在槽溝的底部處)之間不能夠發(fā)生所謂的"電荷補(bǔ)償"，并且同樣實(shí) 現(xiàn)在槽溝的底部的電"擊穿"。然后，在擊穿運(yùn)行中電流僅僅流過PN結(jié)而不流過所述M0S結(jié)構(gòu) 的逆反層（Inversionsschicht) 〇
[0013] 因此，所述TMBS-PN擁有與PN二極管相似的穩(wěn)健性。此外，在TMBS-PN中不必?fù)?dān)心注 入所謂的"熱"載流子，因?yàn)樵趽舸r高的場強(qiáng)不位于所述M0S結(jié)構(gòu)的附近。因此，作為齊納 二極管的所述TMBS-PN尤其適合于在機(jī)動車的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0014]另一方面，盡管用于屏蔽肖特基效應(yīng)的溝槽型結(jié)構(gòu)，但是肖特基二極管的特性在 TMBS-PN中部分地繼續(xù)存在。此外，漏電流或截止電流，尤其是在高的溫度的情況下，明顯高 于PiN二極管的漏電流或者截止電流（"PiN"表示具有布置在p型摻雜和n型摻雜區(qū)域之間的 本征導(dǎo)電區(qū)域的PN二極管，所述本征導(dǎo)電區(qū)域是未經(jīng)摻雜的或者僅僅經(jīng)弱摻雜的）。
[0015]接下來，現(xiàn)在描述溝槽型M0S勢皇肖特基二極管的連同PN二極管的連同根據(jù)本發(fā) 明的由第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料制成的在此稱作"TMBS-PN-P"的層的特性。
[0016]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)硅溝槽型技術(shù)中的（或者由其他半導(dǎo)體材料制成的）新型的高截 止的功率二極管，TMBS-PN-P，其相較于常規(guī)的PiN功率二極管在更低的導(dǎo)通電壓時具有明 顯更小的關(guān)斷損耗，并且相較于TMBS-PN在近乎相等的導(dǎo)通電壓和關(guān)斷損耗時具有明顯更 低的截止電流。
[0017]此外，位于金屬層和半導(dǎo)體體積之間的、由直接在肖特基-接觸部下方的第二導(dǎo)電 類型的第一半導(dǎo)體材料（目前也稱作"薄P層"）制成的層能夠?qū)崿F(xiàn)所述肖特基-接觸部的附 加屏蔽。由此能夠明顯地減小截止電流，尤其是在高的溫度下，而無需提高導(dǎo)通電壓和/或 開關(guān)損耗。
[0018]本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中給出。有利的構(gòu)型還在后續(xù)的說明書 和附圖中可見，其中，這些特征可以不僅單獨(dú)地而且以不同的組合地有利，而無需再次對其 進(jìn)行明示。
[0019]優(yōu)選地，如前所述那樣，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有這樣的半導(dǎo)體體積:所述半 導(dǎo)體體積具有至少兩個槽溝。特別地，當(dāng)所述至少兩個槽溝相對緊密地彼此相鄰地布置時 能夠產(chǎn)生有利的作用，所述作用進(jìn)一步改善半導(dǎo)體裝置的特性。
[0020] 優(yōu)選地，所述至少兩個槽溝以條形即伸展地實(shí)施。也優(yōu)選的是，所述至少兩個槽溝 基本上平行地彼此相鄰地布置并且具有相對小的相互間距。替代地，槽溝也能夠以集中的 形式（"島狀"）實(shí)施，例如圓形或者六角形。
[0021] 至少兩個槽溝的相鄰布置的優(yōu)點(diǎn)在于截止電流的減小。在截止方向上既在M0S結(jié) 構(gòu)中也在肖特基二極管以及PN二極管中形成空間電荷區(qū)。所述空間電荷區(qū)隨著截止電壓的 增加而延展并且在小于所述TMBS-PN的擊穿電壓的電壓的情況下在相鄰槽溝之間的區(qū)域的 中心處發(fā)生碰撞。由此屏蔽為高的截止電流負(fù)責(zé)的肖特基效應(yīng)并且減小了截止電流。
[0022] 所述屏蔽效應(yīng)強(qiáng)烈地取決于結(jié)構(gòu)參數(shù)。所述結(jié)構(gòu)參數(shù)尤其涉及相應(yīng)槽溝的敷設(shè)有 氧化物層的壁區(qū)段的深度以及在槽溝之間的凈間距、相應(yīng)槽溝的寬度或者表征所述PN二極 管的體積的寬度、表征PN二極管的體積的深度尺度(例如具有p型摻雜的半導(dǎo)體材料一一"p 槽"的或者具有多晶半導(dǎo)體材料的槽溝區(qū)段的深度尺度）以及氧化物層的層厚度。在槽溝之 間的所謂的"臺面區(qū)域(Mesa-Bereich)"中的空間電荷區(qū)的延展是準(zhǔn)一維的，只要所述槽溝 的深度明顯地大于槽溝之間的間距。因此，相較于常規(guī)的具有擴(kuò)散的P槽的肖特基二極管 (JBS，英文為"junction barrier schottky diode"：結(jié)型勢皇肖特基二極管），在TMBS-PN 中對于肖特基效應(yīng)的屏蔽作用顯然更有效。
[0023] 在半導(dǎo)體裝置的一個構(gòu)型中，以第二半導(dǎo)體材料來填充至少一個槽溝的底部的至 少一個區(qū)域，其中，第二半導(dǎo)體材料是第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料。由此能夠?qū)崿F(xiàn)在半導(dǎo)體 裝置中集成的PN二極管，其具有上述的優(yōu)點(diǎn)。
[0024] 對此補(bǔ)充地或者替代地能夠設(shè)置，至少一個槽溝的底部的區(qū)域借助于離子注入而 轉(zhuǎn)換成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體材料。由此同樣能夠?qū)崿F(xiàn)PN結(jié)或所述PN二極管。
[0025]此外能夠設(shè)置，所述半導(dǎo)體體積的與敷設(shè)有所述金屬層的第一側(cè)背離地相對置的 第二側(cè)敷設(shè)有導(dǎo)電的接觸材料，其中，所述半導(dǎo)體體積的與所述接觸材料鄰接的部分體積 比所述第一導(dǎo)電類型的其余的半導(dǎo)體體積更強(qiáng)地?fù)诫s。特別地，所述部分體積如其由現(xiàn)有 技術(shù)以相似的方式已知的那樣是所謂的"n+襯底"（在半導(dǎo)體裝置的逆反摻雜的情況下為"p +襯底"）。在此，上述的金屬層能夠用作第一電極（陽極電極)并且所述接觸材料(其優(yōu)選地 同樣被構(gòu)造為金屬或被構(gòu)造為金屬層）用作第二電極（陰極電極）。由此總體上描述了用于 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的特別合適的結(jié)構(gòu)。
[0026]優(yōu)選地，如此地實(shí)施半導(dǎo)體裝置，使得所述金屬層逐區(qū)段地或者通過所述氧化物 層或者通過由所述第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料制成的層或者通過所述第二導(dǎo)電類型 的第二半導(dǎo)體材料與所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積分離。這尤其意味著金屬層和半導(dǎo)體 體積不直接彼此鄰接，由此得出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的有利的特性。
[0027] 此外能夠設(shè)置:第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料具有在10納米至500納米的范圍 內(nèi)的層厚度。此外能夠設(shè)置:第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料的摻雜濃度為在每立方厘米 1〇 16個原子至每立方厘米1〇17個原子的范圍中。這樣的薄層，尤其是結(jié)合所給定的摻雜濃 度，特別適合用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的二極管的相對小的截止電流、相對小的導(dǎo)通電壓和相 對小的開關(guān)損耗。
[0028] 在所述半導(dǎo)體裝置的另一個構(gòu)型中，至少一個槽溝的深度為1M1至4M1，優(yōu)選地為 約2wii，g卩1.5m至2.5WI1。示例性地，為了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的二極管，以所述尺寸給出了特別 適合于機(jī)動車中的整流裝置的大小。但是所述應(yīng)用并不限于典型的車載電壓。例如，借助于 所給定的尺寸能夠使得根據(jù)本發(fā)明的二極管的截止電壓達(dá)到約600伏特。當(dāng)槽溝的深度與 相應(yīng)兩個槽溝之間的凈間距的比例大于或等于約2,即尤其是1.5至2.5時能夠得出所述半 導(dǎo)體裝置的另一個有利的尺寸。
[0029] 在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的第一變型方案中設(shè)置:第一導(dǎo)電類型如其具有n型 摻雜半導(dǎo)體材料那樣為n導(dǎo)電性并且第二導(dǎo)電類型如其具有p型摻雜半導(dǎo)體材料那樣為p導(dǎo) 電性。在第二替代性變型方案中設(shè)置:第一導(dǎo)電類型為P導(dǎo)電性并且第二導(dǎo)電類型為n導(dǎo)電 性。相應(yīng)地，陽極和陰極的功能互換。因此，所述半導(dǎo)體裝置在原則上適合于半導(dǎo)體材料的 兩個相互補(bǔ)充的構(gòu)型。
[0030] 此外，本發(fā)明包括用于制造具有溝槽型M0S勢皇肖特基二極管(TMBS)的半導(dǎo)體裝 置的方法，其特征在于以下步驟：
[0031 ]產(chǎn)生第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體體積（"部分體積"），所述第一半導(dǎo)體體積相對強(qiáng) 地?fù)诫s;這例如借助于外延方法和與之并行地進(jìn)行的或者隨后進(jìn)行的摻雜來實(shí)現(xiàn)；
[0032] 產(chǎn)生與此連接的、同樣導(dǎo)電類型但較低摻雜濃度的第二半導(dǎo)體體積;這例如借助 于外延方法來實(shí)現(xiàn);對此替代地，能夠首先以相對弱地?fù)诫s來產(chǎn)生第二半導(dǎo)體體積并且隨 后將其部分體積更強(qiáng)地?fù)诫s，從而使得在所述部分體積中得到第一半導(dǎo)體體積，所述第一 半導(dǎo)體體積相對強(qiáng)地?fù)诫s；
[0033] 在半導(dǎo)體體積中蝕刻至少一個槽溝；
[0034] 在所述槽溝的至少一個壁區(qū)段處產(chǎn)生氧化物層；
[0035] 去除所述氧化物層的至少一個區(qū)段，優(yōu)選地在槽溝的底部的區(qū)域中；
[0036]優(yōu)選地在槽溝的底部的區(qū)域中在使用第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料并且以提高第 二導(dǎo)電類型的導(dǎo)電性的摻雜物來摻雜所述半導(dǎo)體體積的情況下產(chǎn)生第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體體積；
[0037]以金屬或者優(yōu)選地以第二導(dǎo)電類型的多晶半導(dǎo)體材料來填充至少一個槽溝的剩 余體積的至少一部分；
[0038]在半導(dǎo)體體積的與相對強(qiáng)地?fù)诫s的第一部分體積背離地相對置的一側(cè)上的第一 導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積上產(chǎn)生由第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成的層；
[0039]在由第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成的層以及在填充槽溝的剩余體積的至少一 部分的金屬或者多晶半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生金屬層；
[0040] 在所述半導(dǎo)體體積的參照金屬層背離地相對置的一側(cè)處產(chǎn)生導(dǎo)電的接觸材料，尤 其是金屬或金屬層。
[0041] 實(shí)施補(bǔ)充的制造步驟，例如所述半導(dǎo)體裝置的鍵合和/或封裝和/或接觸。
[0042] 應(yīng)當(dāng)理解:根據(jù)本發(fā)明的方法也能夠以對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言已知的相對輕微 的修改來實(shí)施。例如可以考慮，僅僅在槽溝的壁區(qū)段的預(yù)給定的區(qū)域中產(chǎn)生氧化物層，從而 使得不必后來再次部分地去除所述氧化物層。
[0043] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置至少部分地借助于外延方法和/或借助于蝕刻 方法和/或借助于離子注入方法來制造。由此描述了用于制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的 有利的可能性。
[0044] 此外，本發(fā)明并不限于硅半導(dǎo)體材料，而是能夠補(bǔ)充地或者替代地包括另外的半 導(dǎo)體材料，即尤其是硅材料和/或硅碳材料和/或硅鍺材料和/或砷化鎵材料。
[0045]此外，替代槽溝的壁區(qū)段處的硅氧化物層地，能夠布置由其他的介電質(zhì)(例如氮化 硅、氧化鋁、氧化鉿)或者不同介電層的另外的組合構(gòu)成的薄層。
【附圖說明】
[0046]接下來將參照附圖來闡述本發(fā)明的示例性的實(shí)施方式。在附圖中示出：
[0047]圖1:具有溝槽型M0S勢皇肖特基二極管和集成PN二極管的半導(dǎo)體裝置的第一實(shí)施 方式的經(jīng)簡化的剖視圖；
[0048]圖2:具有溝槽型M0S勢皇肖特基二極管和集成PN二極管的半導(dǎo)體裝置的第二實(shí)施 方式的經(jīng)簡化的剖視圖；
[0049]圖3:用于制造所述半導(dǎo)體裝置的方法的流程圖。
[0050] 對于在所有的附圖中以及在不同的實(shí)施方式中對于功能上等同的元件和參量使 用相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 圖1示出具有溝槽型M0S勢皇肖特基二極管的半導(dǎo)體裝置10的第一實(shí)施方式，所述 半導(dǎo)體裝置具有:第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積12,所述半導(dǎo)體體積12具有敷設(shè)有金屬層14 (在圖1的上部）的第一側(cè)16和在所述第一側(cè)16延伸并且至少部分地以金屬14a(在此，所述 金屬14a分別相應(yīng)于金屬層14的區(qū)段)和/或以半導(dǎo)體材料40或41(參見圖2)填充的至少一 個槽溝18。如在圖1中看出的那樣，所述半導(dǎo)體體積12在此具有兩個這樣的槽溝18。這兩個 槽溝18分別具有寬度44。
[0052]在此，至少一個槽溝18的深度42為約2wii(微米）。在所述半導(dǎo)體裝置10的替代性的 實(shí)施方式中，深度42為lMi至約4mi。此外，槽溝18的深度42與在相應(yīng)兩個槽溝18之間的凈間 距46的比例大于等于約2。在半導(dǎo)體裝置10的一種替代性的實(shí)施方式中，所述比例也能夠小 于2。
[0053]槽溝18的（側(cè)面的）壁區(qū)段20至少局部地具有氧化物層22。在此，通過層厚度50和 深度尺度52來描述所述氧化物層22的特征。借助于所述氧化物層22實(shí)現(xiàn)附加的勢皇-氧化 物-結(jié)構(gòu)(溝槽型-M0S結(jié)構(gòu)）。
[0054]根據(jù)本發(fā)明，敷設(shè)有金屬層14的第一側(cè)16的位于槽溝18旁的區(qū)域24具有位于金屬 層14和半導(dǎo)體體積12之間的、由第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料26制成的層。由此對于借 助于所述半導(dǎo)體裝置10實(shí)現(xiàn)的溝槽型M0S勢皇肖特基二極管得出多個優(yōu)點(diǎn)，尤其是相對小 的導(dǎo)通電壓、相對低的漏電流或截止電流、相對小的開關(guān)損耗以及相對高的穩(wěn)健性。因此， 所述半導(dǎo)體裝置10例如也能夠用于高電壓應(yīng)用。
[0055] 取決于所述半導(dǎo)體裝置10的相應(yīng)的實(shí)施方式，所述第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材 料26具有約10納米至約500納米的層厚度27。例如，所述層厚度27為約70納米。優(yōu)選地，第二 導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料26的摻雜濃度(例如具有摻雜濃度"Np_"）在此為約每立方厘米 體積10 16個原子至每立方厘米體積約1017個原子。
[0056] 半導(dǎo)體體積12的、與敷設(shè)有金屬層14的第一側(cè)16背離地相對置的第二側(cè)30敷設(shè)有 導(dǎo)電的接觸材料28。在此，所述半導(dǎo)體體積12的與接觸材料28鄰接的部分體積34比第一導(dǎo) 電類型的其余半導(dǎo)體體積12更強(qiáng)地?fù)诫s。所述部分體積34例如是所謂的"n+襯底"。優(yōu)選地， 導(dǎo)電的接觸材料28是金屬。
[0057]示例性地，根據(jù)本發(fā)明能夠設(shè)置:第一導(dǎo)電類型相應(yīng)于n型摻雜的半導(dǎo)體材料并且 第二導(dǎo)電類型相應(yīng)于P型摻雜的半導(dǎo)體材料。在此，金屬層14為肖特基-接觸部的一部分并 且在所述第一種情況下用作陽極電極。相應(yīng)地，所述接觸材料28形成所屬的陰極電極。 [0058]替代地，根據(jù)本發(fā)明能夠設(shè)置:第一導(dǎo)電類型相應(yīng)于p型摻雜的半導(dǎo)體材料并且第 二導(dǎo)電類型相應(yīng)于n型摻雜的半導(dǎo)體材料。在這種替代方案中，陽極和陰極的功能相對于所 描述的第一種情況互換。
[0059] 根據(jù)所述半導(dǎo)體裝置10的第一變型方案或者根據(jù)第一制造方法，相應(yīng)槽溝18的底 部38的相應(yīng)區(qū)域36以第二半導(dǎo)體材料40相應(yīng)于深度尺度48地填充。在此，第二半導(dǎo)體材料 40為第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料。
[0060] 在此，在金屬層14和第二半導(dǎo)體材料40之間產(chǎn)生歐姆接觸部，并且在第二半導(dǎo)體 材料40和半導(dǎo)體體積12之間產(chǎn)生PN結(jié)，即PN二極管。所述PN二極管與借助于金屬層14和半 導(dǎo)體體積12形成的溝槽型M0S勢皇肖特基二極管并聯(lián)地電連接。在此，所述區(qū)域36也稱作 "槽"，尤其稱作"P槽"。在此，所述半導(dǎo)體裝置10或所述PN二極管優(yōu)選地如此實(shí)施，使得在所 述槽溝18的底部38處實(shí)現(xiàn)電"擊穿"。第二半導(dǎo)體材料40(優(yōu)選地在相應(yīng)的槽溝18之下)借助 于離子注入轉(zhuǎn)換成第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體材料40。
[0061] 根據(jù)所述半導(dǎo)體裝置10的第二變型方案或者根據(jù)第二制造方法，所述第二半導(dǎo)體 材料40為多晶半導(dǎo)體材料。
[0062] 替代地，這能夠借助于利用化學(xué)的三價(或五價)元素的敷設(shè)和接下來的到半導(dǎo)體 體積12中的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)。例如，這能夠例如借助于化學(xué)元素硼來實(shí)現(xiàn)。替代地，也能夠?qū)崿F(xiàn) 所謂的"氣相敷設(shè)"。在此，同樣在半導(dǎo)體體積12中在底部38的區(qū)域中構(gòu)造 PN二極管，所述PN 二極管同樣與借助于金屬層14構(gòu)成的溝槽型M0S勢皇肖特基二極管并聯(lián)地電連接。
[0063]對于肖特基二極管和電并聯(lián)的PN二極管來說，金屬層14用作電極，例如用作共同 的陽極。此外，在圖1中能夠看出在金屬層14或金屬14a和第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積12之 間的相應(yīng)的邊界區(qū)域逐區(qū)段地包括或者氧化物層22或由第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料 26制成的層或者第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體材料40。
[0064]圖2示出具有溝槽型M0S勢皇肖特基二極管和借助于第二半導(dǎo)體材料40實(shí)施的集 成PN二極管的半導(dǎo)體裝置10的第二實(shí)施方式。與圖1的第一實(shí)施方式的區(qū)別在于，在圖2的 第二實(shí)施方式中在相應(yīng)的槽溝18中由氧化物層22限界的體積以第二導(dǎo)電類型的多晶半導(dǎo) 體材料41填充。在所述半導(dǎo)體材料41的在附圖中在上方的區(qū)段處布置有金屬層14,其中，形 成導(dǎo)電連接部(歐姆接觸部）。
[0065] 在圖2的實(shí)施方式中，金屬層14基本上與氧化物層22分離。由此能夠得到對于根據(jù) 本發(fā)明的溝槽型M0S勢皇肖特基二極管的壽命而言的優(yōu)點(diǎn)。
[0066] 在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置10的邊緣區(qū)域中，不僅圖1的實(shí)施方式而且圖2的實(shí)施 方式還能夠分別具有用于減小邊緣場強(qiáng)的附加結(jié)構(gòu)。這能夠?yàn)槔绲蛽诫s的區(qū)域、例如低 摻雜的P區(qū)域、場板(Feldplatte)或者相似的與現(xiàn)有技術(shù)相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
[0067]如由圖1和圖2同樣能夠看出的那樣，相對薄的第一半導(dǎo)體材料26分別直接布置在 金屬層14和第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積12之間。由此不是得到如在傳統(tǒng)TMBS-PN中的簡單 的肖特基-接觸部，而是得到"肖特基_接觸系統(tǒng)"。
[0068] 對于另外的功能性方面的接下來的描述，為了簡單起見假定第一導(dǎo)電類型為相應(yīng) 的n型摻雜并且第二導(dǎo)電類型為相應(yīng)的p型摻雜。如前所述，相應(yīng)的摻雜能夠替代地或者逆 反地實(shí)施。這一點(diǎn)也適用于迄今參照圖1和圖2描述的實(shí)施例。
[0069] 注意:在此通常以單數(shù)來提及"薄p層"，以便表明：在相應(yīng)的電流路徑中僅僅恰好 一個這樣的薄P層通過電流。在此應(yīng)當(dāng)理解:根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置10,尤其以多個槽溝 18為條件，優(yōu)選具有多個這樣薄p層(并聯(lián)的），多個薄p層也通過一個槽溝18或通過多個槽 溝18相互分離。
[0070] 示例1:如果相對厚地實(shí)施并且相對強(qiáng)地?fù)诫s所提及的由第二導(dǎo)電類型的第一半 導(dǎo)體材料26制成的薄p層，則近乎完全屏蔽所述肖特基-接觸部。在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝 置10( "芯片"）的第一側(cè)16( "前側(cè)"）上的金屬層14與薄p層形成歐姆接觸部。所得到的、相疊 布置的層的序列一一即上面的金屬層14、薄p層(半導(dǎo)體材料26)、n-外延層(半導(dǎo)體體積12) 和n+襯底(部分體積34)-一和PiN二極管作用相似。在此，在所述示例中雖然得到相對低的 截止電流，但是在小的電流密度的情況下也得到相對高的導(dǎo)通電壓，以及相對高的開關(guān)損 耗。
[0071 ]示例2:然而，如果特別薄地實(shí)施并且足夠弱地?fù)诫s薄p層，則用于肖特基-接觸部 的薄P層幾乎完全透明。在半導(dǎo)體裝置10的第一側(cè)16( "前側(cè)"）上的金屬層14與層序列"金屬 層14/薄p層(半導(dǎo)體材料26)/n-外延層(半導(dǎo)體體積12)"形成肖特基-接觸部。在此，所述層 序列"金屬層14/薄p層(半導(dǎo)體材料26 )/n-外延層(半導(dǎo)體體積12)和n+襯底(部分體積34)" 與肖特基二極管可比較地起作用。在此得到相對高的截止電流、在高的電流密度的情況下 相對高的導(dǎo)通電壓，和相對小的開關(guān)損耗。
[0072] 在此，如果所述薄p層對于少數(shù)載流子、在當(dāng)前的p發(fā)射極的情況下對于電子而言 是可穿透的，則所述薄P層被稱為透明的。為此，一方面通過摻雜濃度和層厚度27確定的、包 括所述薄P層在內(nèi)的肖特基-接觸系統(tǒng)的勢皇必須足夠低和薄，以便使得肖特基-接觸部的 電子能夠注入半導(dǎo)體材料26中或半導(dǎo)體體積12(例如硅）中。另一方面，近乎不允許少數(shù)載 流子（電子)在其路徑上通過所述薄P層重新組合，這意味著所述電子的迀移時間必須遠(yuǎn)小 于其少數(shù)載流子壽命。
[0073] 示例3:如果所述薄p層的厚度和摻雜濃度能夠以合適的（根據(jù)本發(fā)明）方式設(shè)計(jì)， 則能夠預(yù)給定或者優(yōu)化重要的特征參量例如在高的電流密度時的導(dǎo)通電壓、截止電流和開 關(guān)損耗。在這種情況下層序列"金屬層14/薄p層（半導(dǎo)體材料26)/n-外延層（半導(dǎo)體體積 12)/n+襯底(部分體積34)"如具有部分透明的p層的肖特基二極管那樣起作用。用于所述p 層的優(yōu)化參數(shù)為其層厚度27以及其摻雜濃度"Np_"。
[0074] 特別地，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn):通過直接在肖特基-接觸部下方產(chǎn)生薄p層來明顯減小 尤其是在高的溫度時的截止電流，而同時對導(dǎo)通電壓和開關(guān)損耗不具有顯著影響。也就是 說：一方面所述P層優(yōu)選地應(yīng)如此薄并且如此弱地?fù)诫s，使得在導(dǎo)通運(yùn)行中幾乎不發(fā)生P層 的空穴注入或者僅僅發(fā)生P層的低的空穴注入并且因此使得載流子分布基本上相應(yīng)于 TSBS-PN。另一方面意味著:薄p層應(yīng)相對厚地實(shí)施并且相對強(qiáng)地?fù)诫s，以便在截止方向上至 少部分地屏蔽所述肖特基-接觸部。因此，視應(yīng)用要求而定地，所述P層如前述已經(jīng)描述的那 樣實(shí)施成具有在10納米至500納米范圍內(nèi)的厚度并且具有在10 16至1017每立方厘米體積范 圍內(nèi)的摻雜濃度。
[0075] 概括地說，接下來將列舉或重復(fù)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0076] (a)相較于常規(guī)高電壓-肖特基二極管：
[0077] -在高電流密度的區(qū)域中能夠?qū)崿F(xiàn)特別低的導(dǎo)通電壓，因?yàn)橥ㄟ^集成PN二極管的 高注入顯著提高了弱摻雜的區(qū)域的導(dǎo)電性。
[0078] -相對低的漏電流，通過借助于溝槽型結(jié)構(gòu)結(jié)合直接在肖特基-接觸部下方的薄p 層來屏蔽肖特基效應(yīng)。此外，由于所述PN二極管的箝位功能產(chǎn)生相對高的穩(wěn)健性。
[0079] (b)相較于常規(guī)高電壓PiN二極管：
[0080]-直至高的電流密度的相對低的導(dǎo)通電壓，借助于肖特基-接觸部的合適的勢皇高 度結(jié)合在高電流密度的情況下的高注入。
[0081 ]-相對小的關(guān)斷損耗，因?yàn)樵趯?dǎo)通運(yùn)行時通過所述肖特基-接觸系統(tǒng)（肖特基-接觸 部結(jié)合直接在肖特基-接觸部下方的薄P層)在弱摻雜的區(qū)域中注入并且存儲較少的載流 子。
[0082] (c)相較于現(xiàn)有技術(shù)中的另一個解決方案(所謂的"7令-SBD"二極管）：
[0083]-在高的電流密度時通過更強(qiáng)的高注入實(shí)現(xiàn)更低的導(dǎo)通電壓。通過有效地屏蔽肖 特基-效應(yīng)實(shí)現(xiàn)更低的漏電流。
[0084] (d)相較于無直接在肖特基-接觸部下方的薄p層的常規(guī)TSBS-PN:
[0085] -在高的電流密度和近乎相等的關(guān)斷損耗時實(shí)現(xiàn)在近乎相等的導(dǎo)通電壓時的特別 低的漏電流。
[0086] 圖3示出用于制造具有溝槽型M0S勢皇肖特基二極管的半導(dǎo)體裝置10的方法的流 程圖，其特征在于以下步驟：
[0087] 在第一方法步驟100中實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積12的產(chǎn)生，其中，所述半導(dǎo) 體體積12的部分體積34相對強(qiáng)地?fù)诫s(步驟100:產(chǎn)生半導(dǎo)體體積12)。
[0088] 在下一個方法步驟102中實(shí)現(xiàn):在半導(dǎo)體體積12中實(shí)現(xiàn)至少一個槽溝18的蝕刻。在 此，槽溝18能夠例如如此制造，使得所述槽溝具有在橫截面中矩形的形狀或者具有帶有圓 形底部的矩形形狀，即U形(步驟102:蝕刻至少一個槽溝18)。
[0089] 在下一個方法步驟104中，在槽溝18的至少一個壁區(qū)段20處實(shí)現(xiàn)氧化物層22的產(chǎn) 生(步驟104:產(chǎn)生氧化物層22)。
[0090] 在下一個方法步驟106中實(shí)現(xiàn)氧化物層22的至少一個區(qū)段的去除，優(yōu)選地在槽溝 18的底部38的區(qū)域中（步驟106:去除氧化物層22的至少一個區(qū)段）。
[0091] 在下一個方法步驟108中實(shí)現(xiàn):在使用提高所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)電性的摻雜物 并且以提高第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)電性的摻雜物來摻雜半導(dǎo)體體積12的情況下產(chǎn)生第二導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體體積12,優(yōu)選地在底部38的區(qū)域中（步驟108:產(chǎn)生半導(dǎo)體體積12)。
[0092] 在下一個方法步驟110中實(shí)現(xiàn)：以金屬（即例如以金屬層14的區(qū)段)或者第二導(dǎo)電 類型的多晶半導(dǎo)體材料41來填充至少一個槽溝18的剩余的體積的至少一部分(填充至少一 個槽溝18的剩余體積的一部分）；
[0093] 在下一個方法步驟112中實(shí)現(xiàn):在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積12上在半導(dǎo)體體積 12的與導(dǎo)電的接觸材料28背離地相對置的第二側(cè)30上產(chǎn)生由第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料 26制成的層(步驟112:在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積12上產(chǎn)生由第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材 料26制成的層）。
[0094] 在下一個方法步驟114中實(shí)現(xiàn):在由第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料26制成的層上以 及在填充槽溝18的剩余體積的至少一部分的金屬14a或者第二導(dǎo)電類型的多晶半導(dǎo)體材料 41上產(chǎn)生金屬層14(步驟114:產(chǎn)生金屬層14)。
[0095] 在下一個方法步驟116中實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的接觸材料28的產(chǎn)生，尤其是作為金屬層，并且 (可選地)實(shí)施補(bǔ)充的制造步驟，例如所述半導(dǎo)體裝置10的鍵合和/或封裝和/或接觸。例如， 所述半導(dǎo)體裝置10能夠在電極或構(gòu)件接觸部處具有可焊接的金屬化部。根據(jù)本發(fā)明，具有 壓入殼體的實(shí)施方式也是可能的（步驟116:實(shí)施補(bǔ)充的制造步驟，例如半導(dǎo)體裝置10的鍵 合和/或封裝和/或接觸）。
[0096] 優(yōu)選地，借助于圖3所描述的方法至少部分地借助于外延方法和/或借助于蝕刻方 法和/或借助于擴(kuò)散方法和/或借助于離子注入方法來實(shí)施。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有溝槽型MOS勢皇肖特基二極管的半導(dǎo)體裝置（10)，其具有:第一導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體體積（12)，所述半導(dǎo)體體積（12)具有敷設(shè)有金屬層（14)的第一側(cè)（16)和在所述第一 側(cè)（16)中延伸的并且至少部分地以金屬（14、14a)和/或以第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料(40; 41)填充的至少一個槽溝（18)，其中，所述槽溝（18)具有至少一個壁區(qū)段(20)，所述至少一 個壁區(qū)段至少局部地具有氧化物層(22)，其特征在于，位于所述槽溝（18)旁的、敷設(shè)有所述 金屬層（14)的第一側(cè)（16)的至少一個區(qū)域(24)具有位于所述金屬層（14)和所述半導(dǎo)體體 積(12)之間的、由所述第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料(26)制成的層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述半導(dǎo)體體積（12)具有至少兩個槽 溝（18)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述至少一個槽溝（18)的底部 (38)的至少一個區(qū)域(36)以第二半導(dǎo)體材料(40)填充，其中，所述第二半導(dǎo)體材料(40)是 所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料。4. 根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述至少一個槽溝 (18)的底部(38)的區(qū)域(36)借助于離子注入而轉(zhuǎn)換成所述第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體材 料(40) 〇5. 根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述半導(dǎo)體體積（12) 的與敷設(shè)有所述金屬層（14)的第一側(cè)（16)背離地相對置的第二側(cè)(30)敷設(shè)有導(dǎo)電的接觸 材料(28)，其中，所述半導(dǎo)體體積（12)的與所述接觸材料(28)鄰接的部分體積(34)比所述 第一導(dǎo)電類型的其余的半導(dǎo)體體積(12)更強(qiáng)地?fù)诫s。6. 根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述金屬層（14)逐區(qū) 段地或者通過所述氧化物層（22)或者通過由所述第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體材料(26)制 成的層或者通過所述第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體材料(40)與所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 體積(12)分離。7. 根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述第二導(dǎo)電類型的 第一半導(dǎo)體材料(26)具有在約10納米至約500納米的層厚度(27)。8. 根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述第二導(dǎo)電類型的 第一半導(dǎo)體材料(26)的摻雜濃度為每立方厘米體積約IO 16個原子至每立方厘米體積約IO17 個原子。9. 根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述至少一個槽溝 (18)的深度(42)為]^111(微米)至4以111，優(yōu)選地為約2以1]1。10. 根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置（10)，其中，所述槽溝（18)的深度 與在相應(yīng)兩個槽溝（18)之間的凈間距(46)的比例為大于等于約2。11. 根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置(10)，其中，所述第一導(dǎo)電類型相 應(yīng)于η型摻雜的半導(dǎo)體材料并且所述第二導(dǎo)電類型相應(yīng)于p型摻雜的半導(dǎo)體材料，或者其 中，所述第一導(dǎo)電類型相應(yīng)于P型摻雜的半導(dǎo)體材料并且所述第二導(dǎo)電類型相應(yīng)于η型摻雜 的半導(dǎo)體材料。12. -種用于制造具有溝槽型MOS勢皇肖特基二極管的半導(dǎo)體裝置（10)的方法，其特征 在于以下步驟： 產(chǎn)生第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積（12)，其中，所述半導(dǎo)體體積（12)的部分體積(34)相 對強(qiáng)地慘雜； 在所述半導(dǎo)體體積(12)中蝕刻至少一個槽溝（18); 在所述槽溝（18)的至少一個壁區(qū)段(20)處產(chǎn)生氧化物層(22); 去除所述氧化物層（22)的至少一個區(qū)段，優(yōu)選地在所述槽溝（18)的底部（38)的區(qū)域 (36)中； 優(yōu)選地在所述底部（38)的區(qū)域(36)中在使用提高所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)電性的摻雜 物并且以提高所述第二導(dǎo)電類型的導(dǎo)電性的摻雜物來摻雜所述半導(dǎo)體體積（12)的情況下 產(chǎn)生所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積(12); 以金屬（Ha)或者所述第二導(dǎo)電類型的多晶半導(dǎo)體材料(41)填充所述至少一個槽溝 (18)的剩余體積的至少一部分； 在所述半導(dǎo)體體積（12)的與所述導(dǎo)電的接觸材料(28)背離的一側(cè)（16)上的所述第一 導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體體積(12)上產(chǎn)生由第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料(26)制成的層； 在由所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料(26)制成的層上以及在填充所述槽溝（18)的剩 余體積的至少一部分的金屬(Ha)或者多晶半導(dǎo)體材料(41)上產(chǎn)生金屬層(14); 在所述半導(dǎo)體體積(12)的部分體積(34)處產(chǎn)生導(dǎo)電的接觸材料(28)，尤其是金屬層； 實(shí)施補(bǔ)充的制造步驟，如所述半導(dǎo)體裝置(10)的鍵合和/或封裝和/或接觸。
【文檔編號】H01L21/329GK105957864SQ201610130291
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月8日
【發(fā)明人】N·曲, A·格拉赫
【申請人】羅伯特·博世有限公司