[发明专利]一种沟槽半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及到一种沟槽半导体装置，本发明还涉及沟槽半导体装置的制备方法。

背景技术

半导体功率器件，例如场效应开关器件、IGBT或者肖特基整流器件期望低导通电阻和高阻断电压。为此人们提出了新结构用于实现此目的。

其中包括在器件内引入多个具有绝缘材料内壁沟槽，同时沟槽内设置导电材料，改变沟槽之间的半导体电场分布，以此实现器件的低导通电阻或高阻断电压；

此结构在沟槽底部边缘半导体材料内形成上下空间内单个尖峰电场，并在沟槽底部的绝缘层中形成高电场，此电场高于半导体材料雪崩击穿电场，因此引出如下问题，首先因单个峰值电场，在增加器件的反向击穿电压时，器件的导通电阻快速下降，上述结构不适用于高压器件；其次因尖峰电场，引起器件过早击穿，抑制器件的漂移层中掺杂浓度的提升；最后因器件内部绝缘层中引入高电场，会引起热载流子对沟槽底部绝缘层损伤，影响器件的可靠性。

发明内容

本发明针对上述的一个或多个问题提出，提供一种沟槽半导体装置，还涉及器件的制造方法。

一种沟槽半导体装置，包括：衬底层，为半导体材料；漂移层，为第一导电半导体材料，位于衬底层之上；多个沟槽，位于漂移层表面或漂移层内部，沟槽内壁设置有绝缘层，沟槽侧壁绝缘层设置两个或多个厚度，为上薄下厚，沟槽侧壁绝缘层下部包括为不同绝缘材料叠加而成，沟槽内壁绝缘层包裹导电材料，导电材料包括为金属或掺杂多晶半导体材料；半导体结，位于漂移层表面，为肖特基结或PN结。其中沟槽侧壁绝缘层包括为同种绝缘材料；不同绝缘材料沟槽侧壁绝缘层的组成包括为氧化硅、氮化硅或氧化铝。所述的沟槽侧壁制造方法包括如下步骤，在设置有绝缘层氧化硅内壁的沟槽内淀积填充氮化硅，刻蚀去除沟槽内部分氮化硅，腐蚀去除沟槽侧壁绝缘层氧化硅，去除沟槽内氮化硅，进行热氧化工艺，在沟槽侧壁生长绝缘层氧化硅，形成两个厚度的侧壁绝缘层，再次重复上述过程，形成三个厚度的侧壁绝缘层。漂移层内部沟槽和漂移层表面沟槽在器件表面投影包括为交替排列。

一种沟槽半导体装置，包括：衬底层，为半导体材料；漂移层，为第一导电半导体材料，位于衬底层之上；多个沟槽，位于漂移层表面或漂移层内部，沟槽内壁设置有绝缘层，沟槽内下部设置有掺氧多晶硅层，掺氧多晶硅层临靠沟槽内壁绝缘层表面，侧壁掺氧多晶硅层从上至下逐渐变厚，掺氧多晶硅的掺氧量在远离沟槽内壁绝缘层方向上逐渐升高，沟槽内设置导电材料，导电材料包括为金属或掺杂多晶半导体材料；半导体结，位于漂移层表面，为肖特基结或PN结。沟槽内壁绝缘层包括为不同绝缘材料叠加而成，绝缘材料包括为氧化硅、氮化硅或氧化铝。所述的沟槽内下部设置的掺氧多晶硅层的制造方法包括如下步骤，在设置有绝缘层内壁的沟槽内淀积填充掺氧多晶硅，在淀积过程中掺氧多晶硅的氧含量逐渐升高，进行掺氧多晶硅腐蚀，因腐蚀速度不同和腐蚀顺序从上之下，形成掺氧多晶硅层从上至下逐渐变厚。在这里指出沟槽侧壁掺氧多晶硅含氧量范围为20％到80％。漂移层内部沟槽和漂移层表面沟槽在器件表面投影包括为交替排列。

一种沟槽半导体装置包括：衬底层，为半导体材料；漂移层，为第一导电半导体材料，位于衬底层之上；多个沟槽，位于漂移层表面，沟槽通过隔离绝缘材料分为上下两部分；上部沟槽侧壁设置绝缘层，上部沟槽内设置导电材料，并与器件表面电极金属接触，下部沟槽内壁设置绝缘层，下部沟槽侧壁临靠隔离绝缘材料位置不设置绝缘层，下部沟槽侧壁临靠隔离绝缘材料表面包括为肖特基势垒结，下部沟槽内设置导电材料，其中导电材料包括为金属或掺杂多晶半导体材料；半导体结，位于漂移层表面，为肖特基结或PN结。所述的隔离绝缘材料或下部沟槽底部绝缘层为厚绝缘材料层。所述的上部沟槽或下部沟槽的侧壁绝缘层，设置两个或多个厚度，为上薄下厚。所述的上部沟槽或下部沟槽的侧壁绝缘层下部表面，设置掺氧多晶硅层，从上至下逐渐变厚。漂移层内部沟槽和漂移层表面沟槽在器件表面投影包括为交替排列。

一种沟槽半导体装置，包括：衬底层，为半导体材料；漂移层，为第一导电半导体材料，位于衬底层之上；多个沟槽，位于漂移层表面和漂移层内部，沟槽内壁设置绝缘层，沟槽内设置导电材料，漂移层表面沟槽内导电材料与器件表面电极金属接触，漂移层内部沟槽内导电材料与漂移层半导体材料接触，其中导电材料包括为金属或掺杂多晶半导体材料，沟槽下部包括设置第二导电半导体材料区；半导体结，位于漂移层表面，为肖特基结或PN结。漂移层内部沟槽和漂移层表面沟槽在器件表面投影包括为交替排列。