本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體元件及其制造方法，且特別涉及一種用于整流的溝槽式肖特基二極管元件及其制造方法。

背景技術(shù)：

不同于一般的PN二極管，肖特基二極管(Schottky diode)是利用金屬與半導(dǎo)體接合時(shí)所產(chǎn)生的肖特基能障(Schottky barrier)，來(lái)產(chǎn)生整流的效果。并且，肖特基二極管具有較低的導(dǎo)通電壓降，以及較高的切換速度。除此之外，肖特基二極管能承載較大的順向電流，并阻擋反向偏壓電流。因此，肖特基二極管系為一種低功耗、大電流及超高速的半導(dǎo)體器件。

因此，肖特基二極管(Schottky diode)是一種重要的功率元件，目前已被廣泛地應(yīng)用在電源供應(yīng)器的開(kāi)關(guān)、馬達(dá)控制、通信元件的切換、工廠自動(dòng)化設(shè)備、電子自動(dòng)化以及其他高速電源交換式應(yīng)用，做為輸出整流二極管之用。

然而，肖特基二極管的反向崩潰電壓(reverse breakdown voltage)較低，且在被施加反向偏壓時(shí)，肖特基二極管具有較大的漏電流。當(dāng)反向偏壓大于肖特基二極管的反向崩潰電壓時(shí)，逆向電流會(huì)通過(guò)肖特基二極管，并有可能導(dǎo)致肖特基二極管因過(guò)熱而燒毀。另外，肖特基二極管的工藝復(fù)雜度較高，制作成本也較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種二極管結(jié)構(gòu)及其制造方法，用以提高肖特基二極管的反向崩潰電壓，并降低肖特基二極管的反向漏電流。由于肖特基二極管的反向崩潰電壓提高，可選用具有較低能障的肖特基金屬，以更進(jìn)一步降低肖特基二極管的導(dǎo)通電壓。

本發(fā)明其中一實(shí)施例提供一種二極管元件，其包括基板、磊晶層、溝槽式柵極結(jié)構(gòu)、肖特基二極管結(jié)構(gòu)及終端結(jié)構(gòu)。磊晶層設(shè)置于基板上，其中磊晶層定義一主動(dòng)區(qū)及一鄰近所述主動(dòng)區(qū)的終止區(qū)。肖特基二極管結(jié)構(gòu)與溝槽式柵極結(jié)構(gòu)皆位于主動(dòng)區(qū)，而終端結(jié)構(gòu)位于終止區(qū)。終端結(jié)構(gòu)包括終端溝槽、終端絕緣層、第一間隙壁、第二間隙壁及第一摻雜區(qū)。終端溝槽形成于磊晶層中，其中終端溝槽的內(nèi)壁面具有一靠近主動(dòng)區(qū)的第一側(cè)壁面及一與第一側(cè)壁面相對(duì)并遠(yuǎn)離主動(dòng)區(qū)的第二側(cè)壁面。終端絕緣層順形地覆蓋于終端溝槽的內(nèi)壁面。第一間隙壁位于終端溝槽內(nèi)，并疊設(shè)于終端絕緣層上，其中第一間隙壁緊靠第一側(cè)壁面。第二間隙壁位于終端溝槽內(nèi)，并疊設(shè)于終端絕緣層上，其中第二間隙壁緊靠第二側(cè)壁面。第一摻雜區(qū)形成于終止區(qū)，并位于終端結(jié)構(gòu)下方，其中第一摻雜區(qū)與磊晶層具有相反的導(dǎo)電型。

本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種二極管元件的制造方法，其包括：提供一基板；形成一磊晶層于所述基板上，其中所述磊晶層定義一主動(dòng)區(qū)以及一位于所述主動(dòng)區(qū)外圍的終止區(qū)；執(zhí)行一蝕刻步驟，以在磊晶層中形成一位于主動(dòng)區(qū)的溝槽及一位于終止區(qū)的終端溝槽，其中終端溝槽的寬度大于溝槽的寬度，且溝槽于主動(dòng)區(qū)中定義出至少一平臺(tái)，其中終端溝槽的內(nèi)壁面包括底表面、第一側(cè)壁面及與第一側(cè)壁面相對(duì)的第二側(cè)壁面；執(zhí)行第一摻雜步驟于磊晶層，以在鄰近終端溝槽下方的磊晶層中形成一摻雜區(qū)，其中摻雜區(qū)與磊晶層具有相反的導(dǎo)電型；形成一介電層，以覆蓋溝槽的內(nèi)壁面，平臺(tái)的頂面以及終端溝槽的內(nèi)壁面，其中終端溝槽的內(nèi)壁面包括一底表面及兩側(cè)壁面；形成一柵極于溝槽內(nèi)，并在終端溝槽的第一側(cè)壁面與第二側(cè)壁面上分別形成一第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)及一第二側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)；形成一硬質(zhì)掩膜層覆蓋所述主動(dòng)區(qū)，以及部分第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)；執(zhí)行一第二熱氧化工藝，以在所述終端溝槽底部形成一底部氧化層，并擴(kuò)大摻雜區(qū)的范圍而形成一第一摻雜區(qū)，其中所述底部氧化層的厚度由中間朝兩端的方向遞減；移除硬質(zhì)掩膜層以及位于平臺(tái)頂面上的部分介電層，以分別于溝槽與終端溝槽中形成一柵極介電層及一終端絕緣層；以及形成一金屬層于主動(dòng)區(qū)，其中金屬層電性連接?xùn)艠O，并接觸所述平臺(tái)的頂面，以形成肖特基接觸。

綜上所述，本發(fā)明所提供的二極管元件及其制造方法，通過(guò)在終端溝槽下方的磊晶層中形成一具有和磊晶層的導(dǎo)電型相反的摻雜區(qū)，可改變電場(chǎng)分布，從而提高肖特基二極管的反向崩潰電壓，并降低反向漏電流。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

圖1A繪示本發(fā)明實(shí)施例的二極管元件的剖面示意圖。

圖1B繪示圖1A中在終端結(jié)構(gòu)的局部放大圖。

圖2繪示本發(fā)明實(shí)施例的二極管元件的制造方法的流程圖。

圖3A至3K分別繪示本發(fā)明一實(shí)施例的二極管元件在各步驟中的剖面示意圖。

其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：

二極管元件 1

基板 100

上表面 100a

背面 100b

主動(dòng)區(qū) AR

終止區(qū) TR

磊晶層 110

終端結(jié)構(gòu) 12

終端溝槽 120

第一側(cè)壁面 S1

第二側(cè)壁面 S2

底表面 S3

第一摻雜區(qū) 121

終端絕緣層 122

側(cè)壁氧化層 122a、122b

底部氧化層 122c

第一厚度 t1

第二厚度 t2

下表面 122s

第一間隙壁 123

第一半導(dǎo)體層 123a

第一絕緣層 123b

第二間隙壁 124

第二半導(dǎo)體層 124a

第二絕緣層 124b

終端平臺(tái) 125

溝槽式柵極結(jié)構(gòu) 13

溝槽 130

柵極介電層 131

柵極 132

肖特基二極管結(jié)構(gòu) 14

平臺(tái) 141

金屬層 142

第二摻雜區(qū) 140

第一接觸墊 15

第二接觸墊 16

終端溝槽寬度 W1

溝槽寬度 W2

重疊長(zhǎng)度 L

終端溝槽深度 d1

溝槽深度 d2

掩膜層 20

遮罩圖案層 20’

氧化層 30

摻雜區(qū) 121’

介電層 40

第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu) 50a

第二側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu) 50b

硬質(zhì)掩膜層 60

流程步驟 S100～S109

具體實(shí)施方式

圖1繪示本發(fā)明一實(shí)施例的二極管元件的剖面示意圖。本發(fā)明實(shí)施例的二極管元件1包括基板100、磊晶層110、終端結(jié)構(gòu)12、溝槽式柵極結(jié)構(gòu)13、肖特基二極管結(jié)構(gòu)14、第一接觸墊15以及第二接觸墊16。

在圖1中，基板100為半導(dǎo)體基板，并具有高濃度的第一型導(dǎo)電性雜質(zhì)，而形成第一重?fù)诫s區(qū)。第一重?fù)诫s區(qū)可分布于基板100的局部區(qū)域或是分布于整個(gè)基板100中。在本實(shí)施例的第一重?fù)诫s區(qū)是分布于整個(gè)基板100內(nèi)，但僅用于舉例而非用以限制本發(fā)明。

前述的第一型導(dǎo)電性雜質(zhì)可以是N型或P型導(dǎo)電性雜質(zhì)。假設(shè)基板100為硅基材，N型導(dǎo)電性雜質(zhì)為五價(jià)元素離子，例如磷離子或砷離子，而P型導(dǎo)電性雜質(zhì)為三價(jià)元素離子，例如硼離子、鋁離子或鎵離子。

另外，基板100具有一上表面100a及一與所述上表面100a相反的背面100b。磊晶層(epitaxial layer)110位于基板100的上表面100a上，并具有低濃度的第一型導(dǎo)電性雜質(zhì)。在本實(shí)施例中，基板100為高濃度的N型摻雜(N⁺)，而磊晶層110則為低濃度的N型摻雜(N^-)。另外，在本實(shí)施例中，磊晶層110被定義出一主動(dòng)區(qū)AR以及一與主動(dòng)區(qū)AR相鄰的終止區(qū)(termination area)TR。進(jìn)一步而言，終止區(qū)TR是位于主動(dòng)區(qū)AR的外圍。

溝槽式柵極結(jié)構(gòu)13與肖特基二極管結(jié)構(gòu)14是位于主動(dòng)區(qū)AR內(nèi)，而終端結(jié)構(gòu)12是位于終止區(qū)TR內(nèi)。詳細(xì)而言，終端結(jié)構(gòu)12包括終端溝槽120、終端絕緣層122、第一間隙壁123、第二間隙壁124及第一摻雜區(qū)121。

終端溝槽120形成于磊晶層110中，且終端溝槽120的寬度介于15μm至40μm之間，深度則介于1μm至5μm之間。另外，由于終端溝槽120是由磊晶層110表面凹陷而形成，從而在終止區(qū)TR內(nèi)定義出至少一終端平臺(tái)125。

另外，終端溝槽120的內(nèi)壁面包括較靠近主動(dòng)區(qū)AR的第一側(cè)壁面S1及較遠(yuǎn)離主動(dòng)區(qū)AR的第二側(cè)壁面S2，其中第一側(cè)壁面S1與第二側(cè)壁面S2相對(duì)。

第一摻雜區(qū)121位于終端溝槽120下方的磊晶層110內(nèi)，進(jìn)一步而言，第一摻雜區(qū)121是緊鄰于終端溝槽120的底部。第一摻雜區(qū)121和磊晶層110具有相反的導(dǎo)電型，以提高二極管元件1的反向崩潰電壓。詳細(xì)而言，在終端溝槽120下方形成具有和磊晶層110相反導(dǎo)電型的第一摻雜區(qū)121，可改變電場(chǎng)分布，增加電場(chǎng)展開(kāi)的幅度，從而提高二極管元件1的反向崩潰電壓。經(jīng)實(shí)際模擬測(cè)試，第一摻雜區(qū)121可使二極管元件1的反向崩潰電壓提升10％。在一實(shí)施例中，磊晶層110是摻雜n型導(dǎo)電型雜質(zhì)，第一摻雜區(qū)121是摻雜p型導(dǎo)電型雜質(zhì)。

終端絕緣層122順形地覆蓋于終端溝槽120的內(nèi)壁面，以及終端平臺(tái)125的頂面(也就是位于終止區(qū)TR內(nèi)的磊晶層110的表面)。覆蓋于終端溝槽120內(nèi)壁面的部分終端絕緣層122和終端溝槽120具有大致相符的輪廓。在一實(shí)施例中，終端絕緣層122為氧化層，例如：氧化硅層。

請(qǐng)參照?qǐng)D1B，顯示圖1A中的終端結(jié)構(gòu)的局部放大圖。在本實(shí)施例中，終端絕緣層122可以是通過(guò)兩階段的熱氧化工藝所形成的熱氧化層。前述經(jīng)由兩階段熱氧化工藝所形成的終端絕緣層122包括位于終端溝槽120的第一側(cè)壁面S1及第二側(cè)壁面S2上的側(cè)壁氧化層122a、122b，以及位于終端溝槽120底部的底部氧化層122c。制備終端結(jié)構(gòu)12的詳細(xì)流程將于后文中描述，在此并不贅述。

請(qǐng)參照?qǐng)D1B，顯示圖1A的區(qū)域A的局部放大圖。需特別說(shuō)明的是，形成于終端溝槽120底部的底部氧化層122c的厚度并不一致。詳細(xì)而言，在一實(shí)施例中，靠近第一側(cè)壁面S1與靠近第二側(cè)壁面S2的底部氧化層122c具有第一厚度t1，而位于終端溝槽120中央的底部氧化層122c具有第二厚度t2，其中第一厚度t1是小于第二厚度t2。更進(jìn)一步而言，底部氧化層122c的厚度是由中間朝兩端的方向遞減。另外，底部氧化層122c的下表面122s為一曲面。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D1A，第一間隙壁123與第二間隙壁124皆位于終端溝槽120內(nèi)，并堆迭于終端絕緣層122上。另外，第一間隙壁123與第二間隙壁124是分別緊靠第一側(cè)壁面S1與第二側(cè)壁面S2而相對(duì)設(shè)置。因此，第一間隙壁123較靠近主動(dòng)區(qū)AR，而第二間隙壁124較遠(yuǎn)離主動(dòng)區(qū)AR。

在本實(shí)施例中，第一間隙壁123具有一第一半導(dǎo)體層123a以及形成于第一半導(dǎo)體層123a表面的第一絕緣層123b。另外，須說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，第一絕緣層123b為第一半導(dǎo)體層123a被氧化之后所形成的氧化物。也就是說(shuō)，若第一半導(dǎo)體層123a是多晶硅層，第一絕緣層123b為氧化硅層，且第一絕緣層123b可通過(guò)熱氧化工藝形成于第一半導(dǎo)體層123a表面。但在另一實(shí)施例中，第一絕緣層123b也可能是以其他工藝方式所制備的介電材料，本發(fā)明中并不限制。在其他實(shí)施例中，第一間隙壁123也可以只具有第一半導(dǎo)體層123a。

請(qǐng)配合參照?qǐng)D1B，值得注意的是，在本實(shí)施例中，第一間隙壁123的第一絕緣層123b僅形成于第一半導(dǎo)體層123a的局部表面。具體而言，第一絕緣層123b只形成在靠近底部氧化層122c的區(qū)域。

和第一間隙壁123相似，第二間隙壁124也具有第二半導(dǎo)體層124a以及形成于第二半導(dǎo)體層124a表面的第二絕緣層124b。并且，第二絕緣層124b可以是由第二半導(dǎo)體層124a氧化而形成的氧化物層。第二間隙壁124和第一間隙壁123不同的地方在于，第二絕緣層124b完全覆蓋第二半導(dǎo)體層124a的表面。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D1A，溝槽式柵極結(jié)構(gòu)13包括至少一溝槽130、一柵極介電層131及一柵極132。

詳細(xì)而言，溝槽130形成于磊晶層110中，并在主動(dòng)區(qū)AR內(nèi)定義出至少一平臺(tái)141。在本實(shí)施例中，溝槽130的寬度小于終端溝槽120的寬度，且溝槽130的深度小于終端溝槽120的深度。

柵極介電層131順形地形成于溝槽130的內(nèi)壁面，并和溝槽130具有大致相符的輪廓。構(gòu)成柵極介電層131的材料，可根據(jù)工藝條件以及實(shí)際需求選擇氧化物、氮化物或其他絕緣材料，其例如氧化硅、氧化鋁或氮化硅等。柵極132填滿溝槽130，并通過(guò)柵極介電層131與磊晶層110電性絕緣。在本實(shí)施例中，柵極132為具有重?fù)诫s的多晶硅層。

肖特基二極管結(jié)構(gòu)14包括上述的平臺(tái)141、金屬層142以及第二摻雜區(qū)140。第二摻雜區(qū)140形成于平臺(tái)141的頂部區(qū)域，也就是形成于磊晶層110中，并圍繞溝槽130。第二摻雜區(qū)140與磊晶層110具有相反的導(dǎo)電型。也就是說(shuō)，磊晶層110被摻雜n型導(dǎo)電型雜質(zhì)，則第二摻雜區(qū)140會(huì)被摻雜p型導(dǎo)電型雜質(zhì)。在一實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)140的摻雜劑量(Dose)約介于10¹²至10¹⁴cm^-2。另外，在部分實(shí)施例中，也可以不在平臺(tái)141頂部形成第二摻雜區(qū)140。

金屬層142形成于磊晶層110上，并電性連接于柵極132。進(jìn)一步而言，金屬層142會(huì)接觸柵極132以建立電性連接，并接觸位于平臺(tái)141的頂面，以形成肖特基接觸(schottky contact)。在一實(shí)施例中，金屬層142可選自由鈦、鉑、鎢、鎳、鉻、鉬、錫及其金屬硅化物所組成的群組其中的一種。

第一接觸墊15形成于肖特基二極管結(jié)構(gòu)14與溝槽式柵極結(jié)構(gòu)13上，以做為二極管元件1的陽(yáng)極。詳細(xì)而言，第一接觸墊15是形成于金屬層142上。另外，第一接觸墊15由主動(dòng)區(qū)AR延伸至終止區(qū)TR內(nèi)的終端溝槽120內(nèi)，并覆蓋第一間隙壁123與部分終端絕緣層122。

須說(shuō)明的是，由于在第一間隙壁123中，第一半導(dǎo)體層123a只有局部被第一絕緣層123b所覆蓋，因此第一接觸墊15也會(huì)電性連接第一間隙壁123中的第一半導(dǎo)體層123a。據(jù)此，當(dāng)施加反向偏壓時(shí)，由于第一接觸墊15與第一半導(dǎo)體層123a電性連接，可舒緩位于終端溝槽120邊角(corner)的電場(chǎng)強(qiáng)度，而有助于提高反向崩潰電壓，并提高元件可靠度(relibility)。

另外，第一接觸墊15與底部氧化層122c的重疊長(zhǎng)度L至少大于終端溝槽寬度W1的1/5。在一較佳實(shí)施例中，第一接觸墊15與底部氧化層122c的重疊長(zhǎng)度L大約10μm至20μm，而終端溝槽寬度W1大約15μm至40μm。第二接觸墊16形成于基板100的背面，以作為二極管元件1的陰極。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2繪示本發(fā)明實(shí)施例的二極管元件制造方法的流程圖。另外，配合參照?qǐng)D3A至圖3K，分別繪示本發(fā)明一實(shí)施例的二極管元件在各步驟中的剖面示意圖。

首先，在步驟S100中，提供一基板。接著，在步驟S101中，形成磊晶層(epitaxial layer)于基板上。請(qǐng)配合參照請(qǐng)配合參照?qǐng)D3A。圖3A中繪示基板100，并且于基板100上已形成一磊晶層(epitaxial layer)110，其中基板100例如為硅基板(silicon substrate)，其具有高摻雜劑量，以和電極層之間形成歐姆接觸(ohmic contact)。

磊晶層110和基板100具有相同的導(dǎo)電型，但磊晶層110的摻雜劑量小于基板100的摻雜劑量。另外，在磊晶層110上定義出一主動(dòng)區(qū)AR以及一位于主動(dòng)區(qū)AR外圍的終止區(qū)TR。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，接著，在步驟S102中，執(zhí)行蝕刻步驟，以在磊晶層中形成一位于主動(dòng)區(qū)的溝槽及一位于終止區(qū)的終端溝槽，其中終端溝槽的寬度大于溝槽的寬度，且溝槽于主動(dòng)區(qū)中定義出至少一平臺(tái)。

請(qǐng)先參照?qǐng)D3B至圖3C，顯示步驟S102的詳細(xì)流程。如圖3B所示，在本實(shí)施例中，在執(zhí)行蝕刻步驟之前，會(huì)先形成掩膜層20于磊晶層110上，其中掩膜層20為二氧化硅層。

在經(jīng)過(guò)黃光微影工藝后，前述的掩膜層20被圖案化，而在磊晶層110上形成一遮罩圖案層20’。遮罩圖案層20’具有多個(gè)開(kāi)口(未標(biāo)號(hào))，以分別定義出溝槽130及終端溝槽120的位置及尺寸(dimension)。隨后，如圖3C所示，執(zhí)行蝕刻步驟，在磊晶層110中形成一位于主動(dòng)區(qū)AR的溝槽130及一位于終止區(qū)TR的終端溝槽120。終端溝槽120的寬度W1大于溝槽130的寬度W2，且終端溝槽120的深度d1小于溝槽130的深度d2。如前所述，溝槽130在主動(dòng)區(qū)AR定義出多個(gè)平臺(tái)141，而終端溝槽120在終止區(qū)TR定義出終端平臺(tái)125。

需特別說(shuō)明的是，終端溝槽120的內(nèi)壁面包括較靠近主動(dòng)區(qū)AR的第一側(cè)壁面S1、較遠(yuǎn)離主動(dòng)區(qū)AR的第二側(cè)壁面S2以及底表面S3，其中底表面S3連接于第一側(cè)壁面S1與第二側(cè)壁面S2之間。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2，在步驟S103中，執(zhí)行第一摻雜步驟于磊晶層，以在鄰近終端溝槽下方的磊晶層中形成一摻雜區(qū)，其中摻雜區(qū)與磊晶層具有相反的導(dǎo)電型。

請(qǐng)參照?qǐng)D3D，在本實(shí)施例中，在執(zhí)行步驟S102之后，并于執(zhí)行步驟S103之前，形成一氧化層30，以填滿溝槽130，并在終端溝槽120的第一側(cè)壁面S1與第二側(cè)壁面S2形成間隔物。前述的氧化層30可以是以四氧乙基硅烷(TEOS)所形成的TEOS氧化層。

具體而言，會(huì)先毯覆式地形成TEOS氧化層于平臺(tái)141、溝槽130的內(nèi)壁面、終端平臺(tái)125以及終端溝槽120的內(nèi)壁面。之后，再以回蝕方式去除部分TEOS氧化層，以暴露出終端溝槽120的底表面S3。

隨后，執(zhí)行第一摻雜步驟，以在終端溝槽120下方形成摻雜區(qū)121’，其中摻雜區(qū)121’和磊晶層110具有相反的導(dǎo)電型。

在本實(shí)施例中，是利用離子布植工藝來(lái)對(duì)終端溝槽120的底表面S3下方的磊晶層110進(jìn)行摻雜。須說(shuō)明的是，在離子布植工藝中，氧化層30與遮罩圖案層20’可共同作為離子布植罩冪。進(jìn)一步而言，預(yù)先在終端溝槽120的第一側(cè)壁面S1與第二側(cè)壁面S2所形成的氧化層30，可避免在離子布植工藝中，摻雜物由終端溝槽120的第一側(cè)壁面S1進(jìn)入主動(dòng)區(qū)AR內(nèi)，而影響最終的二極管元件的表現(xiàn)(performance)。隨后，將氧化層30與遮罩圖案層20’完全去除。

請(qǐng)配合參照?qǐng)D2。在步驟S104中，執(zhí)行第一熱氧化工藝，形成介電層，以覆蓋溝槽的內(nèi)壁面，平臺(tái)的頂面以及終端溝槽的內(nèi)壁面。接著，在步驟S105中，形成一柵極于溝槽內(nèi)，并在終端溝槽的第一側(cè)壁面與第二側(cè)壁面上分別形成一第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)及一第二側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)。

如圖3E所示，介電層40順形地覆蓋平臺(tái)141的頂面、溝槽130的內(nèi)壁面、終端溝槽120的內(nèi)壁面以及終端平臺(tái)125的頂面。前述的介電層40可以是氧化層，并通過(guò)熱氧化工藝(thermal oxidation process)來(lái)形成。在一實(shí)施例中，介電層40的厚度介于20nm至500nm之間。

需特別說(shuō)明的是，在去除氧化層30與遮罩圖案層20’之后，本發(fā)明實(shí)施例所提供的制造方法可還包括在形成介電層40之前，先形成一犧牲氧化層于溝槽130的內(nèi)壁面之后，再將犧牲氧化層移除，以降低溝槽130的內(nèi)壁面的缺陷。

接著，毯覆式地形成一重?fù)诫s半導(dǎo)體層，以填滿溝槽130，并覆蓋平臺(tái)141頂面、終端平臺(tái)125的頂面以及終端溝槽120的內(nèi)壁面(圖未示)。形成重?fù)诫s半導(dǎo)體層的方式可以利用任何已知的技術(shù)手段，本發(fā)明并不限制。接著，如圖3E所示，在回蝕去除位于平臺(tái)141頂面、終端平臺(tái)125的頂面以及終端溝槽120的底表面S3的部分重?fù)诫s半導(dǎo)體層后，剩下位于溝槽130內(nèi)的重?fù)诫s半導(dǎo)體層形成柵極132，而覆蓋在終端溝槽120的第一側(cè)壁面S1與第二側(cè)壁面S2的重?fù)诫s半導(dǎo)體層則分別形成第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50a與第二側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50b。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2，在步驟S106中，形成一硬質(zhì)掩膜層覆蓋主動(dòng)區(qū)，以及部分第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參照?qǐng)D3F，硬質(zhì)掩膜層60覆蓋主動(dòng)區(qū)AR，并由主動(dòng)區(qū)AR延伸至終止區(qū)TR內(nèi)，以覆蓋部分第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50a。硬質(zhì)掩膜層60可用來(lái)保護(hù)柵極132以及第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50a，以免在后續(xù)的熱氧化工藝中，柵極132與第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50a的表面被完全氧化。在一實(shí)施例中，構(gòu)成硬質(zhì)掩膜層60的材料可以是氮化硅層。

請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2。在步驟S107中，執(zhí)行一第二熱氧化工藝，以在所述終端溝槽底部形成底部氧化層，及擴(kuò)大摻雜區(qū)的范圍而形成一第一摻雜區(qū)，其中底部氧化層的厚度由中間朝兩端的方向遞減。

請(qǐng)參照?qǐng)D3G，詳細(xì)而言，在執(zhí)行第二熱氧化工藝時(shí)，原本形成在終端溝槽120的底表面S3上，且未被第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50a與第二側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50b覆蓋的部分介電層40的厚度會(huì)在熱氧化工藝中持續(xù)增加，而被第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50a與第二側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50b覆蓋的部分介電層40的厚度大致上不會(huì)有太大變化。因此，底部氧化層122c的厚度是由中間朝兩端的方向遞減。

更進(jìn)一步而言，靠近第一側(cè)壁面S1與靠近第二側(cè)壁面S2的底部氧化層122c具有第一厚度t1，而位于終端溝槽120中央的底部氧化層122c具有第二厚度t2，其中第一厚度t1會(huì)小于第二厚度t2。另外，底部氧化層122c的下表面122s為一曲面，如圖1B所示。

另外，對(duì)于第一側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50a而言，沒(méi)有被硬質(zhì)掩膜層60覆蓋的部分表面，也就是靠近終端溝槽120底部的表面會(huì)在第二熱氧化工藝中被氧化，從而形成如圖1C所示的第一間隙壁123。相似地，在第二熱氧化工藝中，未被硬質(zhì)掩膜層60覆蓋的第二側(cè)壁間隔結(jié)構(gòu)50b的表面會(huì)被氧化，以形成如圖1D所示的第二間隙壁124。另外，在終端平臺(tái)125上的介電層40的厚度也會(huì)在第二熱氧化工藝中增加。

此外，在執(zhí)行第二熱氧化工藝時(shí)，摻雜區(qū)121’內(nèi)的雜質(zhì)會(huì)在磊晶層110內(nèi)朝基板100的方向擴(kuò)散，最后形成一第一摻雜區(qū)121。由于第一摻雜區(qū)121與磊晶層110具有相反的導(dǎo)電型，因此會(huì)在磊晶層110內(nèi)形成PN接面，從而產(chǎn)生空乏區(qū)，以改變二極管元件1的電場(chǎng)分布，提高二極管元件的反向崩潰電壓。請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2，在步驟S108中，移除硬質(zhì)掩膜層以及位于平臺(tái)頂面上的部分介電層。請(qǐng)配合參照?qǐng)D3H，移除硬質(zhì)掩膜層60以及位于平臺(tái)頂面上的部分介電層40之后，于溝槽130內(nèi)形成柵極介電層131，并在終端溝槽120內(nèi)形成終端絕緣層122，其中終端絕緣層122包括位于終端溝槽120的第一側(cè)壁面S1及第二側(cè)壁面S2上的側(cè)壁氧化層122a、122b，以及位于終端溝槽120底部的底部氧化層122c。在一實(shí)施例中，底部氧化層122c靠近第一側(cè)壁面S1的第一厚度t1約介于20nm至500nm之間，而底部氧化層122c在中間部分的第二厚度t2可介于350nm至2000nm之間。

接著，請(qǐng)配合參照?qǐng)D3I，本發(fā)明實(shí)施例的二極管元件的制造方法可還包括執(zhí)行一第二摻雜步驟，以在平臺(tái)141頂部形成一第二摻雜區(qū)140，其中第二摻雜區(qū)與磊晶層具有相反的導(dǎo)電型。詳細(xì)而言，可通過(guò)離子布植工藝對(duì)平臺(tái)141頂部區(qū)域進(jìn)行摻雜，之后再通過(guò)一熱驅(qū)入(drive in)工藝，使摻雜的雜質(zhì)擴(kuò)散而形成第二摻雜區(qū)140。前述的熱驅(qū)入(drive in)工藝是在氮?dú)庀律郎刂?00℃以上，維持30至60分鐘，以促使雜質(zhì)擴(kuò)散。在其他實(shí)施例中，第二摻雜步驟可以被省略。第二摻雜區(qū)140的摻雜劑量(Dose)大約介于10¹²至10¹⁴cm^-2。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2，在步驟S109中，形成一金屬層于主動(dòng)區(qū)，其中金屬層電性連接溝槽內(nèi)的柵極，并接觸平臺(tái)的頂面，以形成肖特基接觸。請(qǐng)參照?qǐng)D3J，金屬層142形成于主動(dòng)區(qū)AR，并通過(guò)與柵極132的頂面接觸，以建立電性連結(jié)。詳細(xì)而言，金屬層142與柵極132是形成歐姆接觸(ohmic contact)。

另外，金屬層142接觸平臺(tái)141的底面，形成肖特基接觸。構(gòu)成金屬層142的材料可以選自由鈦、鉑、鎢、鎳、鉻、鉬、錫及其金屬硅化物所組成的群組其中的一種。

在一實(shí)施例中，是先毯覆式地將金屬材料層形成于磊晶層110的整個(gè)表面上，再通過(guò)蝕刻方式，去除位于終止區(qū)TR內(nèi)的金屬材料層，以形成覆蓋于主動(dòng)區(qū)AR的金屬層142。在另一實(shí)施例中，在將金屬材料層形成于磊晶層110的整個(gè)表面之后，執(zhí)行硅化工藝(silicidation process)，以使金屬材料層與平臺(tái)141反應(yīng)而形成金屬硅化物。之后，再以選擇性蝕刻手段，去除未反應(yīng)的金屬材料層。

接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3K，本發(fā)明實(shí)施例的二極管元件的制造方法還包括形成第一接觸墊15于金屬層142上，并且第一接觸墊15電性連接于金屬層142，以及形成一第二接觸墊16于基板100的背面。

形成第一接觸墊15與第二接觸墊16的方式可采用已知的任何技術(shù)手段，例如沉積、微影及蝕刻步驟，本發(fā)明并不限制。第一接觸墊15與與底部氧化層122c的重疊長(zhǎng)度L至少大于終端溝槽寬度W1的1/5。

須說(shuō)明的是，由于在第一間隙壁123中，第一半導(dǎo)體層123a只有局部被第一絕緣層123b所覆蓋，因此第一接觸墊15也會(huì)電性連接第一間隙壁123中的第一半導(dǎo)體層123a。據(jù)此，當(dāng)施加反向偏壓時(shí)，由于第一接觸墊15與第一半導(dǎo)體層123a電性連接，可舒緩位于終端溝槽120邊角(corner)的電場(chǎng)強(qiáng)度，而有助于提高反向崩潰電壓，并提高元件可靠度(relibility)。

綜上所述，本發(fā)明所提供的二極管元件及其制造方法，通過(guò)在終端溝槽下方的磊晶層中形成一具有和磊晶層的導(dǎo)電型相反的摻雜區(qū)，可改變電場(chǎng)分布，從而提高肖特基二極管的反向崩潰電壓，并降低反向漏電流。由于反向漏電流降低，在肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，金屬層可以選擇具有更低導(dǎo)通電阻的材料。除此之外，終端絕緣層是通過(guò)兩階段的熱氧化工藝形成，因此較為致密，且具有較佳的品質(zhì)。

雖然本發(fā)明的實(shí)施例已公開(kāi)如上，然本發(fā)明并不受限于上述實(shí)施例，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與調(diào)整，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界的范圍為準(zhǔn)。