低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管，是在傳統(tǒng)MOSFET的體區(qū)與外延之間內(nèi)置肖特基二極管，將MOSFET正面的源極和柵極用表面金屬直接短接形成器件的陽(yáng)極，背面是器件的陰極。器件開(kāi)啟時(shí)，MOS器件導(dǎo)通，此時(shí)器件自身的PN結(jié)二極管和集成的肖特基二極管都未開(kāi)啟，器件的正向電流將沿著MOS的溝道流到陰極；器件關(guān)斷時(shí)，MOS結(jié)構(gòu)表面的導(dǎo)電溝道消失，N型外延內(nèi)的載流子將通過(guò)肖特基結(jié)形成的耗盡層抽走，由于肖特基結(jié)相對(duì)于PN結(jié)有更快的恢復(fù)時(shí)間，此器件N型外延內(nèi)的載流子會(huì)比傳統(tǒng)PN結(jié)器件消失得更快，即可形成低正向?qū)▔航岛涂礻P(guān)斷時(shí)間的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明還公開(kāi)了所述具有低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法。
【專利說(shuō)明】低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是指一種低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管，本發(fā)明還涉及所述低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能手機(jī)、平板電腦等便攜式電子產(chǎn)品的普及程度的提高，這些產(chǎn)品的續(xù)航能力成了它們非常大的短板，為了提高這些便攜式產(chǎn)品的續(xù)航能力，用到這些產(chǎn)品上的半導(dǎo)體元件必須具有低損耗、高效率等特性。
[0003]目前具有較低正向?qū)▔航档恼鞫O管即超級(jí)勢(shì)壘整流二極管，該結(jié)構(gòu)利用MOSFET的低開(kāi)啟電壓實(shí)現(xiàn)低的正向?qū)▔航?，但是該器件由于其體內(nèi)寄生的PN結(jié)二極管的限制，導(dǎo)致其關(guān)斷恢復(fù)時(shí)間比傳統(tǒng)的二極管沒(méi)有任何提高。因此，傳統(tǒng)的超級(jí)勢(shì)壘整流二極管是一種低損耗同時(shí)也是恢復(fù)時(shí)間較慢的整流器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管，其具有較低的正向壓降的同時(shí)，具有關(guān)斷快速恢復(fù)的特性。
[0005]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管，其N型外延層具有正面金屬及背面金屬。
[0007]在所述N型外延層的背面淀積有金屬作為低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的陰極。
[0008]在N型外延層中，具有溝槽，溝槽內(nèi)壁附著柵氧化層并填充滿多晶硅，N型外延層上部具有體區(qū)，N型外延層的正面的表層具有重?fù)诫s的P型區(qū)，溝槽內(nèi)的多晶硅具有填充有金屬的接觸孔將柵極引出，溝槽之間也具有填充有金屬的接觸孔，連接到N型外延層中與N型外延層形成肖特基二極管。
[0009]所述N型外延層的正面淀積正面金屬層，溝槽內(nèi)的接觸孔與構(gòu)成肖特基二極管的接觸孔連接到正面金屬層形成所述功率二極管的陽(yáng)極。
[0010]本發(fā)明所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法，包含如下工藝步驟:
[0011]第I步，在重?fù)诫s的N型硅襯底上的N型外延層中刻蝕出溝槽，進(jìn)行硅表面處理及犧牲氧化層，制作柵氧化層，之后溝槽內(nèi)淀積多晶硅柵極。
[0012]第2步，進(jìn)行體區(qū)的離子注入及擴(kuò)散，形成器件的體區(qū)，再進(jìn)行一次離子注入。
[0013]第3步，在器件表面長(zhǎng)一層硬掩膜并涂覆光刻膠并曝光顯影，以打開(kāi)硬掩膜的接觸區(qū)，再去除光刻膠。
[0014]第4步，硬掩膜打開(kāi)之后，進(jìn)行第一次接觸孔刻蝕，然后進(jìn)行一次雜質(zhì)離子注入，接著再進(jìn)行第二次溝接觸孔刻蝕，使接觸孔底部露出N型外延層。
[0015]第5步，去除硬掩膜，對(duì)硅表面進(jìn)行缺陷的修復(fù)及清洗工藝。
[0016]第6步，進(jìn)行金屬硅化物的淀積，進(jìn)行接觸孔內(nèi)部的金屬填充，然后整個(gè)器件的正面淀積一層鋁作為器件的陽(yáng)極，在器件的背面依次淀積鈦、鎳、銀作為器件的陰極。
[0017]較佳地，所述第I步中，刻蝕的溝槽深度為I?2 μ m。
[0018]較佳地，所述第2步中，離子注入可以是帶著體區(qū)掩膜注入，也可以對(duì)整個(gè)器件進(jìn)行注入，所注入的P型雜質(zhì)離子為硼，劑量為IxlO15?3xl015Cnr2。
[0019]較佳地，所述第4步中，第一次接觸孔刻蝕的深度為0.2?0.4 μ m，P型雜質(zhì)注入的劑量為IxlO15?3X1015cm_2，第二次接觸孔刻蝕的深度為0.2?0.3 μ m，第二次接觸孔刻蝕是在第一次接觸孔刻蝕的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行。
[0020]較佳地，所述第6步中，背面淀積的金屬依次是鈦、鎳、銀，接觸孔內(nèi)填充的金屬與N型外延層接觸形成肖特基二極管，包含所有通過(guò)勢(shì)壘技術(shù)與N型外延層接觸所形成的肖
特基管。
[0021]本發(fā)明所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管，在傳統(tǒng)MOSFET基礎(chǔ)上將MOS結(jié)構(gòu)的開(kāi)啟電壓做到0.3V甚至更低，并在MOSFET的體區(qū)與外延之間內(nèi)置肖特基二極管，將MOSFET正面的源極和柵極用表面金屬直接短接形成器件的陽(yáng)極，背面是器件的陰極。當(dāng)陽(yáng)極加壓時(shí)，隨著陽(yáng)極電壓不斷上升，當(dāng)陽(yáng)極電壓到MOS結(jié)構(gòu)的開(kāi)啟電壓時(shí)，MOS器件導(dǎo)通，此時(shí)器件自身的PN結(jié)二極管和集成的肖特基二極管都未開(kāi)啟，器件的正向電流將沿著MOS的溝道流到陰極，器件的正向壓降為MOS管的壓降；器件關(guān)斷時(shí)，MOS結(jié)構(gòu)表面的導(dǎo)電溝道消失，N型外延內(nèi)的載流子將通過(guò)肖特基結(jié)形成的耗盡層抽走，由于肖特基結(jié)相對(duì)于PN結(jié)有更快的恢復(fù)時(shí)間，因此，此器件N型外延內(nèi)的載流子會(huì)比傳統(tǒng)PN結(jié)器件消失得更快。通過(guò)上述方法，即可形成低正向?qū)▔航岛涂礻P(guān)斷時(shí)間的半導(dǎo)體器件。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明制造工藝第I步示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明制造工藝第2步示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明制造工藝第3步示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明制造工藝第4步示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明制造工藝第5步示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明制造工藝第6步示意圖；
[0028]圖7是本發(fā)明等效電路圖；
[0029]圖8是本發(fā)明制造工藝流程圖。
[0030]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0031]I是娃襯底,2是N型外延層，3是溝槽,4是柵氧化層，5是多晶娃柵極，6是體區(qū),7是重?fù)诫sP型區(qū)，8是硬掩膜，9是接觸孔，10是陽(yáng)極金屬，11是陰極金屬。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其是在N型外延層2具有正面金屬10及背面金屬11。[0033]在所述N型外延層2的背面淀積有金屬作為低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的陰極。
[0034]在N型外延層2中，具有溝槽3，溝槽3內(nèi)壁附著柵氧化層4并填充滿多晶硅5，N型外延層2上部具有體區(qū)6，N型外延層2的正面的表層具有重?fù)诫s的P型區(qū)7，溝槽3內(nèi)的多晶硅5中具有填充有金屬的接觸孔9將柵極引出，溝槽3之間也具有填充有金屬的接觸孔9，連接到N型外延層2中與N型外延層形成肖特基二極管。
[0035]所述N型外延層2的正面淀積正面金屬層10，溝槽3內(nèi)的接觸孔9與構(gòu)成肖特基二極管的接觸孔9連接到正面金屬層10形成所述功率二極管的陽(yáng)極。
[0036]本發(fā)明所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法，結(jié)合附圖列舉一實(shí)施例說(shuō)明如下:
[0037]第I步，請(qǐng)參考圖1，在重?fù)诫s的N型硅襯底I上的N型外延層2中刻蝕出溝槽3，溝槽3深度I?2 μ m，進(jìn)行硅表面處理25θΑ，犧牲氧化層500A制作柵氧化層4，之后在溝槽3內(nèi)淀積多晶硅5完成溝槽型柵極。
[0038]第2步，參考圖2，進(jìn)行體區(qū)6的離子注入及擴(kuò)散，形成器件的體區(qū)6，再進(jìn)行一次離子注入。離子注入可以是帶著體區(qū)掩膜注入，也可以對(duì)整個(gè)器件進(jìn)行注入，所注入的P型雜質(zhì)離子為硼，劑量為IxlO15?3xl015cnT2。
[0039]第3步，參考圖3，在器件表面長(zhǎng)一層硬掩膜8并涂覆光刻膠并曝光顯影，以打開(kāi)硬掩膜的接觸區(qū)，再去除光刻膠。
[0040]第4步，參考圖4，硬掩膜打開(kāi)之后，進(jìn)行第一次接觸孔9刻蝕，然后進(jìn)行一次雜質(zhì)離子注入，接著再進(jìn)行第二次溝接觸孔9刻蝕，使接觸孔9底部露出N型外延層2。第一次接觸孔刻蝕的深度為0.2?0.4 μ m，P型雜質(zhì)注入的劑量為IxlO15?3xl015Cm_2，第二次接觸孔刻蝕的深度為0.2?0.3 μ m，第二次接觸孔刻蝕是在第一次接觸孔刻蝕的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行。
[0041]第5步，參考圖5，去除硬掩膜8，對(duì)硅表面進(jìn)行缺陷的修復(fù)及清洗工藝。
[0042]第6步，參考圖6，進(jìn)行金屬硅化物的淀積，進(jìn)行接觸孔9內(nèi)部的金屬填充，然后整個(gè)器件的正面淀積一層鋁作為器件的陽(yáng)極10，在器件的背面依次淀積鈦、鎳、銀作為器件的陰極11。器件制作完成。其中，接觸孔9內(nèi)填充的金屬與N型外延層接觸形成肖特基二極管，包含通過(guò)所有勢(shì)壘技術(shù)與N型外延層接觸所形成的肖特基管。
[0043]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管,其特征在于:N型外延層具有正面金屬及背面金屬； 在所述N型外延層的背面淀積有金屬作為低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的陰極； 在N型外延層中，具有溝槽，溝槽內(nèi)壁附著柵氧化層并填充滿多晶硅，N型外延層上部具有體區(qū)，N型外延層的正面的表層具有重?fù)诫s的P型區(qū)，溝槽內(nèi)的多晶硅具有填充有金屬的接觸孔將柵極引出，溝槽之間也具有填充有金屬的接觸孔，連接到N型外延層中與N型外延層形成肖特基二極管； 所述N型外延層的正面淀積正面金屬層，溝槽內(nèi)的接觸孔與構(gòu)成肖特基二極管的接觸孔連接到正面金屬層形成所述功率二極管的陽(yáng)極。
2.如權(quán)利要求1所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法，其特征在于:包含如下步驟: 第I步，在重?fù)诫s的N型硅襯底上的N型外延層中刻蝕出溝槽，進(jìn)行硅表面處理及犧牲氧化層，制作柵氧化層，之后溝槽內(nèi)淀積多晶硅柵極； 第2步，進(jìn)行體區(qū)的離子注入及擴(kuò)散，形成器件的體區(qū)，再進(jìn)行一次離子注入； 第3步，在器件表面長(zhǎng)一層硬掩膜并涂覆光刻膠并曝光顯影，以打開(kāi)硬掩膜的接觸區(qū)，再去除光刻膠； 第4步，硬掩膜打開(kāi)之后，進(jìn)行第一次接觸孔刻蝕，然后進(jìn)行一次雜質(zhì)離子注入，接著再進(jìn)行第二次溝接觸孔刻蝕，使接觸孔底部露出N型外延層； 第5步，去除硬掩膜，對(duì)硅表面進(jìn)行缺陷的修復(fù)及清洗工藝； 第6步，進(jìn)行金屬硅化物的淀積，進(jìn)行接觸孔內(nèi)部的金屬填充，然后整個(gè)器件的正面淀積一層鋁作為器件的陽(yáng)極，在器件的背面淀積金屬作為器件的陰極。
3.如權(quán)利要求2所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法，其特征在于:所述第I步中，刻蝕的溝槽深度為I?2 μ m。
4.如權(quán)利要求2所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法，其特征在于:所述第2步中，離子注入可以是帶著體區(qū)掩膜注入，也可以對(duì)整個(gè)器件進(jìn)行注入，所注入的P型雜質(zhì)離子為硼，劑量為IxlO15?3xl015Cnr2。
5.如權(quán)利要求2所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法，其特征在于:所述第4步中，第一次接觸孔刻蝕的深度為0.2?0.4 μ m，P型雜質(zhì)注入的劑量為IxlO15?3X1015cm_2，第二次接觸孔刻蝕的深度為0.2?0.3 μ m，第二次接觸孔刻蝕是在第一次接觸孔刻蝕的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求2所述的低正向壓降快恢復(fù)時(shí)間的功率二極管的制造方法，其特征在于:所述第6步中，背面淀積的金屬依次是鈦、鎳、銀，接觸孔內(nèi)填充的金屬與N型外延層接觸形成肖特基二極管，所述的肖特基二極管包含所有通過(guò)勢(shì)壘技術(shù)與N型外延層接觸所形成的肖特基二極管。
【文檔編號(hào)】H01L21/8249GK103633088SQ201210290623
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月15日
【發(fā)明者】羅清威, 房寶青, 左燕麗 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司