專(zhuān)利名稱(chēng)：肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件，是涉及具有肖特基結(jié)的半導(dǎo)體器件的 技術(shù)。
背景技術(shù)：
肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件是具有整流作用的半導(dǎo)體器件，如圖23所示，可 適用于廣泛的領(lǐng)域。 一般，整流器必須對(duì)于正向電流是低電阻而對(duì)于反向電流 是非常高的電阻。肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件的整流作用是利用橫穿金屬/半導(dǎo)體 結(jié)的接觸面(界面)的非線(xiàn)性、單極性的電荷載流子(電流)傳輸產(chǎn)生的，能夠以 低損耗流過(guò)大的正向電流。因此，廣泛用作為輸出整流器，特別是在電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)那樣的模式切換電源或其它的高速功率用開(kāi)關(guān)裝置中使用。在肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件中，橫穿金屬/半導(dǎo)體結(jié)的接觸面(界面)的單極 性的電荷載流子(電流)傳輸，基本上包含以下多個(gè)過(guò)程。(1) 越過(guò)金屬/半導(dǎo)體之間的勢(shì)壘產(chǎn)生的從半導(dǎo)體向金屬的電子傳輸(熱電 子發(fā)射)一般在室溫(例如，300K)下，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件[例如，半導(dǎo)體的雜 質(zhì)濃度為lXl(y6cnf3的硅(Si)]的主要電流是熱電子發(fā)射電流。(2) 透過(guò)金屬/半導(dǎo)體之間的勢(shì)壘產(chǎn)生的電子的量子力學(xué)的隧道效應(yīng)(電場(chǎng)發(fā)射)在肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件中，在金屬/半導(dǎo)體之間存在比較寬的勢(shì)壘，利 用該勢(shì)壘，限制隧道效應(yīng)電流。(3) 在半導(dǎo)體內(nèi)的耗盡區(qū)的再結(jié)合耗盡區(qū)的再結(jié)合電流與用PN結(jié)二極管觀(guān)察的電流類(lèi)似，僅在非常低的正 向電流濃度中考慮。(4) 從金屬向半導(dǎo)體注入空穴少數(shù)載流子注入電流僅在大的正向電流濃度中考慮。(5) 因金屬/半導(dǎo)體之間的界面阱而產(chǎn)生的界面電流、以及因金屬接觸周邊 部的電場(chǎng)集中而產(chǎn)生的邊緣漏電流然而，近年來(lái)，電源裝置中向低電壓及低功耗發(fā)展，希望有功耗小的肖特 基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件。因此，需要正向電流大而正向電壓降低、而且反向阻斷電 壓高而反向漏電流小的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件。肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件的正向電壓降取決于金屬/半導(dǎo)體結(jié)的正向電壓 降、以及半導(dǎo)體區(qū)域和其它區(qū)域的串聯(lián)電阻分量。因而，為了減小正向的功耗，必須減小串聯(lián)電阻分量，為了減小串聯(lián)電阻 分量，必須提高半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度，減小其厚度。另外，為了提高反向的阻斷電壓，減小反向漏電流，在金屬/半導(dǎo)體結(jié)的 接觸面(界面)上，反向偏置電場(chǎng)必須不能過(guò)度，因而必須降低半導(dǎo)體層的雜質(zhì) 濃度，增大其厚度。反向漏電流與金屬/半導(dǎo)體之間的肖特基勢(shì)壘的高度(勢(shì)壘)成反比，正向 電壓降與肖特基勢(shì)壘的高度成比例。另外，肖特基勢(shì)壘的高度與半導(dǎo)體層的雜 質(zhì)濃度成反比變化。因而，若減小正向電壓降，則反向漏電流增大，反向擊穿 電壓因碰撞電離而減少。如上所述，在肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件中，正向電壓降與反向漏電流之間有 折衷的關(guān)系，很難同時(shí)使兩方的特性為最小。因而，在設(shè)計(jì)肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體 器件時(shí)，由于不能同時(shí)使全部的器件附加值為最小，因此肖特基勢(shì)壘的高度、 半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度及其厚度等設(shè)計(jì)參數(shù)要這樣設(shè)計(jì)，使得滿(mǎn)足特定用途中所 希望的要求。例如，對(duì)于大電流動(dòng)作用途、即正向的功耗是很重要的用途，將肖特基勢(shì) 壘的高度設(shè)計(jì)得較小。反之，對(duì)于在周?chē)鷾囟雀叩沫h(huán)境下使用的用途、或者阻 斷電壓高的用途，則將肖特基勢(shì)壘的高度設(shè)計(jì)得較大。利用金屬/半導(dǎo)體結(jié)形成的肖特基勢(shì)壘的高度由金屬與半導(dǎo)體的功函數(shù)的 電位差來(lái)決定。如式(l)所示，正向電壓降(VF)取決于是肖特基勢(shì)壘的高度(4)bn)的函數(shù) 的飽和電流(Js)、漂移區(qū)和基板和接點(diǎn)的電阻(Rd和Rs和Rc)、以及正向電流 密度(JF)。VF-kT/'qXln (JF/Js) + (Rd + Rs+Rc) JF (1)具有單側(cè)階梯結(jié)結(jié)構(gòu)的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件的最大阻斷電壓(BV pp)理 論上與理想的平行平面型PN結(jié)半導(dǎo)體器件(例如，P+/N或N+/P)的擊穿電壓相等。如利用式(2)所述，擊穿電壓(BVpp)取決于漂移區(qū)(Nd)的雜質(zhì)濃度。 Nc二2X1018 (BVpp)—4/3 (2)圖22所示為理想的平行平面型PN結(jié)半導(dǎo)體器件的、相對(duì)于漂移區(qū)的雜質(zhì) 濃度的擊穿電壓及耗盡區(qū)寬度。但是，實(shí)際的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件的擊穿電 壓是圖22所示的擊穿電壓的約1/3。擊穿電壓的減少是由于對(duì)金屬/半導(dǎo)體之 間施加電場(chǎng)而引起勢(shì)壘降低及由于隧道效應(yīng)電流產(chǎn)生的。作為打破肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件中的正向電壓降與反向阻斷電壓的折衷 關(guān)系的結(jié)構(gòu)，有利用PN結(jié)控制的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件(Junction Barrier Schottki:JBS)。JBS在半導(dǎo)體基板表面上排列有肖特基結(jié)，而且在該肖特基結(jié)的下面對(duì)應(yīng) 有半導(dǎo)體漂移區(qū)。JBS具有分布在肖特基結(jié)之間的PN結(jié)點(diǎn)陣，由于PN結(jié)點(diǎn)陣 的作用，也被稱(chēng)為夾斷型半導(dǎo)體器件。艮P，在從PN結(jié)點(diǎn)陣向漂移區(qū)擴(kuò)展的耗盡區(qū)中，在施加正向電壓時(shí)，不夾 斷漂移區(qū)，在施加反向電壓時(shí)，夾斷漂移區(qū)。 一般地，若反向電壓達(dá)到幾伏的 閾值，則耗盡區(qū)夾斷漂移區(qū)。PN結(jié)點(diǎn)陣設(shè)計(jì)其大小及P型區(qū)的雜質(zhì)濃度，以便 能夠?qū)崿F(xiàn)該作用。因而，若反向電壓達(dá)到閾值，則耗盡區(qū)防止對(duì)肖特基勢(shì)壘施 加電壓，抑制反向漏電流的增加。圖21所示為JBS的剖視圖。JBS具有N型半導(dǎo)體基板301、在N型半導(dǎo) 體基板301的一個(gè)主面(表面)上形成的N型半導(dǎo)體層302、在N型半導(dǎo)體層302 的層中的上部位置隔開(kāi)規(guī)定間隔形成的P型半導(dǎo)體層305、在N型半導(dǎo)體層302 及P型半導(dǎo)體層305之上形成的表面電極303、以及在N型半導(dǎo)體基板301的 另一個(gè)主面(背面)上形成的背面電極307。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，JBS具有多個(gè)肖特基結(jié)304及PN結(jié)點(diǎn)陣306，各肖特基結(jié)304 利用N型半導(dǎo)體層302及表面電極303形成，PN結(jié)點(diǎn)陣306利用P型半導(dǎo)體層 305及N型半導(dǎo)體層302形成。但是，JBS—般產(chǎn)生較大的正向電壓降。這是因?yàn)镴BS有較大的串聯(lián)電阻， 而且肖特基結(jié)區(qū)域在面積比例上減少。由于在半導(dǎo)體表面的整個(gè)區(qū)域中存在PN 結(jié)點(diǎn)陣，因此必然產(chǎn)生該肖特基結(jié)區(qū)域的減少。再有，若正向電流增大，則在PN結(jié)的影響下，開(kāi)始少數(shù)載流子傳導(dǎo)。從而， 高頻區(qū)的功率效率降低。JBS的反向阻斷電壓比在漂移區(qū)有同等雜質(zhì)濃度的肖特基半導(dǎo)體器件的反
向阻斷電壓要高。但是，JBS的阻斷電壓根據(jù)原理性的理由，不能超過(guò)圖22所 示的平行平面型PN結(jié)的反向阻斷電壓。作為打破正向電壓降與反向阻斷電壓的折衷關(guān)系的其它結(jié)構(gòu)，有具有M0S 溝槽的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件(Trench MOS Barrier Schottki : TMSB)。該結(jié)構(gòu) 具有比理想的平行平面型PN結(jié)的理論擊穿電壓要高的擊穿電壓。圖20所示為該結(jié)構(gòu)。該TMSB在N型半導(dǎo)體基板401的一個(gè)主面(表面)上 形成N型半導(dǎo)體層402，在N型半導(dǎo)體層402的層中的上部位置形成多個(gè)溝槽 403，在溝槽403的相互之間形成成為活性部(漂移區(qū))的臺(tái)面部402a。在臺(tái)面部402a與溝槽403的邊界部形成絕緣膜404，在被絕緣膜404包圍 的溝槽403的內(nèi)部形成第1電極405。在N型半導(dǎo)體層402之上設(shè)置第2電極 406，形成肖特基結(jié)，第1電極405與第2電極406進(jìn)行歐姆接合。在N型半 導(dǎo)體基板401的另一個(gè)主面(背面)上形成第3電極407。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過(guò)成為漂移區(qū)的臺(tái)面402a的多數(shù)載流子與第1電極405 的載流子的電荷結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)比理論上的平行平面型PN結(jié)半導(dǎo)體器件的擊 穿電壓要大的擊穿電壓。該電荷結(jié)合是通過(guò)肖特基結(jié)下產(chǎn)生的電場(chǎng)分布的再分 配進(jìn)行的。再有，N型半導(dǎo)體層402與第2電極406的肖特基結(jié)的電場(chǎng)，由于臺(tái)面部 402a的夾斷的影響而減少，因此反向漏電流也能夠降低。另外，由于不存在 PN結(jié)，從而在正向流過(guò)大電流時(shí)也不引起少數(shù)載流子傳導(dǎo)，因此不引起高頻區(qū) 的功率效率的降低。圖19所示為理想的平行平面型PN結(jié)半導(dǎo)體器件的溝槽深度與電場(chǎng)分布的 關(guān)系，表示若溝槽深度(「d」)不同、則電場(chǎng)分布進(jìn)行再分配的情況。該平行平面型PN結(jié)半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層厚(漂移區(qū))為3.5um，漂移區(qū) 的雜質(zhì)濃度為3X1016cnr3，臺(tái)面寬度為O. 5uin，肖特基勢(shì)壘為0. 58eV。由圖19可知，通過(guò)溝槽MOS電極與臺(tái)面之間的電荷結(jié)合，從而具有兩個(gè) 效果。(1) 肖特基結(jié)的電場(chǎng)降低。溝槽深度越增大，肖特基結(jié)界面、即漂移區(qū)的深度Oum的位置的電場(chǎng)強(qiáng) 度越降低。即與溝槽深度c^0.6相比，溝槽深度(3=2.4的情況下的肖特基結(jié)界 面的電場(chǎng)強(qiáng)度降低。(2) 電場(chǎng)分布的峰值向離開(kāi)肖特基結(jié)的漂移區(qū)內(nèi)移動(dòng)。
溝槽深度越增大，即與溝槽深度扣0.6相比，溝槽深度cN2.4的情況下， 其電場(chǎng)分布的峰值向漂移區(qū)的越深位置移動(dòng)。這樣，通過(guò)降低肖特基結(jié)界面的電場(chǎng)強(qiáng)度，能夠減少因肖特基勢(shì)壘高度降 低而引起的反向漏電流，電場(chǎng)強(qiáng)度的峰值離開(kāi)肖特基結(jié)界面，向漂移區(qū)的越深 位置移動(dòng)，擊穿電壓越大于平行平面型PN結(jié)半導(dǎo)體器件的理論上的擊穿電壓。圖18所示為圖20所示的TMBS的溝槽深度與擊穿電壓的關(guān)系。如圖18所 示，若溝槽深度成為一定值以上，則即使溝槽深度增加，擊穿電壓也不增加。 這是因?yàn)?，在臺(tái)面部，達(dá)到半導(dǎo)體的電場(chǎng)引起雪崩擊穿的理論上的擊穿電壓的 極限。為了增加擊穿電壓，必須增加臺(tái)面部的雜質(zhì)濃度，提高雪崩擊穿的電場(chǎng)強(qiáng) 度。但是，若增加雜質(zhì)濃度，則由于在施加反向電壓時(shí)，臺(tái)面部難以實(shí)現(xiàn)耗盡， 因此引起反向漏電流增加。因而，擊穿電壓與反向漏電流的關(guān)系成為折衷關(guān)系。這樣，即使是上述的TMBS，也不能實(shí)現(xiàn)具有小的反向漏電流及高的阻斷電 壓、正向電壓降小而功率效率高的半導(dǎo)體器件。肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件，在金屬/半導(dǎo)體結(jié)的接觸面(界面)的對(duì)于浪涌電 壓及過(guò)渡電壓的耐久性低，浪涌電壓及過(guò)渡電壓集中在反向擊穿電壓小的地方 通過(guò)。因而，在一般的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件中，在金屬/半導(dǎo)體結(jié)的界面的 末端部設(shè)置稱(chēng)為保護(hù)環(huán)的PN結(jié)部，該P(yáng)N結(jié)部將擊穿電壓設(shè)計(jì)成比金屬/半導(dǎo) 體結(jié)要低，通過(guò)這樣來(lái)提高對(duì)于浪涌電壓及過(guò)渡電壓的耐久性。在上述的TMBS中，擊穿電壓隨溝槽的絕緣膜的厚度而變化，絕緣膜的厚 度薄的部位的擊穿電壓最低。因而，在一個(gè)半導(dǎo)體器件內(nèi)形成多個(gè)溝槽/臺(tái)面 的結(jié)構(gòu)的情況下，由于浪涌電壓及過(guò)渡電壓集中在擊穿電壓低的溝槽/臺(tái)面， 因此，作為結(jié)果半導(dǎo)體器件對(duì)于浪涌電壓及過(guò)渡電壓的耐久性非常低。本發(fā)明正是為了解決上述問(wèn)題，其目的在于提供一種肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器 件，它是具有小的反向漏電流及高的阻斷電壓、而且正向電壓降小及功率效率 高的半導(dǎo)體器件，對(duì)于浪涌電壓及過(guò)渡電壓具有高耐久性。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件，在半導(dǎo)體基板的一 個(gè)主面上形成雜質(zhì)濃度比前述半導(dǎo)體基板要低的低濃度的半導(dǎo)體層，在前述半 導(dǎo)體層內(nèi)形成從層表面到前述半導(dǎo)體基板的多個(gè)溝槽，將前述半導(dǎo)體層內(nèi)的前
述溝槽之間形成為臺(tái)面部，在前述臺(tái)面部與前述溝槽的邊界部形成絕緣膜，在 被前述絕緣膜包圍的前述溝槽的內(nèi)部形成第1電極，在前述半導(dǎo)體層的表面覆 蓋第1電極地形成第2電極，第2電極與前述半導(dǎo)體層形成肖特基結(jié)，同時(shí)第 2電極與第1電極形成歐姆接合，在前述半導(dǎo)體基板的另一個(gè)主面上形成第3 電極。另外，是在前述半導(dǎo)體層調(diào)整層內(nèi)的各部位的前述雜質(zhì)濃度，從而調(diào)整與 前述雜質(zhì)濃度成比例的前述半導(dǎo)體層內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度的半導(dǎo)體器件，并在前述半 導(dǎo)體層內(nèi)的擊穿電壓為一定。另外，是在前述半導(dǎo)體層的層內(nèi)的前述雜質(zhì)濃度的濃度梯度分段變化，越 接近前述半導(dǎo)體基板越大的半導(dǎo)體器件，并在前述半導(dǎo)體層內(nèi)的擊穿電壓為一 定。另外，前述半導(dǎo)體層在從第2電極與前述半導(dǎo)體層的肖特基結(jié)界面到距離 前述半導(dǎo)體基板一側(cè)至少ly ra的區(qū)域中的前述雜質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)上為一定。另外，在前述半導(dǎo)體層內(nèi)，在前述第1電極的周?chē)纬傻暮谋M區(qū)遍及前述 溝槽之間的全部寬度覆蓋前述臺(tái)面部。另外，在前述半導(dǎo)體層內(nèi)形成包圍全部前述臺(tái)面部及全部前述溝槽的一對(duì) 平行環(huán)狀溝槽，將前述環(huán)狀溝槽之間形成為帶狀臺(tái)面部，沿著各環(huán)狀溝槽與前 述半導(dǎo)體層的邊界部形成帶狀絕緣膜，在一個(gè)前述環(huán)狀溝槽內(nèi)形成第4電極， 在另一個(gè)前述環(huán)狀溝槽內(nèi)形成第5電極，前述帶狀臺(tái)面部由成為下層部的前述 半導(dǎo)體層與成為上層部的和前述半導(dǎo)體層不同的導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層構(gòu)成，第2 電極與前述上層部的半導(dǎo)體層及第1、 4、 5電極進(jìn)行歐姆接合，前述帶狀臺(tái)面 部的上層部的半導(dǎo)體層與下層部的半導(dǎo)體層的PN結(jié)的擊穿電壓決定作為半導(dǎo) 體器件的擊穿電壓。另外，在前述半導(dǎo)體層內(nèi)，在第4、第5電極的周?chē)纬傻暮谋M區(qū)遍及前 述環(huán)狀溝槽之間的全部寬度覆蓋前述帶狀臺(tái)面部。另外，第2電極在與前述半導(dǎo)體層的界面形成凹凸形狀。另外，第2電極的一部分進(jìn)入前述溝槽的內(nèi)部，在前述溝槽的內(nèi)部絕緣膜 與第2電極接觸，在前述溝槽的周?chē)纬汕笆霭雽?dǎo)體層與第2電極的肖特基結(jié)。另外，在前述溝槽的內(nèi)部與第2電極接觸的前述絕緣膜的末端部分形成為 錐形形狀。另外，形成從前述低濃度的半導(dǎo)體層的表面到達(dá)前述半導(dǎo)體基板的高濃度 的半導(dǎo)體層，形成覆蓋前述低濃度的半導(dǎo)體層及前述高濃度的半導(dǎo)體層并與前 述溝槽的邊界部的絕緣膜接合的表面部的絕緣膜，在前述高濃度的半導(dǎo)體層的 表面上對(duì)前述表面部的絕緣膜開(kāi)窗口，形成覆蓋前述高濃度的半導(dǎo)體層的窗口 的第6電極。另外，形成從前述低濃度的半導(dǎo)體層的表面到達(dá)前述半導(dǎo)體基板的另一個(gè) 主面的第7電極，在第7電極與前述低濃度的半導(dǎo)體層之間及第7電極與前述半導(dǎo)體基板之間的電極邊界部形成絕緣膜，將第7電極與第3電極進(jìn)行歐姆接 合。另外，在前述半導(dǎo)體基板與前述低濃度的半導(dǎo)體層的層間形成高濃度的半 導(dǎo)體層，并形成從前述低濃度的半導(dǎo)體層的表面到達(dá)前述半導(dǎo)體基板的高濃度 的半導(dǎo)體分離層，前述低濃度的半導(dǎo)體層及前述層間的高濃度的半導(dǎo)體層形成 與前述半導(dǎo)體基板不同的導(dǎo)電型，前述半導(dǎo)體分離層形成與前述半導(dǎo)體基板相 同的導(dǎo)電型。半導(dǎo)體層中的電子的電離率(a)相對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系有下式(2)。<formula>formula see original document page 10</formula> (2)(對(duì)于硅，A=3. 8X106cm_1， b=L 75X 106cm—、 m=l)設(shè)半導(dǎo)體層的耗盡區(qū)寬度為W，則半導(dǎo)體引起雪崩擊穿的條件為下式(3)。<formula>formula see original document page 10</formula> (3) 滿(mǎn)足式(3)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度，隨半導(dǎo)體層雜質(zhì)濃度而變化，如圖17所示， 與雜質(zhì)濃度的指數(shù)成比例。另外，半導(dǎo)體層內(nèi)的電場(chǎng)與半導(dǎo)體層內(nèi)的雜質(zhì)濃度 梯度成比例分配，進(jìn)行施加。在以往的TMBS中，在半導(dǎo)體基板與半導(dǎo)體漂移層間具有較大的雜質(zhì)濃度 梯度。因而，電場(chǎng)集中在半導(dǎo)體基板與半導(dǎo)體漂移層間。通過(guò)這樣，由于在低 的反向施加電壓下達(dá)到臨界電場(chǎng)強(qiáng)度，引起雪崩擊穿，因此不能增大反向阻斷 電壓。但是，在本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中，為了抑制電場(chǎng)集中，減小低濃度的導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度梯度，而且，低濃度的半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度具有規(guī)定的濃 度梯度，通過(guò)這樣使各部位的電場(chǎng)分散，使雪崩擊穿的引起電壓均勻，能夠?qū)?現(xiàn)大的反向阻斷電壓。
另外，在以往的TMBS中，在溝槽底部沒(méi)有到達(dá)半導(dǎo)體基板的情況下，電 場(chǎng)集中在溝槽底部的曲率大的地方，導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档?。因而，具有的缺點(diǎn)是， 溝槽底部的形狀將很大程度上影響半導(dǎo)體器件的擊穿電壓。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件形成溝槽，使其到達(dá)半導(dǎo)體基板，通過(guò)這樣對(duì)溝槽底 部不施加電場(chǎng)，能夠防止擊穿電壓隨溝槽底部的形狀及曲率而變化。若對(duì)肖特基結(jié)施加電場(chǎng)，則因勢(shì)壘降低而反向漏電流增加。在以往的TMSB中，由于對(duì)肖特基結(jié)也施加電場(chǎng)，因此反向漏電流增大。另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的低濃度的半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度，在遍及距離肖特基結(jié)界面至少lyra的區(qū)域中實(shí)質(zhì)上是一定的，通過(guò)這樣如圖16A-D所示， 對(duì)肖特基結(jié)不施加電場(chǎng)，能夠減小反向漏電流。再有，在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，在施加反向電壓時(shí)，在第1電極的周?chē)?形成耗盡區(qū)，該耗盡區(qū)在第1電極之間全部覆蓋臺(tái)面部，從而成為夾斷，能夠 更減小反向漏電流。為了能夠?qū)崿F(xiàn)該夾斷，要設(shè)計(jì)低濃度的半導(dǎo)體層內(nèi)的臺(tái)面 部的寬度。如上所述，以往的TMBS由于浪涌電壓及過(guò)渡電壓集中在溝槽的絕緣膜的最 薄的溝槽/臺(tái)面部，因此其耐久性極小。但是，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件由于通過(guò) 由PN結(jié)的擊穿電壓來(lái)決定半導(dǎo)體器件的擊穿電壓，在施加浪涌電壓及過(guò)渡電 壓時(shí)，電流流過(guò)PN結(jié)界面，因此對(duì)于浪涌電壓及過(guò)渡電壓具有高耐久性。作為正向電壓降的主要原因，很大程度上與半導(dǎo)體基板上形成的半導(dǎo)體層 的電阻分量有關(guān)。在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，在施加反向電壓時(shí)，利用耗盡區(qū) 進(jìn)行夾斷，從而能夠減少對(duì)PN結(jié)施加的電壓。因此，即使減薄低濃度的半導(dǎo) 體層的厚度，也能夠保持PN結(jié)部的擊穿電壓。因而，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件不 使反向擊穿電壓降低，通過(guò)減少低濃度的半導(dǎo)體層的厚度，能夠降低正向電壓 降，提高功率效率。正向電流量與半導(dǎo)體器件的肖特基結(jié)界面的面積成比例。在以往的TMBS 中，為了增大肖特基結(jié)界面的面積，必須增大半導(dǎo)體元件的芯片面積。但是， 由于不能增大制造成本、及為了限制安裝封裝而不能增大肖特基結(jié)界面的面 積，因此難以增加正向電流量。在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，第2電極的一部分進(jìn)入溝槽的內(nèi)部，在溝槽的 一部分、利用低濃度的半導(dǎo)體層及第2電極形成肖特基結(jié)，通過(guò)這樣能夠不增 加半導(dǎo)體元件的芯片尺寸，而增加肖特基結(jié)面積，增大正向電流量。
如上所述，本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件與以往的TMBS相比，是具有較 少的反向漏電流及更高的阻斷電壓、正向電壓降小而功率效率高的半導(dǎo)體器 件，對(duì)于浪涌電壓及過(guò)渡電壓具有高耐久性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的半導(dǎo)體器件的剖視圖。圖2A-D為耗盡區(qū)的比較圖。圖3為深度方向的電場(chǎng)分布的比較圖。圖4為反向特性的比較圖。圖5為正向電壓降與反向漏電流的相關(guān)圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的半導(dǎo)體器件(分段型濃度梯度型)的剖視圖。 圖7為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的半導(dǎo)體器件(溝槽型)的剖視圖。 圖8A-G為本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的每個(gè)制造工序的剖視圖。 圖9所示為該制造工序中的溝槽側(cè)壁部的氧化膜形狀圖。 圖10A-B所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的半導(dǎo)體器件(周邊對(duì)策型)的平面圖及 縱向剖視圖。圖11為擊穿電壓的差異的比較圖， 圖12為浪涌電壓耐久量的比較圖。圖13為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的半導(dǎo)體器件(倒裝芯片型l)的剖視圖。圖14為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)6的半導(dǎo)體器件(倒裝芯片型2)的剖視圖。圖15為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)7的半導(dǎo)體器件(復(fù)合型)的剖視圖。圖16A-D為本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的深度方向的各種分布圖。圖17為本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體雜質(zhì)濃度與臨界電場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)圖。圖18為T(mén)MBS的溝槽深度與擊穿電壓的相關(guān)圖。圖19為T(mén)MBS的深度方向的電場(chǎng)分布的相關(guān)圖。圖20為T(mén)MBS的剖視圖。圖21為JBS的剖視圖。圖22所示為理想的平行平面型PN結(jié)半導(dǎo)體器件的相對(duì)于漂移區(qū)的雜質(zhì)濃 度的擊穿電壓及耗盡區(qū)寬度圖。圖23為半導(dǎo)體器件的應(yīng)用領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
以下， 一面參照附圖、 一面說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的實(shí)施形態(tài)。 (實(shí)施形態(tài)l)圖l所示為本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件。在圖1中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo) 體器件，在形成N型或P型的某一種導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板101的表面和背面中 的一個(gè)主面上形成雜質(zhì)濃度為低濃度的半導(dǎo)體層102，在低濃度的半導(dǎo)體層102中形成多個(gè)溝槽103。溝槽103形成為從低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到半導(dǎo) 體基板101的形狀。在半導(dǎo)體層102中在溝槽103之間形成臺(tái)面部102a，在臺(tái)面部102a與溝 槽103的邊界部形成絕緣膜104，在用絕緣膜104包圍的溝槽103的內(nèi)部形成 第1電極105。在低濃度的半導(dǎo)體層102的表面覆蓋第1電極105地形成第2電極106， 第2電極106與半導(dǎo)體層102形成肖特基結(jié)，同時(shí)與第1電極105形成歐姆接 合。在半導(dǎo)體基板101的表面和背面中的另一個(gè)主面上形成第3電極107。半導(dǎo)體層102的內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度與層內(nèi)的各部位的雜質(zhì)濃度成比例。因而， 通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體層102的各部位的雜質(zhì)濃度，來(lái)調(diào)整與雜質(zhì)濃度成比例的半導(dǎo) 體層102中的電場(chǎng)強(qiáng)度，使低濃度的半導(dǎo)體層102的擊穿電壓成為一定。這里，在具體的一個(gè)例子中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件設(shè)第2電極106的材 料為T(mén)i，肖特基勢(shì)壘的高度為0.58eV， N型(或P型)半導(dǎo)體基板101的雜質(zhì)濃 度為3X1019cm—3。設(shè)低濃度的半導(dǎo)體層102的雜質(zhì)濃度在從表面?zhèn)鹊?.5ura的 深度為止為均勻的5X1015cm—3。然后，在利用外延形成半導(dǎo)體層102時(shí)，設(shè)從 半導(dǎo)體基板101起逐漸增加的雜質(zhì)的逐漸增加高度為2y m，半導(dǎo)體層102的逐 漸增加區(qū)域的雜質(zhì)濃度的濃度梯度為1X10^nf4。設(shè)半導(dǎo)體層102的厚度為3.5 "m,臺(tái)面部102a的寬度為2nm，溝槽深度為4iim，絕緣膜104為熱氧化膜， 其厚度為2000A,第1電極105為N型摻雜多晶硅。圖2A所示為比較例，是表示在以往的TMBS結(jié)構(gòu)中、設(shè)半導(dǎo)體層102的厚 度為4. 5 u m時(shí)產(chǎn)生的耗盡區(qū)201的形狀。圖2B是表示在本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的肖 特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件中、設(shè)半導(dǎo)體層102的厚度為3. 5 u ra時(shí)產(chǎn)生的耗盡區(qū)201 的形狀。圖3所示為沿圖2A及圖2B中的虛線(xiàn)202的位置的電場(chǎng)強(qiáng)度比。如圖2A所示，在溝槽103未達(dá)到半導(dǎo)體基板101、絕緣膜104與半導(dǎo)體基 板101離開(kāi)的情況下，在第1電極105的周?chē)纬蛇B續(xù)的耗盡區(qū)201，在溝槽103的下端，耗盡區(qū)201形成具有圓形的拐角部分。由于電場(chǎng)集中在該拐角部分附近，因而如圖3所示，在溝槽103的下端附近的耗盡區(qū)201，電場(chǎng)強(qiáng)度形成急劇的峰值。另一方面，如圖2B所示，在本發(fā)明中，溝槽103達(dá)到半導(dǎo)體基板101，絕 緣膜104與半導(dǎo)體基板101接觸，從而第1電極105的周?chē)暮谋M區(qū)201被半 導(dǎo)體基板101隔斷，形成為不連續(xù)，在溝槽103的下端，耗盡區(qū)201成為直線(xiàn) 狀的形狀。這樣，由于在耗盡區(qū)201不存在拐角部分，沒(méi)有電場(chǎng)集中的要素， 因而如圖3所示，在溝槽103的周?chē)暮谋M區(qū)201中，電場(chǎng)強(qiáng)度分散，不形成 急劇的峰值。通過(guò)這樣，如圖4所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件與以往的半導(dǎo)體器件相比， 擊穿電壓(反向電壓)升高，在相同的反向電壓下的反向漏電流減小。圖5所示為在與上述同一結(jié)構(gòu)的情況下使第2電極106的材料變化、使肖 特基勢(shì)壘高度變化時(shí)的正向電壓降與反向漏電流的相關(guān)圖。如圖5所示，本發(fā) 明的半導(dǎo)體器件與以往的半導(dǎo)體器件相比，由于同樣正向電壓降的反向漏電流 小，因此能夠改善折衷關(guān)系。(實(shí)施形態(tài)2)圖6所示為本發(fā)明的其它實(shí)施形態(tài)的剖視圖。在半導(dǎo)體基板101的表面和 背面中的一個(gè)主面上形成雜質(zhì)濃度低于半導(dǎo)體基板101的低濃度的下層的半導(dǎo) 體層102，從下層的半導(dǎo)體層102的表面起形成雜質(zhì)濃度更低的低濃度的上層 的半導(dǎo)體層102，。從上層的半導(dǎo)體層102'的表面起形成到達(dá)半導(dǎo)體基板101的 1個(gè)以上的溝槽103，在下層及上層的半導(dǎo)體層102及102，中，在溝槽103之 間形成臺(tái)面部102a。在臺(tái)面部102a與溝槽103的邊界部形成絕緣膜104，在用絕緣膜104包圍 的溝槽103的內(nèi)部形成第1電極105。在低濃度的半導(dǎo)體層102'的表面覆蓋第 1電極105地形成第2電極106，第2電極106與上層的半導(dǎo)體層102，形成肖 特基結(jié)，同時(shí)與第1電極105形成歐姆接合。在半導(dǎo)體基板101的表面和背面 中的另一個(gè)主面上形成第3電極107。半導(dǎo)體層102及102'的內(nèi)部施加的電場(chǎng)強(qiáng)度，與各部位的雜質(zhì)濃度成比例。 因而，通過(guò)分段調(diào)整半導(dǎo)體層102及102'的雜質(zhì)濃度的濃度梯度，使低濃度的 半導(dǎo)體層102及102'的擊穿電壓在層內(nèi)為一定。
這里，在具體的一個(gè)例子中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件設(shè)第2電極106的材料為T(mén)i，肖特基勢(shì)壘的高度為0. 58eV， N型(或P型)半導(dǎo)體基板101的雜質(zhì)濃 度為3X1019cm—3。設(shè)下層的半導(dǎo)體層102的雜質(zhì)濃度為8X1016cm—3，厚度為2 um，上層的半導(dǎo)體層102，的雜質(zhì)濃度為lX1016cm—3，厚度為1.5ym。然后，在利用外延形成半導(dǎo)體層102時(shí)，設(shè)從半導(dǎo)體基板IOI起逐漸增加 的雜質(zhì)的逐漸增加高度為2um，半導(dǎo)體層102及102'的逐漸增加區(qū)域的雜質(zhì)濃 度的濃度梯度為lX1019cm—4以下。設(shè)臺(tái)面部102a的寬度為2um，溝槽深度為4 pm，絕緣膜104為熱氧化膜，其厚度為2000A，第1電極105為N型摻雜多晶 硅。如圖2C所示，在本發(fā)明中，溝槽103達(dá)到半導(dǎo)體基板101，絕緣膜104與 半導(dǎo)體基板101接觸，從而第1電極105的周?chē)暮谋M區(qū)201被半導(dǎo)體基板101 隔斷，形成為不連續(xù)，在溝槽103的下端，耗盡區(qū)201成為直線(xiàn)狀的形狀。這樣，由于在耗盡區(qū)201不存在拐角部分，沒(méi)有電場(chǎng)集中的要素，因而與 前面的實(shí)施形態(tài)l相同，在溝槽103的周?chē)暮谋M區(qū)201中，電場(chǎng)強(qiáng)度分散， 不形成急劇的峰值。通過(guò)這樣，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件與以往的半導(dǎo)體器件相比， 擊穿電壓升高，反向漏電流也減小，由于同樣正向電壓降的反向漏電流小，因 此能夠改善折衷關(guān)系。(實(shí)施形態(tài)3)圖7所示為本發(fā)明的其它實(shí)施形態(tài)的剖視圖。在圖7中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo) 體器件在半導(dǎo)體基板101的表面和背面中的一個(gè)主面上形成雜質(zhì)濃度為低濃度 的半導(dǎo)體層102，在低濃度的半導(dǎo)體層102中形成多個(gè)溝槽103。溝槽103形 成為從低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá)半導(dǎo)體基板101的形狀。在半導(dǎo)體層102中，在溝槽103之間形成臺(tái)面部102a，在臺(tái)面部102a與 溝槽103的邊界部形成絕緣膜104，在用絕緣膜104包圍的溝槽103的內(nèi)部形 成第1電極105。在低濃度的半導(dǎo)體層102的表面覆蓋第1電極105地形成第2電極106， 第2電極106與半導(dǎo)體層102形成肖特基結(jié)，同時(shí)與第1電極105形成歐姆接 合。在半導(dǎo)體基板101的表面和背面中的另一個(gè)主面上形成第3電極107。第2電極106相對(duì)于半導(dǎo)體層102形成凹凸形狀，形成為凸?fàn)畈窟M(jìn)入溝槽 103的內(nèi)部的形狀。形成的絕緣膜104在溝槽103的途中與第2電極106接觸。
這里，設(shè)計(jì)用絕緣膜104覆蓋的臺(tái)面部102a的側(cè)壁部分的長(zhǎng)度、即從溝槽103 的與電極106的下端位置相對(duì)應(yīng)的位置到半導(dǎo)體基板101的距離，使其與半導(dǎo) 體器件所必需的耐壓成比例。半導(dǎo)體層102的內(nèi)部施加的電場(chǎng)強(qiáng)度，與各部位的雜質(zhì)濃度成比例。因而， 通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體層102的各部位的雜質(zhì)濃度，使低濃度的半導(dǎo)體層102的擊穿 電壓在層內(nèi)為一定。這里，在具體的一個(gè)例子中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件設(shè)第2電極106的材 料為T(mén)i，肖特基勢(shì)壘的高度為0.58eV， N型(或P型)半導(dǎo)體基板101的雜質(zhì)濃 度為3X1019cra—3。設(shè)低濃度的半導(dǎo)體層102的雜質(zhì)濃度在從表面?zhèn)鹊?. m的 深度為止為均勻的5X1015cm3。然后，在利用外延形成半導(dǎo)體層102時(shí)，設(shè)從 半導(dǎo)體基板IOI起逐漸增加的雜質(zhì)的逐漸增加高度為2nm,半導(dǎo)體層102的逐 漸增加區(qū)域的雜質(zhì)濃度的濃度梯度為lX1019cm—4以下。設(shè)半導(dǎo)體層102的厚度 為3. 5um，臺(tái)面部102a的寬度為2um，溝槽深度為4ym，絕緣膜104為熱氧 化膜，其厚度為2000A，用絕緣膜104覆蓋的臺(tái)面部102a的側(cè)壁的長(zhǎng)度為2.5 um，第1電極105為N型摻雜多晶硅。如圖2D所示，在本發(fā)明中，溝槽103達(dá)到半導(dǎo)體基板101，絕緣膜104與 半導(dǎo)體基板101接觸，從而第1電極105的周?chē)暮谋M區(qū)201被半導(dǎo)體基板101 隔斷，形成為不連續(xù)，在溝槽103的下端，耗盡區(qū)201成為直線(xiàn)狀的形狀。這樣，由于在耗盡區(qū)201不存在拐角部分，沒(méi)有電場(chǎng)集中的要素，因而與 前面的實(shí)施形態(tài)l相同，在溝槽103的周?chē)暮谋M區(qū)201中，電場(chǎng)強(qiáng)度分散， 不形成急劇的峰值。由此，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件與以往的半導(dǎo)體器件相比，擊穿電壓升高，反 向漏電流也減小。另外，在本實(shí)施形態(tài)3中，由于在臺(tái)面部102a的側(cè)壁也設(shè)置肖特基結(jié)， 因此在同一芯片尺寸的情況下，使正向電流量增加。SP，如圖5所示，與前面 的實(shí)施形態(tài)l及2相比，能夠減少相同反向電流情況下的正向電壓降。如圖8A-G所示，本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體器件的制造工序，包括以下工序 圖8A的初始氧化工序、圖8B的溝槽形成工序、圖8C的絕緣膜形成工序、圖 8D的第1電極形成工序、圖8E的肖特基結(jié)面露出工序、圖8F的第2電極形成 工序、以及圖8G的第3電極形成工序。絕緣膜104在形成為硅氧化膜時(shí)，利用CVD(Chemical Vapor D印osition， 化學(xué)氣相淀積)形成PSG(Phospho-Silicate-Glass,磷硅酸鹽玻璃)膜。這時(shí)， PSG膜這樣生成，使其隨著從臺(tái)面部102a離開(kāi)，其磷濃度增加。PSG膜的磷濃 度越高，刻蝕速度越快。通過(guò)控制該P(yáng)SG膜的磷濃度，在圖8E的肖特基結(jié)面露出工序中，在利用 刻蝕使形成肖特基結(jié)用的界面露出時(shí)，PSG膜越接近溝槽側(cè)，則刻蝕速度越快， 其結(jié)果，如圖9所示，能夠使絕緣膜104的端部形成為錐體形狀。通過(guò)將與第2電極106接觸的絕緣膜104的端部形成為錐體形狀，能夠緩 和肖特基結(jié)端部、即進(jìn)入溝槽103的第2電極106的下端附近的電場(chǎng)集中。因 而，能夠防止反向漏電流增加，防止浪涌電壓耐久量降低。(實(shí)施形態(tài)4)圖10A-B所示為本發(fā)明的其它實(shí)施形態(tài)的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件的剖視 圖。在圖10A-B中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件在半導(dǎo)體基板101的表面和背面中 的一個(gè)主面上形成雜質(zhì)濃度為低濃度的半導(dǎo)體層102，在低濃度的半導(dǎo)體層102 中形成多個(gè)溝槽103。溝槽103形成為從低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá)半 導(dǎo)體基板101的形狀。在半導(dǎo)體層102中，在溝槽103之間形成臺(tái)面部102a，在臺(tái)面部102a與 溝槽103的邊界部形成絕緣膜104，在用絕緣膜104包圍的溝槽103的內(nèi)部形 成第1電極105。在低濃度的半導(dǎo)體層102的表面覆蓋第1電極105地形成第2電極106， 第2電極106與半導(dǎo)體層102形成肖特基結(jié)，同時(shí)與第1電極105形成歐姆接 合。在半導(dǎo)體基板101的第2主面上形成第3電極107。半導(dǎo)體層102的內(nèi)部施加的電場(chǎng)強(qiáng)度與各部位的雜質(zhì)濃度成比例。因而， 通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體層102的各部位的雜質(zhì)濃度，使低濃度的半導(dǎo)體層102的擊穿 電壓在層內(nèi)為一定。再有，包圍全部臺(tái)面部102a及溝槽103，形成第l環(huán)狀溝槽108，包圍第1 環(huán)狀溝槽108的外周部，在外側(cè)形成帶狀臺(tái)面部102b，包圍帶狀臺(tái)面部102b 的外周部，形成第2環(huán)狀溝槽109，第1環(huán)狀溝槽108與第2環(huán)狀溝槽109平 行。在第1及第2環(huán)狀溝槽108及109與半導(dǎo)體層102的邊界部，分別形成絕 緣膜110及l(fā)ll，在被絕緣膜110及111包圍的第1及第2環(huán)狀溝槽108及109
的內(nèi)部，分別形成第4及第5電極112及113。外側(cè)的帶狀臺(tái)面部102b在由N型半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體層102上，形成由P 型半導(dǎo)體構(gòu)成的第2半導(dǎo)體層114，將第2半導(dǎo)體層114的表面與第1、 4、 5 電極105、 112、 113形成歐姆接合。因而，在外側(cè)的帶狀臺(tái)面部102b，利用由N型半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體層102 及由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的第2半導(dǎo)體層114，形成PN結(jié)Jl。該P(yáng)N結(jié)Jl的擊穿 電壓設(shè)計(jì)成低于內(nèi)側(cè)的臺(tái)面部102a的半導(dǎo)體層102的擊穿電壓，半導(dǎo)體器件 的擊穿電壓由PN結(jié)Jl來(lái)決定。這里，在具體的一個(gè)例子中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件設(shè)第2電極106的材 料為T(mén)i，肖特基勢(shì)壘的高度為0. 58eV， N型半導(dǎo)體基板101的雜質(zhì)濃度為3X 1019cra—3。設(shè)低濃度的半導(dǎo)體層102的雜質(zhì)濃度在從表面?zhèn)鹊?.5um的深度為 止為均勻的5X1015cm—3。然后，在利用外延形成半導(dǎo)體層102時(shí)，設(shè)從半導(dǎo)體 基板IOI起逐漸增加的雜質(zhì)的逐漸增加高度為2nm，半導(dǎo)體層102的逐漸增加 區(qū)域的雜質(zhì)濃度的濃度梯度為lX1019cm—4以下。設(shè)半導(dǎo)體層102的厚度為3.5 y m，臺(tái)面部102a及102b的寬度為2u m，溝槽深度為m，絕緣膜104、 108、 109為熱氧化膜，其厚度為2000A，第1、 4、 5電極105、 112、 113為N型摻 雜多晶硅，第2半導(dǎo)體層114的雜質(zhì)濃度為lX1017cm—3，其擴(kuò)散深度為lum。圖ll所示為以往的TMBS與本發(fā)明中的擊穿電壓的差異。 一般，TMBS為了 有效利用面積，要減小溝槽及臺(tái)面的尺寸，在l個(gè)半導(dǎo)體元件中形成盡可能多 的溝槽/臺(tái)面的結(jié)構(gòu)，越是這樣，則正向電壓降及反向漏電流越小。如上所述，擊穿電壓取決于溝槽的絕緣膜的厚度、溝槽底部的形狀、以及 半導(dǎo)體層的雜質(zhì)分布。越減小溝槽/臺(tái)面的尺寸，擊穿電壓相對(duì)于上述參數(shù)的 差異的相關(guān)性越大，各溝槽/臺(tái)面的每個(gè)溝槽/臺(tái)面的擊穿電壓的差異越大。如上所述，由于半導(dǎo)體器件的擊穿電壓與各溝槽/臺(tái)面的最小擊穿電壓相 等，因此越減小溝槽/臺(tái)面的尺寸，擊穿電壓的差異越大。另外，在本發(fā)明中， 是用PN結(jié)Jl來(lái)決定擊穿電壓，從而擊穿電壓的差異減小。圖12所示為T(mén)MBS及本發(fā)明的浪涌電壓的耐久量。如上所述，在施加浪涌 電壓及過(guò)渡電壓時(shí)，在半導(dǎo)體器件中，浪涌電壓通過(guò)擊穿電壓最低的部位。在 以往，由于溝槽/臺(tái)面的尺寸越小，溝槽/臺(tái)面的擊穿電壓的差異越大，因此浪 涌電流局部流向具有最小擊穿電壓的溝槽/臺(tái)面部，進(jìn)而溝槽/臺(tái)面部的浪涌電 壓的耐久量降低。其結(jié)果，在以往的TMBS中，浪涌電壓的耐久量變得非常低。 另一方面，在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，由于浪涌電流始終流過(guò)PN結(jié)部Jl， 因此與溝槽/臺(tái)面的尺寸無(wú)關(guān)，能夠保持浪涌電壓的耐久量。另外，由于越增 大PN結(jié)J1的面積，浪涌電壓的耐久量越增加，因此能夠減小溝槽/臺(tái)面的尺 寸，使正向電壓降及反向漏電流減小，能夠增大浪涌電壓的耐久量。(實(shí)施形態(tài)5)圖13所示為本發(fā)明的其它實(shí)施形態(tài)。在圖13中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件在半導(dǎo)體基板101的表面和背面中的一個(gè)主面上形成雜質(zhì)濃度為低濃度的半導(dǎo) 體層102，在低濃度的半導(dǎo)體層102中形成多個(gè)溝槽103。溝槽103形成為從 低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá)半導(dǎo)體基板101的形狀。在半導(dǎo)體層102中，在溝槽103之間形成多個(gè)臺(tái)面部102a，在臺(tái)面部102a 與溝槽103的邊界部形成絕緣膜104，在用絕緣膜104包圍的溝槽103的內(nèi)部 形成第1電極105。在低濃度的半導(dǎo)體層102的表面覆蓋第1電極105地形成第2電極106， 第2電極106與半導(dǎo)體層102形成肖特基結(jié)，同時(shí)與第1電極105形成歐姆接 合。在半導(dǎo)體基板101的表面和背面中的另一個(gè)主面上形成第3電極107。在低濃度的半導(dǎo)體層102的規(guī)定位置，形成雜質(zhì)濃度為高濃度的半導(dǎo)體層 115。半導(dǎo)體層115形成從低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá)半導(dǎo)體基板101 的形狀。形成絕緣膜116，覆蓋低濃度的半導(dǎo)體層102及高濃度的半導(dǎo)體層115 的表面，絕緣膜116在高濃度的半導(dǎo)體層115的表面開(kāi)窗口 ，而且與絕緣膜104 結(jié)合。然后，形狀第6電極117，覆蓋高濃度的半導(dǎo)體層115的窗口。上述的半導(dǎo)體器件是在低濃度的第1半導(dǎo)體層102的表面上具有陽(yáng)極電極 及陰極電極的倒裝芯片型半導(dǎo)體器件。通過(guò)采用倒裝芯片型，能夠大幅度減少 安裝面積。(實(shí)施形態(tài)6)圖14所示為本發(fā)明的其它實(shí)施形態(tài)。在圖14中，肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件 在半導(dǎo)體基板101的表面和背面中的一個(gè)主面上形成雜質(zhì)濃度為低濃度的半導(dǎo) 體層102，在低濃度的半導(dǎo)體層102中形成多個(gè)溝槽103。溝槽103形成為從 低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá)半導(dǎo)體基板101的形狀。在半導(dǎo)體層102中，在溝槽103之間形成臺(tái)面部102a，在臺(tái)面部102a與 溝槽103的邊界部形成絕緣膜104，在用絕緣膜104包圍的溝槽103的內(nèi)部形 成第1電極105。在低濃度的半導(dǎo)體層102的表面覆蓋第1電極105地形成第2電極106， 第2電極106與半導(dǎo)體層102形成肖特基結(jié)，同時(shí)與第1電極105形成歐姆接 合。在半導(dǎo)體基板101的表面和背面中的另一個(gè)主面上形成第3電極107。然后，形成從低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá)半導(dǎo)體基板101的另一個(gè) 主面的貫通孔118，在貫通孔118的側(cè)面及低濃度的半導(dǎo)體層102的表面形成 絕緣膜119。該絕緣膜119與溝槽103的絕緣膜104結(jié)合。然后，在貫通孔118 中形成第7電極120，第7電極120與在半導(dǎo)體基板101的另一個(gè)主面上形成 的第3電極107形成歐姆接合。上述的半導(dǎo)體器件是在低濃度的第1半導(dǎo)體層102的表面上具有陽(yáng)極電極 及陰極電極的倒裝芯片型半導(dǎo)體器件。通過(guò)采用倒裝芯片型，能夠大幅度減少 安裝面積。(實(shí)施形態(tài)7)圖15所示為本發(fā)明的其它實(shí)施形態(tài)。在圖15中，在導(dǎo)電型為N型或P型 的半導(dǎo)體基板(這里為P型)121上形成導(dǎo)電型不同的下層半導(dǎo)體層(這里為N 型)123，在下層半導(dǎo)體層123上形成導(dǎo)電型相同的低濃度的上層半導(dǎo)體層(這 里為N型)102。形成從低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá)半導(dǎo)體基板121的高濃度的半導(dǎo) 體分離層(這里為P型)122。形成從上層的低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá) 下層的半導(dǎo)體層123的多個(gè)溝槽103，在低濃度的半導(dǎo)體層102中，在溝槽103 之間形成臺(tái)面部102a，在臺(tái)面部102a與溝槽103的邊界部形成絕緣膜104， 在用絕緣膜104包圍的溝槽103的內(nèi)部形成第1電極105。在低濃度的半導(dǎo)體層102的表面覆蓋第1電極105地形成第2電極106， 將半導(dǎo)體層102與第2電極106形成肖特基結(jié)，將第1電極105與第2電極106 形成歐姆接合。形成從上層的低濃度的半導(dǎo)體層102的表面到達(dá)下層的半導(dǎo)體層123的高 濃度的半導(dǎo)體層(這里為N型)115，形成在高濃度的半導(dǎo)體層115的表面開(kāi)窗 口、而且與絕緣膜104結(jié)合的絕緣膜116。形成第6電極117，使其覆蓋高濃 度的半導(dǎo)體層115的窗口。
這能夠形成將DC-DC電源等使用的電源IC與整流器單片化的半導(dǎo)體集成 器件，能夠?qū)崿F(xiàn)電路的高集成化。(實(shí)施形態(tài)8)在本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件的制造方法中，使半導(dǎo)體基板101外延生長(zhǎng)低濃度的半導(dǎo)體層102。半導(dǎo)體基板101的N型雜質(zhì)使用砷。通過(guò)使用砷， 來(lái)降低半導(dǎo)體基板101的電阻，減小正向電壓降。另外，由于砷基板的外延生 長(zhǎng)層的雜質(zhì)濃度的差異大，因此使用甲硅垸氣體，在900 100(TC的低溫下進(jìn) 行外延生長(zhǎng)。通過(guò)這樣，能夠防止砷向外延生長(zhǎng)層、即低濃度的半導(dǎo)體層102 的擴(kuò)散，能夠減少低濃度的半導(dǎo)體層102中的雜質(zhì)濃度的差異。從而，能夠優(yōu) 化低濃度的半導(dǎo)體層102的雜質(zhì)濃度梯度，使擊穿電壓為最大。另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法中，由于對(duì)于上述以外的事項(xiàng)能 夠根據(jù)以往所使用的制造方法來(lái)制造，因此省略其它事項(xiàng)的制造方法的說(shuō)明。工業(yè)上的實(shí)用性本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件作為電源電路中的整流器所使用的半導(dǎo) 體器件，由于具有較小的反向漏電流及更高的阻斷電壓，形成正向電壓降小、 功率效率高的器件，對(duì)于浪涌電壓及過(guò)渡電壓具有高耐久性，因此能夠?qū)崿F(xiàn)電 源電路的低電壓、高效率、以及高可靠性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在半導(dǎo)體基板的一個(gè)主面上形成雜質(zhì)濃度比所述半導(dǎo)體基板要低的低濃度的半導(dǎo)體層，在所述半導(dǎo)體層內(nèi)形成從層表面到所述半導(dǎo)體基板的多個(gè)溝槽，將所述半導(dǎo)體層內(nèi)的所述溝槽之間形成為臺(tái)面部，在所述臺(tái)面部與所述溝槽的邊界部形成絕緣膜，在被所述絕緣膜包圍的所述溝槽的內(nèi)部形成第1電極，在所述半導(dǎo)體層的表面覆蓋第1電極地形成第2電極，第2電極與所述半導(dǎo)體層形成肖特基結(jié)，同時(shí)第2電極與第1電極形成歐姆接合，在所述半導(dǎo)體基板的另一個(gè)主面上形成第3電極。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，是在所述半導(dǎo)體層調(diào)整層內(nèi)的各部位的所述雜質(zhì)濃度，從而調(diào)整與所述雜 質(zhì)濃度成比例的所述半導(dǎo)體層內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度的半導(dǎo)體器件，并在所述半導(dǎo)體層 內(nèi)的擊穿電壓為一定。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，是在所述半導(dǎo)體層的層內(nèi)的所述雜質(zhì)濃度的濃度梯度分段變化，越接近所 述半導(dǎo)體基板越大的半導(dǎo)體器件，并在所述半導(dǎo)體層內(nèi)的擊穿電壓為一定。
4. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層在從第2電極與所述半導(dǎo)體層的肖特基結(jié)界面到距離所述半 導(dǎo)體基板一側(cè)至少lura的區(qū)域中的所述雜質(zhì)濃度實(shí)質(zhì)上為一定。
5. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層內(nèi)，在所述第1電極的周?chē)纬傻暮谋M區(qū)遍及所述溝槽之 間的全部寬度覆蓋所述臺(tái)面部。
6. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層內(nèi)形成包圍全部所述臺(tái)面部及全部所述溝槽的一對(duì)平行 環(huán)狀溝槽，將所述環(huán)狀溝槽之間形成為帶狀臺(tái)面部，沿著各環(huán)狀溝槽與所述半 導(dǎo)體層的邊界部形成帶狀絕緣膜，在一個(gè)所述環(huán)狀溝槽內(nèi)形成第4電極，在另 一個(gè)所述環(huán)狀溝槽內(nèi)形成第5電極，所述帶狀臺(tái)面部由成為下層部的所述半導(dǎo) 體層與成為上層部的和所述半導(dǎo)體層不同的導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層構(gòu)成，第2電極 與所述上層部的半導(dǎo)體層及第1、 4、 5電極進(jìn)行歐姆接合，所述帶狀臺(tái)面部的 上層部的半導(dǎo)體層與下層部的半導(dǎo)體層的PN結(jié)的擊穿電壓決定作為半導(dǎo)體器件的擊穿電壓。
7. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層內(nèi)，在第4、第5電極的周?chē)纬傻暮谋M區(qū)遍及所述環(huán)狀溝槽之間的全部寬度覆蓋所述帶狀臺(tái)面部。
8. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 第2電極在與所述半導(dǎo)體層的界面形成凹凸形狀。
9. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，第2電極的一部分進(jìn)入所述溝槽的內(nèi)部，在所述溝槽的內(nèi)部絕緣膜與第2 電極接觸，在所述溝槽的周?chē)纬伤霭雽?dǎo)體層與第2電極的肖特基結(jié)。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 在所述溝槽的內(nèi)部與第2電極接觸的所述絕緣膜的末端部分形成為錐形形狀。
11. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 形成從所述低濃度的半導(dǎo)體層的表面到達(dá)所述半導(dǎo)體基板的高濃度的半導(dǎo)體層，形成覆蓋所述低濃度的半導(dǎo)體層及所述高濃度的半導(dǎo)體層并與所述溝 槽的邊界部的絕緣膜接合的表面部的絕緣膜，在所述高濃度的半導(dǎo)體層的表面 上對(duì)所述表面部的絕緣膜開(kāi)窗口，形成覆蓋所述高濃度的半導(dǎo)體層的窗口的第 6電極。
12. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 形成從所述低濃度的半導(dǎo)體層的表面到達(dá)所述半導(dǎo)體基板的另一個(gè)主面的第7電極，在第7電極與所述低濃度的半導(dǎo)體層之間及第7電極與所述半導(dǎo) 體基板之間的電極邊界部形成絕緣膜，將第7電極與第3電極進(jìn)行歐姆接合。
13. 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 在所述半導(dǎo)體基板與所述低濃度的半導(dǎo)體層的層間形成高濃度的半導(dǎo)體層，并形成從所述低濃度的半導(dǎo)體層的表面到達(dá)所述半導(dǎo)體基板的高濃度的半 導(dǎo)體分離層，所述低濃度的半導(dǎo)體層及所述層間的高濃度的半導(dǎo)體層形成與所 述半導(dǎo)體基板不同的導(dǎo)電型，所述半導(dǎo)體分離層形成與所述半導(dǎo)體基板相同的 導(dǎo)電型。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種肖特基勢(shì)壘半導(dǎo)體器件，在低濃度的半導(dǎo)體層102的層內(nèi)形成到達(dá)半導(dǎo)體基板101的溝槽103，在溝槽103之間形成臺(tái)面部102a，通過(guò)這樣對(duì)于浪涌電壓及過(guò)渡電壓實(shí)現(xiàn)高耐久性。
文檔編號(hào)H01L29/47GK101114670SQ20071013842
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者大西一洋 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社