[发明专利]一种具有非连续沟槽设计的肖特基器件结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率器件和微电子制造领域，特别是涉及一种具有非连续沟槽设计的肖特基器件结构及其制作方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，功率器件作为一种新型器件，被广泛地应用于磁盘驱动、汽车电子等领域。功率器件需要能够承受较大的电压、电流以及功率负载。而现有MOS晶体管等器件无法满足上述需求，因此，为了满足应用的需要，各种功率器件成为关注的焦点。

肖特基二极管一般以是贵金属(金、银、铝、铂等)为正极，以N型半导体为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的N型半导体中向浓度低的贵金属中扩散。显然，贵金属中没有空穴，也就不存在空穴自金属向N型半导体的扩散运动。随着电子不断从N型半导体扩散到贵金属，N型半导体表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为N型半导体→贵金属。但在该电场作用之下，贵金属中的电子也会产生从贵金属→N型半导体的漂移运动，从而削弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。肖特基二极管是一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降低。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。

功率肖特基器件是一种用于大电流整流的半导体两端器件,目前常用的功率肖特基器件由金属硅化物和低掺杂N型硅之间的肖特基结来制作,金属硅化物可以是铂硅化合物、钛硅化合物、镍硅化合物和铬硅化合物等。近年来，由于沟槽技术的发展，各种沟槽型结构被用于制作单元肖特基结构的漏电保护环，如常采用的沟槽型MOS结构等。

沟槽型肖特基二极管：在平面肖特基结周围刻蚀沟槽作为漏电保护环，沟槽深度由0.5um到50um不等，沟槽侧壁采用薄栅氧化层，沟槽中填充高掺杂多晶硅形成MOS结构保护环。在功率型沟槽肖特基二极管中，通常由被MOS结构沟槽保护的岛状肖特基结阵列并联为电流通道。岛状肖特基结可以为矩形，圆形，多边形以及长条形，圆弧形，这些沟槽通常在整个器件层面构成连续的网络状，如图1或图2所示。

对于功率型沟槽肖特基二极管而言，肖特基结面阵列才能作为有效面积提供电流通道，所以要在给定面积的器件中尽量提高电流通行能力，应该尽量增大肖特基结面积，减小沟槽占用的面积；

对于给定参数的外延片而言，要实现提高反向击穿电压的目的，如图2所示，岛状肖特基结内任一点到沟槽边界的距离D存在最大值，超过该值会导致漏电增加耐压下降；而沟槽的最小尺寸S存在最小值，低于该值会导致MOS结构不能形成而导致器件失效。从而制约了有效面积的比例。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有非连续沟槽设计的肖特基器件结构及其制作方法，用于提供一种在保持反向漏电和反向击穿电压性能不降低的基础上有效提高肖特基器件的电流通过能力，降低正向压降的器件结构及实现方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有非连续沟槽设计的肖特基器件结构，所述肖特基器件结构包括呈网络状分布的肖特基结面、以及呈网格阵列分布于所述肖特基结面中的多个岛状沟槽结构；所述肖特基结面为N型轻掺杂硅外延层及金属硅化物形成；所述岛状沟槽结构包括形成于所述N型轻掺杂硅外延层中的沟槽、形成于所述沟槽表面的介质层以及填充于所述沟槽内的多晶硅层。

作为本发明的具有非连续沟槽设计的肖特基器件结构的一种优选方案，所述肖特基器件结构包括：

N型重掺杂衬底，其下表面形成有下电极；

N型轻掺杂硅外延层，结合于所述N型重掺杂衬底上表面；

金属硅化物；呈网络状分布形成于所述N型轻掺杂硅外延层表面，以形成肖特基结面；

多个岛状沟槽结构，包括呈网格阵列形成于所述N型轻掺杂硅外延层中的岛状沟槽，结合于所述岛状沟槽表面的介质层，以及填充于所述岛状沟槽内的多晶硅层；

上电极，形成于所述金属硅化物及岛状沟槽结构表面。

作为本发明的具有非连续沟槽设计的肖特基器件结构的一种优选方案，还包括环绕于所述肖特基器件结构外围的至少一个环状沟槽结构，所述环状沟槽结构包括形成于所述N型轻掺杂硅外延层中的环状沟槽，结合于所述环状沟槽表面的介质层以及填充于所述环状沟槽内的多晶硅层。