超级势垒整流器的制备方法以及超级势垒整流器与流程

1.本发明涉及半导体功率器件领域，具体涉及一种超级势垒整流器的制备方法以及超级势垒整流器。


背景技术：

2.超级势垒整流器是一种新型两端电力电子器件，具有开启电压低、反向漏电小、反向恢复特性好、可靠性高等优点。
3.超级势垒整流器的结构类似一个栅源短接的trench mos(深槽场效应晶体管)，如图1所示，现有技术中的超级势垒整流器包括作为阴极cathode的衬底(nsub)11、外延层(nepi)12、栅氧层13、多晶硅(poly)14、p型体区(pbody)15以及作为阳极anode的金属层16。当阳极anode加正电压时，相当于mos(场效应晶体管)的栅极和源极短接并接高电位。由于体效应，pbody接高电位会导致mos的阈电压下降，并且电位越高，阈电压下降的幅度越大，故该mos的阈电压比常规mos的阈电压低，并且低于pn结的开启电压，因此超势垒整流器可以获得低于pn结二极管的开启电压。此外，超势垒整流器没有镜像力致势垒降低效应，其反向漏电比肖特基二极管小。
4.超级势垒整流器的开启电压的表达式为：
[0005][0006]
其中，vf为器件开启电压，v
t0
为pbody接零电位时的阈电压，q为电子电荷量，εs为硅的介电系数，na为沟道掺杂浓度，t
ox
为栅氧厚度，φ
fp
为p型衬底的费米势，l为沟道长度(pbody结深)，μ为沟道电子迁移率，i
dsat
为饱和开启电流，w为沟道宽度。由上述表达式可知，vf随t
ox
和l的减小而减小，因此，通过选取较薄的栅氧厚度和较浅的pbody结深可以获得一个很低的开启电压。
[0007]
现有技术中已量产的超级势垒整流器的耐压均在100v以下，制作耐压超过100v的高压超级势垒整流器相当困难，原因就在于其pbody结深很浅，而高压器件的反偏耗尽层在pbody中的扩展较宽，容易发生穿通击穿。


技术实现要素：

[0008]
本发明提供一种超级势垒整流器的制备方法以及超级势垒整流器，解决难以制作高压超级势垒整流器的问题。
[0009]
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0010]
一种超级势垒整流器的制备方法，所述制备方法包括：
[0011]
在衬底上形成外延层；
[0012]
在所述外延层上热生长场氧化层；
[0013]
在所述场氧化层上刻蚀有源区；
[0014]
在所述有源区中注入离子并推结形成p阱；
[0015]
在所述有源区中刻蚀沟槽，所述沟槽贯穿所述p阱；
[0016]
在所述沟槽的侧壁以及底部热生长栅氧层；
[0017]
在所述沟槽内淀积多晶硅；
[0018]
在所述有源区中的所述沟槽两侧形成p型体区；
[0019]
在所述p型体区表面以及所述多晶硅表面制作金属电极。
[0020]
进一步地，所述在所述沟槽内淀积多晶硅的步骤之后还包括：
[0021]
对所述多晶硅进行回刻，以使所述多晶硅的上表面与所述沟槽的上表面齐平。
[0022]
进一步地，所述在所述有源区中的所述沟槽两侧形成p型体区的步骤之后还包括：执行快速热处理工艺。
[0023]
进一步地，所述在所述场氧化层上刻蚀有源区的步骤之后还包括；
[0024]
在所述有源区周围进行离子注入并推结，以在所述有源区周围形成耐压环。
[0025]
进一步地，所述在所述p型体区表面以及所述多晶硅表面制作金属电极的步骤包括：
[0026]
在所述p型体区表面以及所述多晶硅表面淀积金属层；
[0027]
对所述金属层进行光刻以形成金属阳极。
[0028]
较佳地，所述在所述p型体区表面以及所述多晶硅表面制作金属电极的步骤之后还包括：
[0029]
在所述金属阳极表面淀积钝化层并刻蚀所述钝化层。
[0030]
进一步地，所述制备方法还包括：
[0031]
对所述衬底的背面进行减薄；
[0032]
在减薄后的所述衬底的背面形成金属层。
[0033]
较佳地，所述衬底为n 型衬底，所述外延层为n-型外延层。
[0034]
一种超级势垒整流器，所述超级势垒整流器包括衬底、外延层、场氧化层、p阱、沟槽、栅氧层、多晶硅、p型体区以及金属电极；
[0035]
所述外延层设置于所述衬底的表面，所述场氧化层设置于所述外延层的表面，所述场氧化层的有源区中设置有所述p阱，所述有源区中刻蚀有沟槽，所述沟槽的侧壁和底部设置有所述栅氧层，所述沟槽内淀积有所述多晶硅，所述p型体区表面以及所述多晶硅表面设置有所述金属电极。
[0036]
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0037]
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的超级势垒整流器的制备方法在刻蚀沟槽前增加了制作一个轻掺杂的p阱的步骤，可以利用p阱来承受器件反偏耗尽层的扩展，防止穿通击穿。而且由于p阱的掺杂较轻，器件的开启电压不会受到影响。本发明解决了高压超势垒整流器易发生穿通击穿的难题，为量产高压超势垒整流器提供了一个切实可行的方案。
附图说明
[0038]
图1为现有技术中超级势垒整流器的结构示意图。
[0039]
图2为本发明实施例1的超级势垒整流器的制备方法的流程图。
[0040]
图3为本发明实施例2的超级势垒整流器的结构示意图。
具体实施方式
[0041]
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0042]
实施例1
[0043]
为了解决图1所示的现有技术中的超级势垒整流器存在的不足。本实施例提供一种超级势垒整流器的制备方法，如图2所示，所述制备方法可以包括如下步骤：
[0044]
步骤s10：在衬底上形成外延层；
[0045]
具体地，所述衬底可以为n 型衬底，所述外延层可以为n-型外延层。
[0046]
步骤s11：在所述外延层上热生长场氧化层；
[0047]
具体地，本步骤可以在湿氧氛围中，选择的氧化温度可以为1050～1100℃(摄氏度)，氧化时间可以为60～120min(分钟)，氧化层厚度可以为0.5～1um(微米)。
[0048]
步骤s12：在所述场氧化层上刻蚀有源区；
[0049]
步骤s13：在所述有源区中注入离子并推结形成p阱；
[0050]
具体地，可以通过注入硼b离子或二氟化硼bf2离子并推结以形成所述p阱。其中，注入能量可以为60～120kev(1000电子伏特)，离子注入剂量可以为1e
12
～1e
13
，推结温度可以为1050～1150℃，推结时间可以为60～120min。
[0051]
步骤s14：在所述有源区中刻蚀沟槽，所述沟槽贯穿所述p阱；
[0052]
具体地，所述trench cd(沟槽线宽)为0.2～1um。
[0053]
步骤s15：在所述沟槽的侧壁以及底部热生长栅氧层；
[0054]
具体地，氧化温度可以为850～950℃，氧化厚度可以为5～20nm(纳米)。
[0055]
步骤s16：在所述沟槽内淀积多晶硅；所述多晶硅的厚度为步骤s16：在所述沟槽内淀积多晶硅；所述多晶硅的厚度为
[0056]
步骤s17：在所述有源区中的所述沟槽两侧形成p型体区(pbody)；
[0057]
在该步骤中，离子注入能量可以为40～100kev，注入剂量可以为1e
12
～1e
13
。
[0058]
步骤s18：在所述p型体区表面以及所述多晶硅表面制作金属电极。
[0059]
具体地，可以在所述p型体区表面以及所述多晶硅表面淀积金属层，然后对所述金属层进行光刻以形成金属阳极。所述金属层可以是铝硅合金。
[0060]
进一步地，所述在所述沟槽内淀积多晶硅的步骤之后，还应对所述多晶硅进行回刻，以使所述多晶硅的上表面与所述沟槽的上表面齐平。
[0061]
进一步地，所述在所述栅氧层两侧的所述有源区中形成p型体区的步骤之后还应执行快速热处理工艺，以激活注入的离子。其中，快速热处理工艺可以采用的退火温度为850～1000℃，退火时间为10～60s(秒)
[0062]
进一步地，所述在所述场氧化层上刻蚀有源区的步骤之后，还应在所述有源区周围进行离子注入并推结，以在所述有源区周围形成耐压环。
[0063]
具体地，在该步骤中，离子注入能量可以为60～120kev，注入剂量可以为1e
13
～1e
14
，推结温度可以为1050～1150℃，推结时间可以为60～120min。
[0064]
优选地，所述在所述p型体区表面以及所述多晶硅表面制作金属电极的步骤之后，还可以在所述金属阳极表面淀积钝化层并刻蚀所述钝化层。所述钝化层可以是二氧化硅
氮化硅形式的钝化层。
[0065]
优选地，所述制备方法还可以包括：对所述衬底的背面进行减薄(例如：将衬底减薄至150～250um)，并在减薄后的所述衬底的背面形成金属层。
[0066]
本发明提供的超级势垒整流器的制备方法通过在刻蚀沟槽前增加一步工艺来制作轻掺杂p阱，并利用p阱来承受器件反偏耗尽层的扩展，防止穿通击穿。而且由于p阱的掺杂较轻，器件的开启电压不会受到影响。本发明解决了高压超势垒整流器易发生穿通击穿的难题，为量产高压超势垒整流器提供了一个切实可行的方案。
[0067]
实施例2
[0068]
本实施例提供一种超级势垒整流器，如图3所示，所述超级势垒整流器可以包括作为阴极cathode的衬底(nsub)21、外延层(nepi)22、场氧化层(未图示)、p阱24、沟槽、栅氧层23、多晶硅(poly)22、p型体区(pbody)26以及作为阳极anode金属电极27；
[0069]
所述外延层22设置于所述衬底21的表面，所述场氧化层设置于所述外延层22的表面，所述场氧化层的有源区中设置有所述p阱24，所述有源区中刻蚀有沟槽，所述沟槽的侧壁和底部设置有所述栅氧层23，所述栅氧层23的表面淀积有所述多晶硅25，所述p型体区26表面以及所述多晶硅25表面设置有所述金属电极27。
[0070]
具体地，所述衬底21可以为n 型衬底，所述外延层22可以为n-型外延层。
[0071]
所述场氧化层可以是在湿氧氛围中得到，选择的氧化温度可以为1050～1100℃(摄氏度)，氧化时间可以为60～120min(分钟)，氧化层厚度可以为0.5～1um(微米)。
[0072]
所述p阱24可以通过注入硼b离子或二氟化硼bf2离子形成。其中，注入能量可以为60～120kev(1000电子伏特)，离子注入剂量可以为1e
12
～1e
13
，推结温度可以为1050～1150℃，推结时间可以为60～120min。
[0073]
本实施例中，所述沟槽的trench cd(沟槽线宽)为0.2～1um。
[0074]
形成所述栅氧层23的氧化温度可以为850～950℃，氧化厚度可以为5～20nm(纳米)。
[0075]
所述多晶硅25的厚度为
[0076]
形成所述pbody的离子注入能量可以为40～100kev，注入剂量可以为1e
12
～1e
13
。
[0077]
所述金属电极27可以是铝硅合金。
[0078]
进一步地，所述超级势垒整流器还可以包括耐压环，所述耐压环可以通过在有源区周围进行离子注入并推结而形成。其中，离子注入能量可以为60～120kev，注入剂量可以为1e
13
～1e
14
，推结温度可以为1050～1150℃，推结时间可以为60～120min。
[0079]
进一步地，所述超级势垒整流器还可以包括钝化层，所述钝化层可以设置在所述金属电极27的表面。所述钝化层可以是二氧化硅 氮化硅形式的钝化层。
[0080]
进一步地，所述衬底21的背面还可以设置有金属层，该金属层可以是铝al或铜cu。
[0081]
本实施例提供的超级势垒整流器在pbody和外延层之间设置轻掺杂的p阱，可以利用p阱来承受器件反偏耗尽层的扩展，防止穿通击穿，而且由于p阱的掺杂较轻，器件的开启电压不会受到影响。本发明解决了高压超势垒整流器易发生穿通击穿的难题，为量产高压超势垒整流器提供了一个切实可行的方案。
[0082]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离
本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。