一种在沟槽型双层栅结构内集成肖特基二极管的方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种在沟槽型双层栅结构内集成肖特基二极管的方法。


背景技术：

2.肖特基二极管是以其发明人肖特基博士(schottky)命名的，sbd是肖特基势垒二极管(schottky barrier diode，缩写成sbd)的简称。sbd不是利用p型半导体与n型半导体接触形成pn结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，sbd也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。
3.肖特基二极管是金属a为正极，以n型半导体b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，金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的b中向浓度低的a中扩散。显然，金属a中没有空穴，也就不存在空穴自a向b的扩散运动。随着电子不断从b扩散到a，b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b至a。但在该电场作用之下，a中的电子也会产生从a至b的漂移运动，从而消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。
4.sbd具有开关频率高、开关损耗晓和正向压降低等优点，尤其适合于高频应用，但其反向偏压较低及反向漏电流偏大。发展100v以上的高压sbd，一直是人们研究的课题和关注的热点。


技术实现要素：

5.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在沟槽型双层栅结构内集成肖特基二极管的方法，用于解决现有技术中肖特基二极管反向偏压较低及反向漏电流偏大的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在沟槽型双层栅结构内集成肖特基二极管的方法，至少包括：
7.步骤一、在基底上形成多个沟槽，所述多个沟槽分别为sbd区、元胞区以及第一、第二沟槽区；
8.步骤二、在所述多个沟槽的侧壁和底部形成第一介质层；
9.步骤三、淀积多晶硅填充满所述多个沟槽；
10.步骤四、对所述多个沟槽中的多晶硅进行光刻和回刻，其中刻蚀去除所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中上段的多晶硅，剩余在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区内的多晶硅形成第一多晶硅层；并保留所述第一沟槽区中全部的多晶硅；
11.步骤五、淀积高密度等离子体氧化膜，以填充所述sbd区、元胞区以及所述第二沟
槽区中上段的部分，并且所述高密度等离子体氧化膜覆盖于所述基底上的所述多个沟槽上表面；
12.步骤六、研磨所述基底上表面的所述高密度等离子体氧化膜，使所述高密度等离子体氧化膜高于所述多个沟槽上方3000埃为止；
13.步骤七、对所述高密度等离子体氧化膜进行光刻和回刻，去除所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区上段的所述高密度等离子体氧化膜，所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中剩余一部分高度的所述高密度等离子体氧化膜覆盖在所述第一多晶硅层上；
14.步骤八、在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区暴露的表面形成第一栅氧化层；
15.步骤九、光刻和刻蚀去除所述sbd区中的所述第一栅氧化层；
16.步骤十、在所述sbd区中被暴露的表面形成第二栅氧化层；
17.步骤十一、在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区内淀积多晶硅，形成第二多晶硅层；
18.步骤十二、在所述元胞区与所述第一沟槽区之间的区域、所述第一、第二沟槽区之间的区域进行离子注入分别形成体区，所述体区为第一注入区；
19.步骤十三、在所述体区进行离子注入形成第二注入区；
20.步骤十四、在所述多个沟槽的上表面覆盖第二介质层；
21.步骤十五、在所述sbd区与元胞区之间的区域、所述元胞区与所述第一沟槽区之间的所述第一注入区、所述第一沟槽区的所述多晶硅上、所述第二沟槽区的所述第二多晶硅层上分别形成接触孔；
22.步骤十六、覆盖金属层以填充所述接触孔，并且刻蚀所述金属层以断开所述第一、第二沟槽接触孔上的所述金属层。
23.优选地，步骤一中在所述基底上通过湿法腐蚀形成所述多个沟槽。
24.优选地，步骤二中通过淀积在所述多个沟槽的侧壁和底部形成所述第一介质层。
25.优选地，步骤四中对所述多个沟槽中的多晶硅进行光刻和回刻的方法为：在所述多个沟槽上覆盖光刻胶，光刻打开所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区，之后刻蚀去除所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中上段的多晶硅，保留所述第一沟槽区中全部的多晶硅。
26.优选地，步骤六中研磨所述基底上表面的所述高密度等离子体氧化膜的方法为化学机械研磨。
27.优选地，步骤七中对所述高密度等离子体氧化膜进行光刻和回刻的方法为：用光刻胶覆盖所述多个沟槽上表面，光刻打开所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区，之后湿法刻蚀所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中的高密度等离子体氧化膜。
28.优选地，步骤八中形成的所述第一栅氧化层覆盖在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区上段的底部和侧壁，其厚度为250～1000埃。
29.优选地，步骤九中光刻和刻蚀去除所述sbd区中的所述第一栅氧化层的方法为：在所述多个沟槽覆盖光刻胶，光刻打开所述元胞区、第一、第二沟槽区，之后湿法刻蚀去除所述sbd区中的所述第一栅氧化层。
30.优选地，步骤十中形成所述第二栅氧化层前先去除所述光刻胶，并且形成的所述
第二栅氧化层的厚度为50～250埃。
31.优选地，步骤十二中形成所述体区的方法为：在所述多个沟槽上覆盖光刻胶，之后光刻打开所述元胞区与所述第一沟槽区之间的区域、所述第一、第二沟槽区之间的区域，并注入形成所述体区。
32.优选地，步骤十五中形成所述接触孔的方法为：刻蚀所述第二介质层之后依次刻蚀所述sbd区与元胞区之间的区域、所述元胞区与所述第一沟槽区之间的所述第一注入区、所述第一沟槽区的所述多晶硅、所述第二沟槽区的所述第二多晶硅层，形成所述接触孔。
33.如上所述，本发明的在沟槽型双层栅结构内集成肖特基二极管的方法，具有以下有益效果：本发明在元胞区部分区域不做体区注入和source注入，与元胞区的source接触孔一样，底部进行与体区同型的注入，使肖特基二极管集成在元胞区内部。通过增加一道栅极光刻，使元胞区的沟槽型双层栅mos管和肖特基二极管的栅氧厚度得以区分，实现调节控制肖特基二极管的阈值电压。
附图说明
34.图1显示为本发明中形成在基底上的多个沟槽的结构示意图；
35.图2显示为本发明中在多个沟槽的侧壁和底部形成第一介质层的结构示意图；
36.图3显示为本发明中在多个沟槽中淀积多晶硅后的结构示意图；
37.图4显示为本发明中刻蚀去除sbd区、元胞区以及第二沟槽区中上段的多晶硅后的结构示意图；
38.图5显示为本发明中淀积高密度等离子体氧化膜后的结构示意图；
39.图6显示为本发明中研磨基底上表面的高密度等离子体氧化膜后的结构示意图；
40.图7显示为本发明中去除sbd区、元胞区以及第二沟槽区上段的高密度等离子体氧化膜后的结构示意图；
41.图8显示为本发明中在sbd区、元胞区以及第二沟槽区暴露的表面形成第一栅氧化层的结构示意图；
42.图9显示为本发明中光刻和刻蚀去除sbd区中的第一栅氧化层后的结构示意图；
43.图10显示为本发明中在sbd区中被暴露的表面形成第二栅氧化层后的结构示意图；
44.图11显示为本发明中在sbd区、元胞区以及第二沟槽区内形成第二多晶硅层后的结构示意图；
45.图12显示为本发明中形成第一注入区后的结构示意图；
46.图13显示为本发明中在体区进行离子注入形成第二注入区后的结构示意图；
47.图14显示为本发明中在多个沟槽的上表面覆盖第二介质层的结构示意图；
48.图15显示为本发明中形成接触孔后的结构示意图；
49.图16显示为本发明中形成金属层后的结构示意图。
具体实施方式
50.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
51.请参阅图1至图16。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
52.本发明提供一种在沟槽型双层栅结构内集成肖特基二极管的方法，至少包括以下步骤：
53.步骤一、在基底上形成多个沟槽，所述多个沟槽分别为sbd区、元胞区以及第一、第二沟槽区；如图1所示，图1显示为本发明中形成在基底上的多个沟槽的结构示意图。该步骤一中在基底上形成多个沟槽，所述多个沟槽分别为sbd区01、元胞区02以及第一沟槽区03、第二沟槽区04。
54.本发明进一步地，本实施例的步骤一中在所述基底上通过湿法腐蚀形成所述多个沟槽。
55.步骤二、在所述多个沟槽的侧壁和底部形成第一介质层；如图2所示，图2显示为本发明中在多个沟槽的侧壁和底部形成第一介质层的结构示意图。该步骤二中在所述sbd区01、元胞区02以及第一沟槽区03、第二沟槽区04的底部和侧壁形成所述第一介质层05。
56.本发明进一步地，本实施例的步骤二中通过淀积在所述多个沟槽的侧壁和底部形成所述第一介质层。
57.步骤三、淀积多晶硅填充满所述多个沟槽；如图3所示，图3显示为本发明中在多个沟槽中淀积多晶硅后的结构示意图。该步骤三中淀积多晶硅06填充满所述sbd区01、元胞区02以及第一沟槽区03、第二沟槽区04。
58.步骤四、对所述多个沟槽中的多晶硅进行光刻和回刻，其中刻蚀去除所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中上段的多晶硅，剩余在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区内的多晶硅形成第一多晶硅层；并保留所述第一沟槽区中全部的多晶硅；如图4所示，图4显示为本发明中刻蚀去除sbd区、元胞区以及第二沟槽区中上段的多晶硅后的结构示意图。该步骤四中对所述多个沟槽中的多晶硅进行光刻和回刻，其中刻蚀去除所述sbd区01、元胞区02以及所述第二沟槽区04中上段的多晶硅，剩余在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区内的多晶硅形成第一多晶硅层07；并保留所述第一沟槽区02中全部的多晶硅。
59.本发明进一步地，本实施例的步骤四中对所述多个沟槽中的多晶硅进行光刻和回刻的方法为：在所述多个沟槽上覆盖光刻胶，光刻打开所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区，之后刻蚀去除所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中上段的多晶硅，保留所述第一沟槽区中全部的多晶硅。
60.步骤五、淀积高密度等离子体氧化膜，以填充所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中上段的部分，并且所述高密度等离子体氧化膜覆盖于所述基底上的所述多个沟槽上表面；如图5所示，图5显示为本发明中淀积高密度等离子体氧化膜后的结构示意图，该步骤五淀积高密度等离子体氧化膜08，以填充所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中上段的部分，并且所述高密度等离子体氧化膜覆盖于所述基底上的所述多个沟槽上表面。
61.步骤六、研磨所述基底上表面的所述高密度等离子体氧化膜，使所述高密度等离
子体氧化膜高于所述多个沟槽上方3000埃为止；如图6所示，图6显示为本发明中研磨基底上表面的高密度等离子体氧化膜后的结构示意图。该步骤六中研磨所述基底上表面的所述高密度等离子体氧化膜08，使所述高密度等离子体氧化膜08高于所述多个沟槽上方3000埃为止。
62.本发明进一步地，本实施例的步骤六中研磨所述基底上表面的所述高密度等离子体氧化膜的方法为化学机械研磨。
63.步骤七、对所述高密度等离子体氧化膜进行光刻和回刻，去除所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区上段的所述高密度等离子体氧化膜，所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中剩余一部分高度的所述高密度等离子体氧化膜覆盖在所述第一多晶硅层上；如图7所示，图7显示为本发明中去除sbd区、元胞区以及第二沟槽区上段的高密度等离子体氧化膜后的结构示意图，该步骤七中对所述高密度等离子体氧化膜进行光刻和回刻，去除所述sbd区01、元胞区02以及所述第二沟槽区04上段的所述高密度等离子体氧化膜，所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中剩余一部分高度的所述高密度等离子体氧化膜覆盖在所述第一多晶硅层上。
64.本发明进一步地，本实施例的步骤七中对所述高密度等离子体氧化膜进行光刻和回刻的方法为：用光刻胶覆盖所述多个沟槽上表面，光刻打开所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区，之后湿法刻蚀所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区中的高密度等离子体氧化膜。
65.步骤八、在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区暴露的表面形成第一栅氧化层；如图8所示，图8显示为本发明中在sbd区、元胞区以及第二沟槽区暴露的表面形成第一栅氧化层的结构示意图，该步骤八在所述sbd区01、元胞区02以及所述第二沟槽区04暴露的表面形成第一栅氧化层09。
66.本发明进一步地，本实施例的步骤八中形成的所述第一栅氧化层覆盖在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区上段的底部和侧壁，其厚度为250～1000埃。
67.步骤九、光刻和刻蚀去除所述sbd区中的所述第一栅氧化层；如图9所示，图9显示为本发明中光刻和刻蚀去除sbd区中的第一栅氧化层后的结构示意图。该步骤九光刻和刻蚀去除所述sbd区01中的所述第一栅氧化层。
68.本发明进一步地，本实施例的步骤九中光刻和刻蚀去除所述sbd区中的所述第一栅氧化层的方法为：在所述多个沟槽覆盖光刻胶，光刻打开所述元胞区、第一、第二沟槽区，之后湿法刻蚀去除所述sbd区中的所述第一栅氧化层。
69.步骤十、在所述sbd区中被暴露的表面形成第二栅氧化层；如图10所示，图10显示为本发明中在sbd区中被暴露的表面形成第二栅氧化层后的结构示意图。该步骤十在所述sbd区01中被暴露的表面形成第二栅氧化层11。
70.本发明进一步地，本实施例的步骤十中形成所述第二栅氧化层前先去除所述光刻胶，并且形成的所述第二栅氧化层的厚度为50～250埃。
71.步骤十一、在所述sbd区、元胞区以及所述第二沟槽区内淀积多晶硅，形成第二多晶硅层；如图11所示，图11显示为本发明中在sbd区、元胞区以及第二沟槽区内形成第二多晶硅层后的结构示意图，该步骤十一在所述sbd区01、元胞区02以及所述第二沟槽区04内淀积多晶硅，形成第二多晶硅层12。
72.步骤十二、在所述元胞区与所述第一沟槽区之间的区域、所述第一、第二沟槽区之间的区域进行离子注入分别形成体区，所述体区为第一注入区；如图12所示，图12显示为本发明中形成第一注入区后的结构示意图，该步骤十二在所述元胞区02与所述第一沟槽区03之间的区域、所述第一、第二沟槽区之间的区域进行离子注入分别形成体区13，所述体区为第一注入区。
73.本发明进一步地，本实施例的步骤十二中形成所述体区的方法为：在所述多个沟槽上覆盖光刻胶，之后光刻打开所述元胞区与所述第一沟槽区之间的区域、所述第一、第二沟槽区之间的区域，并注入形成所述体区。
74.步骤十三、在所述体区进行离子注入形成第二注入区；如图13所示，图13显示为本发明中在体区进行离子注入形成第二注入区后的结构示意图，该步骤十三在所述体区13进行离子注入形成第二注入区14。
75.步骤十四、在所述多个沟槽的上表面覆盖第二介质层；如图14所示，图14显示为本发明中在多个沟槽的上表面覆盖第二介质层的结构示意图，该步骤十四在所述多个沟槽的上表面覆盖第二介质层15。
76.步骤十五、在所述sbd区与元胞区之间的区域、所述元胞区与所述第一沟槽区之间的所述第一注入区、所述第一沟槽区的所述多晶硅上、所述第二沟槽区的所述第二多晶硅层上分别形成接触孔；如图15所示，图15显示为本发明中形成接触孔后的结构示意图，该步骤十五在所述sbd区与元胞区之间的区域、所述元胞区与所述第一沟槽区之间的所述第一注入区、所述第一沟槽区的所述多晶硅上、所述第二沟槽区的所述第二多晶硅层上分别形成接触孔16。
77.本发明进一步地，本实施例的步骤十五中形成所述接触孔的方法为：刻蚀所述第二介质层之后依次刻蚀所述sbd区与元胞区之间的区域、所述元胞区与所述第一沟槽区之间的所述第一注入区、所述第一沟槽区的所述多晶硅、所述第二沟槽区的所述第二多晶硅层，形成所述接触孔。
78.步骤十六、覆盖金属层以填充所述接触孔，并且刻蚀所述金属层以断开所述第一、第二沟槽接触孔上的所述金属层。如图16所示，图16显示为本发明中形成金属层后的结构示意图。该步骤十六覆盖金属层17以填充所述接触孔，并且刻蚀所述金属层17以断开所述第一、第二沟槽接触孔上的所述金属层17。
79.综上所述，本发明在元胞区部分区域不做体区注入和source注入，与元胞区的source接触孔一样，底部进行与体区同型的注入，使肖特基二极管集成在元胞区内部。通过增加一道栅极光刻，使元胞区的沟槽型双层栅mos管和肖特基二极管的栅氧厚度得以区分，实现调节控制肖特基二极管的阈值电压。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
80.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。