[發明專利]在MOSFET器件中集成肖特基的方法和結構

有效

• 申請號: 201210067439.7
• 申請日: 2012-03-05
• 公開（公告）號: CN102738211A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 雷燮光;蘇毅;伍時謙;安荷·叭剌
• 申請（專利權）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L27/06;H01L21/822
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術領域

本發明涉及MOSFET器件，尤其是涉及一種將肖特基二極管集成于MOSFET器件中的新方法和集成結構。

背景技術

肖特基二極管在很多應用領域已經取代了PN結二極管。尤其是肖特基二極管已經用于取代功率MOSFET器件中的PN結(也就是，MOSFET中的體二極管同源極(source)和漏極(drain)并聯)。功率MOSFET中配置PN結二極管會表現出幾個不可取的特性，其中包括：過大的正向傳導損耗，在正向偏壓下工作時，體區-外延結之間的電荷存儲，過量的儲存少子電荷會導致當功率MOSFET從正向偏壓切換到反向偏壓時，造成過大的恢復電流和尖峰電壓，在快速切換時產生射頻干擾。所有這些特性，造成對器件不必要的壓力，導致器件的性能欠佳。

肖特基二極管具有許多優于PN結二極管的特點，特別是配置在功率MOSFET中時。肖特基二極管在正向導通時的正向電壓降很低，降低了器件的功耗，從而減少了傳導損耗。肖特基的傳導是通過多數載流子進行的，在器件正反向切換時，少數載流子的電荷存儲效應不會發生。因此，肖特基二極管是功率MOSFET的首選組態。

由于功率MOSFET采用肖特基二極管越來越廣泛，所以改進器件組態以降低生產成本變得越來越重要。特別重要是，考慮如何減小集成了肖特基二極管在半導體襯底上所占的表面積。減少肖特基二極管所占的表面積，是降低制造成本和進一步使電子設備的尺寸和形狀小型化的關鍵，從而實現便攜性和其他功能。

將肖特基二極管集成于MOSFET，制造功率MOSFET器件，現有多種供選組態。然而，所有這些組態，都有一些不良特性，使它們性能比最佳功率MOSFET器件差。圖1-3示出了三種這樣的原有技術組態。

圖1標出了原有技術集成的多層MOSFET器件，以及與這些MOSFET器件并聯的結勢壘控制肖特基(JBS)的集成結構。集成結構100包括了一個n+型襯底101和一個n型外延層103，若干個MOSFET內建于集成結構100中。溝槽105加工成外延層103并填充導電材料107，由絕緣層108環繞，形成集成結構100中每個MOSFET的各個柵級區107。用p-型材料摻雜外延層103環繞著每個溝槽的區域，以形成每個MOSFET的本體區109。每個MOSFET體區109在鄰近溝槽105側壁的那部分，摻雜n+型導電摻雜劑，以形成每個MOSFET器件的源極區111。n+型襯底101提供了每個MOSFET的漏極區。

結勢壘控制肖特基(JBS)119也內建于集成結構100。肖特基二極管119包括肖特基勢壘金屬115直接形成于n-摻雜區113頂部。n摻雜區113是在外延層103中兩個MOSFET體區109之間形成的，肖特基結是在肖特基勢壘金屬115和n摻雜區113之間的界面處形成的。因此，勢壘金屬115形成了肖特基二極管的陽極，襯底101形成了肖特基二極管的陰極。此外，在n-型摻雜區113中可能形成一個或多個p+摻雜屏蔽區117，構成P-N結，這些P-N結夾斷了肖特基接頭下面的溝道區，以抑制從正向偏壓切換到反向偏壓時，造成過大的反向漏電電流。

雖然這個特定的組態確實制成了帶肖特基二極管的功率MOSFET器件，但它的缺點在于p+屏蔽減少了肖特基的表面面積。為了使肖特基二極管具有更高的擊穿電壓，通常需要更深的p+結。因此，具有高擊穿電壓JBS的肖特基表面利用率可能相當低。在MOSFET中需要一個專用的區域，制備肖特基二極管，因此制得的芯片較大。

圖2標出了一個供選用的原有技術的集成結構，包括一個單片集成肖特基二極管和一個高性能的溝槽柵極MOSFET。集成結構201包括多個溝槽200-1、200-2、200-3、200-4，布圖蝕刻成一個n型襯底202。然后，沿著溝槽200壁形成一薄層介質層204，之后，沉積導電材料206直到基本填滿每個溝槽200，形成集成結構201中的每一個MOSFET柵極區，在除了要形成肖特基二極管的溝槽(如200-3和200-4)之外的溝槽200間形成p-型阱208。p-型阱208構成了集成結構201中每個MOSFET的本體區。然后，在p-型阱區208里形成n+型源極區212。襯底202形成了集成結構201中每個MOSFET的漏極區。

通過在襯底202頂部沒有p-型阱的區域沉積肖特基勢壘金屬218，肖特基二極管210也可以內建于集成結構201之內。肖特基勢壘金屬218形成肖特基二極管的陽極210，襯底形成肖特基二極管210的陰極引出線，肖特基二極管210的周圍環繞著MOSFET溝槽200。