[發明專利]一種淺槽金屬氧化物半導體二極管

無效

• 申請號: 201210316638.7
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102820340A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 任敏;李澤宏;鄧光敏;趙起越;張蒙;宋詢奕;張金平;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及金屬氧化物半導體二極管。

背景技術

在電子電路中，二極管是最常用的基礎元器件之一；在電力電子電路中，二極管更與開關器件形影相隨，不可或缺。傳統的二極管主要有PN結二極管和肖特基二極管兩類。其中PN結二極管正向導通壓降較大，反向恢復時間較長，但是PN結二極管的可靠性較好，能工作于高壓。肖特基二極管是利用金屬與半導體接觸形成的金屬-半導體結原理制作的。肖特基整流管僅用一種載流子（電子）輸送電荷，在勢壘外側無過剩少數載流子的積累，因此，不存在電荷存儲問題，其反向恢復時間極短（可以小到幾納秒），正向導通壓降僅0.4V左右。但由于肖特基二極管的反向勢壘較薄，并且在其表面極易發生擊穿，所以反向擊穿電壓比較低，反向耐壓值較低。且肖特基二極管的溫度特性較差，反向漏電流也比PN結二極管大。

為了提高二極管性能，研究者們一直試圖結合PN結二極管和肖特基二極管的優點，提出了一系列的新結構器件，如：結勢壘控制整流器JBS（JBS：Junction?Barrier?Controlled?Schottky?Rectifier），混合PiN/肖特基整流MPS（MPS：Merged?P-i-N/Schottky?Rectifier），MOS控制二極管MCD（MCD：MOS?Controlled?Diode）等器件。

專利“李澤宏、唐文雄，淺槽金屬氧化物半導體二極管，申請號：201010519680.X”提出了一種新型的半導體二極管器件，結合了電子積累層結構和結型場效應管結構，獲得了非常低的導通壓降，大大提高了擊穿電壓并且降低了泄漏電流，與現有二極管技術相比，具有更好的正向導通壓降和反向擊穿電壓之間的折衷。

發明內容

本發明的目的是提供一種淺槽金屬氧化物半導體二極管，要解決的技術問題是在專利“淺槽金屬氧化物半導體二極管”的基礎上，進一步降低二極管的反向漏電流和正向導通壓降，增強電流處理能力。

本發明技術方案如下：

一種淺槽金屬氧化物半導體二極管，器件從底層往上依次是金屬化陰極1、N型重摻雜單晶硅襯底2、N^-外延層3、位于N^-外延層3上部兩側深P體區4、位于深P體區上的淺槽金屬6、位于淺槽金屬6內側的N型重摻雜區7、位于N^-外延層表面二氧化硅柵氧化層8、位于二氧化硅柵氧化層8表面的柵電極9、位于器件頂部的金屬化陽極10。所述金屬化陽極10覆蓋于器件表層，與N型重摻雜區7和柵電極9接觸，并通過淺槽金屬6與深P體區4接觸；所述兩個深P體區4之間的N^-外延層3中均勻分布得有若干平行于整個器件寬度方向的P型條5（也可稱之為P島，下文涉及此處時采用P島的稱謂）；所述P型條5的尾部即在整個器件的背部以展寬的方式與深P體區4相連或通過位于整個器件背部的淺槽金屬6’與金屬化陽極10相連，以實現P型條5與深P體區4等電位。

上述淺槽金屬氧化物半導體二極管中，所述兩個深P體區4與二者之間的P型條5以及N^-外延層3形成結型場效應晶體管（JFET）結構11。所訴N型重摻雜區7、二氧化硅柵氧化層8、柵電極9和它們附近的N^-外延層3構成電子積累層結構12。所述P型條5的具體數目可根據器件設計需求改變。

所述深P體區4的摻雜濃度大于N^-外延層3的摻雜濃度兩個數量級。

所述深P體區4形狀是矩形、弧形、半圓形、梯形或橢圓形。

所述二氧化硅柵氧化層8為薄柵氧化層，其厚度范圍為5nm到100nm。

所述柵電極材料為多晶硅或具有導電性能的金屬、金屬氮化物、金屬氧化物或金屬硅化物。

所述淺槽金屬氧化物半導體二極管中的半導體材料可采用體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅等半導體材料。

本發明的有益效果表現在：

本發明與現有技術相比，采用具有電子積累層結構和結型場效應管結構，由于電子積累層結構的柵氧化層非常薄，二極管可以獲得非常低的導通壓降，結型場效應管結構的引入，大大提高了擊穿電壓并且降低了泄漏電流，在反向電壓下薄柵氧化層加速了半導體表面導電溝道的夾斷，更好地實現了正向導通壓降與反向恢復時間之間的折中。與申請號為201010519680.X的專利申請“淺槽金屬氧化物半導體二極管”相比，由于P島的引入能夠進一步降低二極管的反向漏電流和正向導通壓降，增強電流處理能力。