一种TMBS器件的制作方法

本发明涉及功率半导体器件，特别涉及一种tmbs器件。

背景技术：

1、肖特基二极管是由金属和n型半导体形成肖特基接触，从而实现正向导通，反向截止的功能，主要电参数为正向压降、击穿电压和反向漏电流。其中压降和击穿电压有着的2.5次方反比例函数关系，很难同时追求两个性能的同步提高。后续改进的jbs结构在边缘设立p+环，击穿电压和漏电流得到明显改善，正向压降在相同芯片尺寸下，几乎没有提升。由mos结构得到启发的tmbs，增加了多个矩形沟槽，将表面最大电场强度引入沟槽底部的同时，单位面积上的电流密度得到提高，相较于纯肖特基二极管，全面提升了静态电参数。

2、常规的tmbs器件一直在寻求更优的改进方案，如增加沟槽深度，增加了雪崩击穿电压，降低镜像力，减小了漏电流，但是增加了串联电阻，低vf的特点反而消失；或使用薄氧化层，增加台面面积，电流密度虽然提高了，但是沟槽拐角处的电势线更加密集，耐压降低；或改为单独的圆形或方形结构，改善原有连续矩形沟槽占据过多台面结构，在不降低击穿电压的同时，增加了有效电流密度。这些技术大多属于折中选取，或只提升其中单一电参数，无法进一步提高tmbs在功率半导体器件领域的应用。

技术实现思路

1、本申请通过提供一种tmbs器件，解决了现有技术中常规tmbs沟槽结构单一，有源区面积小，性能存在不足的问题，提供了更大的有源区面积，且进一步优化tmbs器件性能。

2、本申请实施例提供了一种tmbs器件，包括：

3、n+型衬底；

4、n-型外延层，设置于所述n+型衬底上方；

5、沟槽结构，开设于所述n-型外延层上部，所述沟槽结构包括多个圆角方环孔阵列和多个条形沟槽，多个所述条形沟槽平行间隔分布且任意相邻的两个所述条形沟槽之间均设置有一个所述圆角方环孔阵列，所述圆角方环孔阵列包括多个等距间隔且相邻分布的圆角方环孔沟槽，多个所述圆角方环孔沟槽排布方向与所述条形沟槽平行，所述条形沟槽和所述圆角方环孔沟槽的内壁均分别设置有氧化层并填充有导电的多晶硅；

6、势垒合金，设置于所述n-型外延层上方除所述沟槽结构以外的区域；

7、正面金属层，设置于所述势垒合金和所述沟槽结构上方；

8、背面金属层，设置于所述n+型衬底下方。

9、上述实施例的有益效果在于：该tmbs器件的沟槽结构，增大了有源区的面积，降低了压降；四面环绕的圆角方环孔和条形沟槽间隔分布，相较于圆形结构，增加了电荷耦合效率，相较于正方形结构，边缘的圆角避免了尖峰电场的形成，且能在降低压降的同时，有效提高击穿电压，提高了tmbs在低压高频分立功率器件的应用。

10、在上述实施例基础上，本申请可进一步改进，具体如下：

11、在本申请其中一个实施例中，所述n+型衬底掺as，电阻率为0.001～0.002ω·cm。

12、在本申请其中一个实施例中，所述n-型外延层掺p，电阻率为0.5～10ω·cm，厚度为5～10μm。

13、在本申请其中一个实施例中，所述圆角方环孔沟槽与相邻所述条形沟槽之间的间距为d1，相邻所述圆角方环孔沟槽之间的间距为d2，所述述圆角方环孔内边缘间距为d3，其中，d1与d2相等，d3是d2的2～3倍。增加电荷耦合效率的同时，避免电场“拥挤”。

14、在本申请其中一个实施例中，所述圆角方环孔沟槽的内边缘间距尺寸为4～6μm，外边缘间距尺寸为6～10μm，与相邻所述条形沟槽的间距为2～3μm，相邻所述圆角方环孔沟槽的间距为2～3μm，所述圆角方环孔沟槽和所述条形沟槽的沟槽宽度均为1～2μm，沟槽深度为2～6μm。上述实施例参数可进一步优化tmbs器件性能。

15、在本申请其中一个实施例中，所述氧化层厚度为200～500nm。薄氧化层会减小沟槽宽度，减小压降，厚氧化层会增加击穿电压，并在一定程度上减小漏电。

16、在本申请其中一个实施例中，所述多晶硅的掺杂杂质为磷，掺杂浓度为1e18～1e19cm3。

17、在本申请其中一个实施例中，所述多晶硅的掺杂杂质为砷，掺杂浓度为1e18～1e19cm3。使用砷掺杂，进一步降低电阻率。

18、在本申请其中一个实施例中，所述势垒合金为肖特基接触，正向导通，反向截止。

19、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

20、1.该tmbs器件的圆角方环孔阵列结构以及不连续的分布方式，相较于传统的单一条形沟槽，阵列中间及相邻阵列的肖特基接触范围增加，提供了更大的有源区面积，相同面积下电流密度更高，减小了压降；

21、2.该tmbs器件的四面环绕的圆角方环孔阵列和条形沟槽间隔结构，条形沟槽与圆角方环孔，及相邻圆角方环孔的等间距设计，增加了电荷耦合效率，均匀化电场线分布，增加电流传输能力的同时，进一步增加了tmbs的雪崩击穿电压。

技术特征：

1.一种tmbs器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的tmbs器件，其特征在于：所述n+型衬底掺as，电阻率为0.001～0.002ω·cm。

3.根据权利要求2所述的tmbs器件，其特征在于：所述n-型外延层掺p，电阻率为0.5～10ω·cm，厚度为5～10μm。

4.根据权利要求1所述的tmbs器件，其特征在于：所述圆角方环孔沟槽与相邻所述条形沟槽之间的间距为d1，相邻所述圆角方环孔沟槽之间的间距为d2，所述述圆角方环孔内边缘间距为d3，其中，d1与d2相等，d3是d2的2～3倍。

5.根据权利要求4所述的tmbs器件，其特征在于：所述圆角方环孔沟槽的内边缘间距尺寸为4～6μm，外边缘间距尺寸为6～10μm，与相邻所述条形沟槽的间距为2～3μm，相邻所述圆角方环孔沟槽的间距为2～3μm，所述圆角方环孔沟槽和所述条形沟槽的沟槽宽度均为1～2μm，沟槽深度为2～6μm。

6.根据权利要求5所述的tmbs器件，其特征在于：所述氧化层厚度为200～500nm。

7.根据权利要求1所述的tmbs器件，其特征在于：所述多晶硅的掺杂杂质为磷，掺杂浓度为1e18～1e19cm3。

8.根据权利要求1所述的tmbs器件，其特征在于：所述多晶硅的掺杂杂质为砷，掺杂浓度为1e18～1e19cm3。

9.根据权利要求1所述的tmbs器件，其特征在于：所述势垒合金为肖特基接触，正向导通，反向截止。

10.一种如权利要求1-9任一所述的tmbs器件的制备方法，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了功率半导体器件技术领域内的一种TMBS器件，包括：N+型衬底、N‑型外延层；沟槽结构，开设于N‑型外延层上部，沟槽结构包括多个圆角方环孔阵列和多个条形沟槽，多个条形沟槽平行间隔分布且任意相邻的两个条形沟槽之间均设置有一个圆角方环孔阵列，圆角方环孔阵列包括多个等距间隔且相邻分布的圆角方环孔沟槽，多个圆角方环孔沟槽排布方向与条形沟槽平行，条形沟槽和圆角方环孔沟槽的内壁均分别设置有氧化层并填充有导电多晶硅；势垒合金，设置于N‑型外延层上方。该TMBS器件的沟槽结构，增大了有源区的面积，在降低压降的同时有效提高击穿电压，提高了TMBS在低压高频分立功率器件的应用。技术研发人员：金炜,郑龙飞,王静,王圣涛受保护的技术使用者：扬州国宇电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25