專利名稱：自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，具體地來(lái)說(shuō) 涉及一種自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET器件。
背景技術(shù)：
功率MOSFET具有低正向電壓降、高轉(zhuǎn)換速度、容易柵控制等特點(diǎn)，在低中壓電力 電子應(yīng)用中成為一種重要的半導(dǎo)體器件。功率MOSFET在高功率半導(dǎo)體器件中例如電導(dǎo)調(diào) 制雙極晶體管是基本的構(gòu)成模塊。在一些基于MOSFET的電路中，包括開(kāi)關(guān)電源、可調(diào)速驅(qū) 動(dòng)器等，在器件的運(yùn)行周期的內(nèi)過(guò)量的電流會(huì)流經(jīng)功率MOSFET的寄生PN結(jié)二極管。當(dāng)用 作電源轉(zhuǎn)換器的前級(jí)開(kāi)關(guān)時(shí)，功率MOSFET的體二極管作為一個(gè)續(xù)流二極管，流過(guò)電源轉(zhuǎn)換 周期內(nèi)的一半電流。漂移區(qū)二極管的存儲(chǔ)電荷使得功率MOSFET產(chǎn)生額外的反向恢復(fù)電流， 因此寄生PN結(jié)體二極管限制了器件的安全工作區(qū)(SOA)、關(guān)斷損耗及開(kāi)關(guān)速度。當(dāng)MOSFET 用作同步整流器時(shí)，器件關(guān)斷時(shí)電流不經(jīng)過(guò)體二極管是非常重要的。而寄生二極管的存在 制約了控制電路，限制了整流器的速度和功耗。為了克服這一缺點(diǎn)，工藝控制和一些混合方法被應(yīng)用到器件中，例如，將電子輻照 用于加速寄生PN結(jié)體二極管的反向恢復(fù)。輻射產(chǎn)生的氧化損傷導(dǎo)致通態(tài)電阻的退化和閾 值電壓及擊穿特性的降低。輻射晶圓在150°C退火時(shí)恢復(fù)原來(lái)的器件特性。另一種方法是 利用外部連接光電二極管或者肖特基二極管與MOSFET內(nèi)部的體二極管并聯(lián)。這種方法雖 然有效，但是需要額外的半導(dǎo)體元件，這必然會(huì)導(dǎo)致互連和封裝電感的增加。在開(kāi)關(guān)模式下 的功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，特別是在電源轉(zhuǎn)換頻率IMHz以上的開(kāi)關(guān)電源中尤其顯著?；ミB和增 加的封裝電感在如此高的轉(zhuǎn)換頻率下將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。故單片集成功率 MOSFET與肖特基整流器引起人們的關(guān)注。肖特基整流器是多子器件，漂移區(qū)中多余電荷在 關(guān)斷過(guò)程中將迅速消失，這將有利于減少反向恢復(fù)電荷、降低關(guān)斷延遲時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能降低寄生電感，減少M(fèi)OSFET晶體管結(jié)構(gòu)器件 的反向恢復(fù)時(shí)間的自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括漏區(qū)1、漂移區(qū)2、柵氧化層3、柵電極4、場(chǎng)氧化層5、溝道區(qū)6、側(cè)壁氧化層7、 陽(yáng)極8和源電極9 ；在漏區(qū)1之上形成位于基底上的摻雜層漂移區(qū)2 ；在所述摻雜層上形成 柵極區(qū)，柵極區(qū)包括柵氧化層3、柵電極4與場(chǎng)氧化層5;在所述摻雜層之上形成位于柵極區(qū) 兩側(cè)的側(cè)壁氧化層7 ；在所述摻雜層之上形成位于柵極區(qū)兩側(cè)的源極區(qū)，源極區(qū)包括溝道 區(qū)6、陽(yáng)極8與源電極9 ；陽(yáng)極8與漂移區(qū)2形成肖特基接觸，其中陽(yáng)極8與源電極9短接。 可以通過(guò)調(diào)節(jié)多晶硅柵4及場(chǎng)氧化層5的厚度控制側(cè)壁氧化層7的寬度，進(jìn)而靈活控制肖 特基二極管的面積。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是在功率MOSFET元胞內(nèi)，將肖特基二極管集成到功率MOSFET器件中，節(jié)省了器件面積。在源端金屬化的過(guò)程中，將柵電極正對(duì)漏端除了 P區(qū) 和源摻雜區(qū)的部分替換為金屬，形成陽(yáng)極8，陽(yáng)極8與漂移區(qū)2形成肖特基接觸，通過(guò)調(diào)整 多晶硅柵4及場(chǎng)氧化層5的厚度可以形成不同的側(cè)壁氧化層高度，從而靈活控制肖特基結(jié) 的面積。在不犧牲器件耐壓的前提下，降低了功率MOSFET晶體管的寄生電容與反向恢復(fù)時(shí) 間。本實(shí)用新型與常規(guī)MOSFET晶體管工藝兼容，具有很強(qiáng)的可實(shí)施性，更易滿足功率電子 系統(tǒng)的應(yīng)用要求。本實(shí)用新型所述的自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET器件，可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)漂 移區(qū)2的摻雜濃度及結(jié)構(gòu)參數(shù)，側(cè)壁氧化層7的結(jié)構(gòu)參數(shù)。陽(yáng)極8與漂移區(qū)2形成肖特基接 觸，在結(jié)構(gòu)上形成M0SFETFET器件內(nèi)部寄生體二極管與肖特基二極管并聯(lián)的形式，替代外 部并聯(lián)肖特基整流器，降低寄生電感，從而減少M(fèi)OSFET晶體管結(jié)構(gòu)器件的反向恢復(fù)時(shí)間。

圖1為本實(shí)用新型的自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為常規(guī)的功率MOSFET晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET器件工藝制造過(guò)程。圖4為本實(shí)用新型的集成肖特基整流器的功率M0SFETFET器件與普通MOSFET晶 體管器件充電時(shí)間特性的比較；圖5為本實(shí)用新型的集成肖特基整流器的功率M0SFETFET器件與普通MOSFET晶 體管器件反向恢復(fù)特性的比較。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述參照?qǐng)D1與圖2，本實(shí)用新型的自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET器件實(shí)施方式 中，此晶體管包括漏區(qū)1、漂移區(qū)2、柵氧化層3、柵電極4、場(chǎng)氧化層5、溝道區(qū)6、側(cè)壁氧化層 7、陽(yáng)極8、源電極9。其特征在于陽(yáng)極8與漂移區(qū)2形成肖特基接觸，其中陽(yáng)極8與源電極 9短接。根據(jù)器件具體導(dǎo)通特性、擊穿特性的要求，確定圖1中漂移區(qū)2的摻雜濃度及結(jié)構(gòu) 參數(shù)，場(chǎng)氧化層5的結(jié)構(gòu)參數(shù)。當(dāng)器件處于關(guān)斷時(shí)，器件的柵電極4和源電極9都處于低電 位(OV)，在相同的器件尺寸下，漂移區(qū)2中電場(chǎng)分布相當(dāng)，因此自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率 MOSFET器件對(duì)常規(guī)MOSFET的擊穿特性沒(méi)有不利影響。對(duì)相同器件尺寸的自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特 基結(jié)的功率MOSFET器件和常規(guī)MOSFET晶體管器件進(jìn)行擊穿電壓特性仿真得到前者擊穿電 壓為142V，后者擊穿電壓為144. 5V。參照?qǐng)D3，首先在N+區(qū)硅片上進(jìn)行外延，外延后依次進(jìn)行SiO2、多晶硅、SW2的淀 積，形成圖3 (a)中所示結(jié)構(gòu)；在圖3 (a)硅片上進(jìn)行有源區(qū)光刻后形成圖3 (b)所示結(jié)構(gòu)；在 圖3(b)硅片上進(jìn)行硼注入推進(jìn)、砷注入推進(jìn)后進(jìn)行陽(yáng)極區(qū)刻蝕后形成圖3 (c)所示結(jié)構(gòu)；在 圖3(c)硅片上生長(zhǎng)氧化層形成側(cè)墻，去掉氧化層后形成圖3(d)所示結(jié)構(gòu)；在圖3(d)硅片 上進(jìn)行源區(qū)光刻后形成圖3(e)所示結(jié)構(gòu)；在圖3(e)硅片上進(jìn)行源區(qū)金屬化光刻后形成最 終的器件結(jié)構(gòu)3(f)?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)多晶硅柵4的高度及氧化層5的厚度控制側(cè)墻的寬度， 進(jìn)而靈活控制肖特基二極管的面積。參照?qǐng)D4與圖5，由本實(shí)用新型的自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET器件與常規(guī)MOSFET晶體管器件反向恢復(fù)特性的比較可見(jiàn)，相對(duì)于常規(guī)MOSFET晶體管結(jié)構(gòu)器件，自對(duì)準(zhǔn) 內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET器件的開(kāi)啟時(shí)間較短、反向恢復(fù)時(shí)間及反向電流較低。由于 MOSFET器件在反向恢復(fù)過(guò)程中，體內(nèi)肖特基二極管替代PN結(jié)整流，而肖特基二極管是多子 器件，漂移區(qū)2中多余電荷在關(guān)斷過(guò)程中將迅速消失，自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET 器件的反向恢復(fù)特性要明顯優(yōu)于通用MOSFET晶體管結(jié)構(gòu)器件。 上述為本實(shí)用新型特舉之實(shí)施例，并非用以限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型提供的 自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率MOSFET結(jié)構(gòu)同樣適用于其它Trench DMOS, LDMOS等功率半導(dǎo) 體器件以及它們的變體。在不脫離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)，可做些許的調(diào)整和優(yōu)化，本 實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1. 一種自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括漏區(qū)(1)、漂移區(qū)O)、 柵氧化層(3)、柵電極G)、場(chǎng)氧化層(5)、溝道區(qū)(6)、側(cè)壁氧化層(7)、陽(yáng)極(8)和源電極 (9)；在漏區(qū)(1)之上形成位于基底上的漂移區(qū)摻雜層；在所述摻雜層上形成柵極區(qū)，柵極 區(qū)包括柵氧化層(3)、柵電極(4)與場(chǎng)氧化層(5)；在所述摻雜層之上形成位于柵極區(qū)兩側(cè) 的側(cè)壁氧化層(7)；在所述摻雜層之上形成位于柵極區(qū)兩側(cè)的源極區(qū)，源極區(qū)包括溝道區(qū) (6)、陽(yáng)極⑶與源電極(9)；其特征是陽(yáng)極⑶與漂移區(qū)(2)形成肖特基接觸，其中陽(yáng)極 ⑶與源電極(9)短接。
專利摘要本實(shí)用新型提供的是一種自對(duì)準(zhǔn)內(nèi)嵌肖特基結(jié)的功率半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。包括漏區(qū)、漂移區(qū)、柵氧化層、柵電極、場(chǎng)氧化層、溝道區(qū)、側(cè)壁氧化層、陽(yáng)極和源電極；在漏區(qū)之上形成位于基底上的漂移區(qū)摻雜層；在所述摻雜層上形成柵極區(qū)，柵極區(qū)包括柵氧化層、柵電極與場(chǎng)氧化層；在所述摻雜層之上形成位于柵極區(qū)兩側(cè)的側(cè)壁氧化層；在所述摻雜層之上形成位于柵極區(qū)兩側(cè)的源極區(qū)，源極區(qū)包括溝道區(qū)、陽(yáng)極與源電極；陽(yáng)極與漂移區(qū)形成肖特基接觸，其中陽(yáng)極與源電極短接。本實(shí)用新型與常規(guī)功率MOSFET晶體管工藝兼容，具有很強(qiáng)的可實(shí)施性，更易滿足功率電子系統(tǒng)的應(yīng)用要求。
文檔編號(hào)H01L29/812GK201877432SQ20102061972
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者劉云濤, 曹菲, 焦文利, 王穎, 邵雷 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)