Tmbs器件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種溝槽型MOS勢皇肖特基二極管(Trench MOS Barrier Controlled Schocttky Rectifier，TMBS)器件；本發明還涉及一種TMBS器件的制造方法。
【背景技術】
[0002]TMBS器件相對于平面結構的肖特基二極管增加了溝槽柵MOSFET結構，溝槽柵MOSFET的溝槽之間的表面才形成肖特基接觸，溝槽柵MOSFET用于在肖特基二極管的反向偏置時對溝槽之間的N型外延層進行橫向耗盡，從而能夠提高反向擊穿電壓，這樣也能夠采用更高摻雜濃度或更薄的N型外延層，從而能降低器件的正向導通電阻以及正向導通電壓(VF)0
[0003]正向導通電壓的降低有助于提高器件的性能，如何在現有器件的基礎上進一步的降低器件的正向導通電壓為本申請的研究課題。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種TMBS器件，能降低器件的正向導通電壓、提高器件的性能。為此，本發明還提供一種TMBS器件的制造方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供的TMBS器件包括:
[0006]N型半導體襯底，在所述N型半導體襯底上形成有N型外延層。
[0007]在所述N型外延層中形成有多個溝槽，在各所述溝槽中的內部表面形成有柵介質層，在形成有所述柵介質層的各所述溝槽中填充有多晶硅柵。
[0008]在各所述溝槽外的所述N型外延層表面形成有可控晶格缺陷，所述可控晶格缺陷的密度和深度能夠調整。
[0009]在所述可控晶格缺陷表面形成有肖特基金屬接觸，通過調整所述可控晶格缺陷的密度和深度來降低TMBS器件的正向導通電壓。
[0010]正面金屬層覆蓋在所述肖特基金屬接觸和所述多晶硅柵表面，所述正面金屬層引出正極。
[0011]在所述N型半導體襯底的背面形成有背面金屬層，所述背面金屬層引出負極。
[0012]進一步的改進是，所述N型半導體襯底為N型硅襯底，所述N型外延層為N型硅外延層。
[0013]進一步的改進是，所述可控晶格缺陷通過硅離子注入形成，通過調節所述硅離子注入的劑量調節所述可控晶格缺陷的密度，通過調節所述硅離子注入的能量調節所述可控晶格缺陷的深度。
[0014]進一步的改進是，所述娃離子注入的劑量為lel3cm—2?lel6cm—2。
[0015]進一步的改進是，所述娃離子注入的劑量為1kev?200kev。
[0016]進一步的改進是，所述N型外延層的厚度為2微米?10微米，電阻率為0.1歐姆.厘米?2歐姆.厘米。
[0017]進一步的改進是，所述溝槽的深度為0.5微米?5微米。
[0018]進一步的改進是，所述柵介質層為柵氧化層。
[0019]進一步的改進是，所述柵介質層為柵氧化層，所述柵介質層的厚度為500埃米?10000埃米。
[0020]進一步的改進是，所述肖特基金屬接觸為由底層的鈦和頂層的氮化鈦組成的復合膜和表面具有所述可控晶格缺陷的所述N型外延層進行快速熱退火形成的接觸。
[0021]進一步的改進是，所述復合膜的底層鈦的厚度為100埃米?300埃米，所述復合膜的頂層氮化鈦的厚度為1200埃米?8000埃米。
[0022]進一步的改進是，所述快速熱退火的溫度為650°C?750°C。
[0023]為解決上述技術問題，本發明提供的TMBS器件的制造方法包括如下步驟:
[0024]步驟一、提供表面形成有N型外延層的N型半導體襯底。
[0025]步驟二、在所述N型外延層中形成多個溝槽。
[0026]步驟三、在各所述溝槽中的內部表面形成柵介質層，在形成有所述柵介質層的各所述溝槽中填充多晶硅柵。
[0027]步驟四、在各所述溝槽外的所述N型外延層表面形成可控晶格缺陷，所述可控晶格缺陷的密度和深度能夠調整。
[0028]步驟五、在所述可控晶格缺陷表面形成肖特基金屬接觸，通過調整所述可控晶格缺陷的密度和深度來降低TMBS器件的正向導通電壓。
[0029]步驟六、形成正面金屬層，所述正面金屬層覆蓋在所述肖特基金屬接觸和所述多晶硅柵表面，所述正面金屬層引出正極。
[0030]步驟七、對所述N型半導體襯底進行背面減薄并在減薄后的所述N型半導體襯底的背面形成背面金屬層，所述背面金屬層引出負極。
[0031]進一步的改進是，步驟一中所述N型半導體襯底為N型硅襯底，所述N型外延層為N型硅外延層。
[0032]進一步的改進是，步驟二中形成所述溝槽包括如下分步驟:
[0033]步驟21、在所述N型外延層表面形成硬質掩模層。
[0034]步驟22、在所述硬質掩模層表面涂布光刻膠并采用光刻工藝定義出所述溝槽的形成區域。
[0035]步驟23、以所述光刻膠為掩模對所述硬質掩模層進行刻蝕，該刻蝕工藝將所述溝槽形成區域的所述硬質掩模層去除、所述溝槽形成區域外的所述硬質掩模層保留。
[0036]步驟24、去除所述光刻膠，以所述硬質掩模層為掩模對所述N型外延層進行刻蝕形成各所述溝槽。
[0037]進一步的改進是，所述可控晶格缺陷通過硅離子注入形成，通過調節所述硅離子注入的劑量調節所述可控晶格缺陷的密度，通過調節所述硅離子注入的能量調節所述可控晶格缺陷的深度。
[0038]進一步的改進是，所述娃離子注入的劑量為lel3cm—2?lel6cm—2。
[0039]進一步的改進是，所述娃離子注入的劑量為1kev?200kev。
[0040]進一步的改進是，在形成所述可控晶格缺陷之前還包括如下步驟:
[0041]步驟41、采用熱氧化工藝在各所述溝槽外的所述N型外延層表面形成犧牲氧化層。
[0042]步驟42、去除所述犧牲氧化層以去除各所述溝槽外的所述N型外延層表面中的不可控晶格損傷。
[0043]進一步的改進是，所述N型外延層的厚度為2微米?10微米，電阻率為0.1歐姆.厘米?2歐姆.厘米。
[0044]進一步的改進是，所述溝槽的深度為0.5微米?5微米。
[0045]進一步的改進是，所述柵介質層為柵氧化層。
[0046]進一步的改進是，所述柵介質層為柵氧化層，所述柵介質層的厚度為500埃米?10000埃米。
[0047 ]進一步的改進是，步驟五中形成所述肖特基金屬接觸的步驟為:
[0048]依次在所述可控晶格缺陷表面形成底層的鈦和頂層的氮化鈦，底層的鈦和頂層的氮化鈦組成復合膜。
[0049]進行快速熱退火工藝使所述復合膜和表面具有所述可控晶格缺陷的所述N型外延層相接觸形成所述肖特基金屬接觸。
[0050]進一步的改進是，所述復合膜的底層鈦的厚度為100埃米?300埃米，所述復合膜的頂層氮化鈦的厚度為1200埃米?8000埃米。
[0051 ]進一步的改進是，所述快速熱退火的溫度為650°C?750°C。
[0052]進一步的改進是，步驟六中采用光刻刻蝕對所述正面金屬層進行圖形化形成所述正極。
[0053]進一步的改進是，所述正面金屬層的圖形化之后進行氫氣退火工藝來做合金化。
[0054]進一步的改進是，所述合金化的氫氣退火溫度為400攝氏度?450攝氏度，時間為15分鐘?90分鐘。
[0055]本發明通過在溝槽之間的N型外延層表面引