[發明專利]自對準內嵌肖特基結的功率半導體場效應晶體管

無效

• 申請號: 201010556115.0
• 申請日: 2010-11-23
• 公開（公告）號: CN102064199A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 王穎;焦文利;曹菲;劉云濤;邵雷
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01L29/812
• 分類號: H01L29/812
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，具體地來說涉及一種自對準內嵌肖特基結的功率MOSFET器件。

背景技術

功率MOSFET具有低正向電壓降、高轉換速度、容易柵控制等特點，在低中壓電力電子應用中成為一種重要的半導體器件。功率MOSFET在高功率半導體器件中例如電導調制雙極晶體管是基本的構成模塊。在一些基于MOSFET的電路中，包括開關電源、可調速驅動器等，在器件的運行周期的內過量的電流會流經功率MOSFET的寄生PN結二極管。當用作電源轉換器的前級開關時，功率MOSFET的體二極管作為一個續流二極管，流過電源轉換周期內的一半電流。漂移區二極管的存儲電荷使得功率MOSFET產生額外的反向恢復電流，因此寄生PN結體二極管限制了器件的安全工作區(SOA)、關斷損耗及開關速度。當MOSFET用作同步整流器時，器件關斷時電流不經過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，工藝控制和一些混合方法被應用到器件中，例如，將電子輻照用于加速寄生PN結體二極管的反向恢復。輻射產生的氧化損傷導致通態電阻的退化和閾值電壓及擊穿特性的降低。輻射晶圓在150℃退火時恢復原來的器件特性。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內部的體二極管并聯。這種方法雖然有效，但是需要額外的半導體元件，這必然會導致互連和封裝電感的增加。在開關模式下的功率轉換器應用中，特別是在電源轉換頻率1MHz以上的開關電源中尤其顯著。互連和增加的封裝電感在如此高的轉換頻率下將導致轉換效率和系統穩定性降低。故單片集成功率MOSFET與肖特基整流器引起人們的關注。肖特基整流器是多子器件，漂移區中多余電荷在關斷過程中將迅速消失，這將有利于減少反向恢復電荷、降低關斷延遲時間。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能降低寄生電感，減少MOSFET晶體管結構器件的反向恢復時間的自對準內嵌肖特基結的功率半導體場效應晶體管。

本發明的目的是這樣實現的：

包括漏區1、漂移區2、柵氧化層3、柵電極4、場氧化層5、溝道區6、側壁氧化層7、陽極8和源電極9；在漏區1之上形成位于基底上的摻雜層漂移區2；在所述摻雜層上形成柵極區，柵極區包括柵氧化層3、柵電極4與場氧化層5；在所述摻雜層之上形成位于柵極區兩側的側壁氧化層7；在所述摻雜層之上形成位于柵極區兩側的源極區，源極區包括溝道區6、陽極8與源電極9；陽極8與漂移區2形成肖特基接觸，其中陽極8與源電極9短接。可以通過調節多晶硅柵4及場氧化層5的厚度控制側壁氧化層7的寬度，進而靈活控制肖特基二極管的面積。

本發明采用的技術方案是在功率MOSFET元胞內，將肖特基二極管集成到功率MOSFET器件中，節省了器件面積。在源端金屬化的過程中，將柵電極正對漏端除了P區和源摻雜區的部分替換為金屬，形成陽極8，陽極8與漂移區2形成肖特基接觸，通過調整多晶硅柵4及場氧化層5的厚度可以形成不同的側壁氧化層高度，從而靈活控制肖特基結的面積。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時間。本發明與常規MOSFET晶體管工藝兼容，具有很強的可實施性，更易滿足功率電子系統的應用要求。

本發明所述的自對準內嵌肖特基結的功率MOSFET器件，可通過優化設計漂移區2的摻雜濃度及結構參數，側壁氧化層7的結構參數。陽極8與漂移區2形成肖特基接觸，在結構上形成MOSFETFET器件內部寄生體二極管與肖特基二極管并聯的形式，替代外部并聯肖特基整流器，降低寄生電感，從而減少MOSFET晶體管結構器件的反向恢復時間。

附圖說明

圖1為本發明的自對準內嵌肖特基結的功率MOSFET器件結構示意圖；

圖2為常規的功率MOSFET晶體管結構示意圖；

圖3為本發明的自對準內嵌肖特基結的功率MOSFET器件工藝制造過程。

圖4為本發明的集成肖特基整流器的功率MOSFETFET器件與普通MOSFET晶體管器件充電時間特性的比較；

圖5為本發明的集成肖特基整流器的功率MOSFETFET器件與普通MOSFET晶體管器件反向恢復特性的比較。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做進一步的描述：