[发明专利]一种超势垒整流器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及功率半导体整流器，更确切地说，是设计一种超势垒整流器及提供制备超势垒整流器的优化方法。

背景技术

广泛应用在电源和功率转换器中的功率半导体整流器有多种，常见的例如肖特基二极管（Schottky Barrier Diode），具有导通电压低和关断速率快、反向偏压时截止等特点。主要原理是形成金属-硅势垒，势垒金属大部分情况下与常规的金属欧姆接触不同，以至于需要调节势垒高度，势必需要调节势垒金属组成和提供较为复杂的工艺制程来满足这一点，这并不符合成本要求和无法提供较佳的产品性能。尤其是肖特基势垒整流二极管存在因漏电流过大导致反向功耗居高不下，且漏电流与大致环境温度成正比，额定参数极易受到外部因素的干扰。

基于对整流器提出了新的要求，一方面就是极力保留肖特基二极管惯有的优势而弱化其劣势，一些现有技术公开了诸多种类的超势垒整流器（Super Barrier Rectifier），在阳极和阴极之间整合并联的整流二极管和MOS晶体管来形成超势垒整流器SBR，例如中国专利申请01143693.X公开了《制造功率整流器件以改变工作参数的改进方法及所得的器件》，又如美国专利申请US6331455B1公开了一种《功率整流器及其制造方法》等。然而当前需要解决的问题是提高MOS晶体管的晶胞密度和优化制备工艺以制造性能参数更佳、成本更低的整流器，较于前述文献皆是提供平面栅极的SBR器件，本申请的后续内容则是提供一种沟槽式的SBR器件。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供了一种超势垒整流器，包括：一半导体衬底，包含一底部衬底和在底部衬底之上生长的一外延层，其中，在外延层的顶部形成有一本体区，以及在本体区顶部形成有一掺杂区；形成在外延层中并且在底部和侧壁内衬有栅极氧化层的栅极沟槽和形成在栅极沟槽内的控制栅极，栅极沟槽向下贯穿所述掺杂区和所述本体区直至其底部延伸至本体区下方的外延层中；贯穿所述掺杂区并向下延伸至本体区内的接触孔，和植入在所述接触孔底部周围的本体接触区；覆盖在所述外延层之上并与所述掺杂区保持电性接触的一阳极金属层，所述阳极金属层的一部分填充在所述接触孔内形成金属栓塞；以及覆盖在所述底部衬底的底面的一阴极金属层。

上述的超势垒整流器，所述底部衬底、外延层、掺杂区为第一导电类型，所述本体区为与第一导电类型相反的第二导电类型，以及所述本体接触区为第二导电类型并且其掺杂浓度高于本体区。

上述的超势垒整流器，还包括形成在外延层中的一环形隔离沟槽，隔离沟槽向下延伸贯穿掺杂区和本体区至其底部延伸至本体区下方的外延层内；从而半导体衬底包括位于隔离沟槽内侧的有源区和位于隔离沟槽外侧的终端区，所述栅极沟槽、接触孔和阳极金属层设置在所述有源区中。

上述的超势垒整流器，在隔离沟槽内设置有顶端凸出于外延层顶面的过渡栅极，阳极金属层的周边部分覆盖在过渡栅极的靠近有源区的内侧部分的顶部之上，过渡栅极的靠近终端区的外侧部分的顶部上方没有被阳极金属层覆盖住。

上述的超势垒整流器，所述隔离沟槽的宽度大于所述栅极沟槽、终端沟槽各自的宽度。

上述的超势垒整流器，还包括形成在终端区的外延层中的多个终端沟槽，每个终端沟槽均向下贯穿所述掺杂区和所述本体区直至其底部延伸至本体区下方的外延层中，及在终端沟槽中形成有浮置栅极。

上述的超势垒整流器，控制栅极的顶端向上延伸至凸出于外延层的顶面，并且控制栅极顶端向上延伸而超出外延层顶面的部分被包覆在所述的阳极金属层内。