[發明專利]集成肖特基二極管的超勢壘整流器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410083539.8
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103887308A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 沈健
• 申請（專利權）人: 中航（重慶）微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/08
• 分類號: H01L27/08;H01L29/872;H01L21/82
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 吳俊

技術領域

本發明主要涉及功率半導體整流器，更確切地說，是設計一種超勢壘整流器及提供制備超勢壘整流器的優化方法，集成有集成肖特基二極管。

背景技術

迄今，功率半導體整流器廣泛應用在電源切換和功率變換器之中，例如，一些現有技術公開了諸多種類的超勢壘整流器（Super?Barrier?Rectifier，SBR），在陽極和陰極之間整合并聯的整流二極管和MOS晶體管來形成超勢壘整流器SBR。典型的如中國專利申請01143693.X公開了《制造功率整流器件以改變工作參數的改進方法及所得的器件》，又如美國專利申請US6331455B1公開了一種《功率整流器及其制造方法》等，這些文獻詳細介紹了SBR替代普通整流器的解決方案和制備方法。然而當前需要解決的問題是提高MOS晶體管的晶胞密度和優化制備工藝以制造性能參數更佳、成本更低的整流器，尤其是要求保持正向快速導通和較高的反向恢復時間，而且要保障反向漏電流小，已知技術在克服這些難題上仍然存在諸多不足之處。

另一方面，基于肖特基勢壘整流器為異質結勢壘，具有導通電壓低、開關切換迅速等優勢，一些MOS器件中也設法整合肖特基二極管，但是隨之而來的漏電流和反向功率耗散之類的問題，造成可靠性降低，給設計人員帶來麻煩。漏電流在溫度升高時表現得最為明顯，因為溫度升高極易導致漏電流急劇升高。所以即便一些MOS器件中刻意引入了肖特基二極管，卻因無法抑制反向漏電流而無法實質性應用在高精度整流器中。

發明內容

在一個實施方式中，本發明提供一種集成肖特基二極管的SBR，包括：一個底部襯底和其上方的一外延層，在外延層的頂部形成有一本體層，以及在本體層頂部形成有一頂部摻雜層；形成在外延層中的有源溝槽，向下貫穿頂部摻雜層和本體層直至其底部延伸至本體層下方的外延層中，有源溝槽底部和側壁內襯有襯墊氧化物和在有源溝槽內設置有柵極；貫穿相鄰有源溝槽間的頂部摻雜層和本體層直至向下延伸至本體層下方的外延層內的通孔；植入在本體層中并圍繞在通孔側壁周圍的本體接觸區和植入在通孔底部下方外延層內的摻雜區；填充在通孔內的金屬栓塞，栓塞與外延層及摻雜區之間形成肖特基接觸；覆蓋在外延層之上并與頂部摻雜層、栓塞保持電性接觸的一陽極金屬層，以及設置在底部襯底底面上的一陰極金屬層。

上述SBR，有源溝槽內的柵極的頂端向上凸出于外延層的頂面，柵極頂端超出外延層頂面的部分嵌入在陽極金屬層內。

上述SBR，SBR在反向偏置條件下，在有源溝槽位于本體層下方的部分附近的外延層中形成耗盡區，和在本體層與外延層的界面處形成的耗盡區，籍此屏蔽體二極管和肖特基二極管以降低反向漏電流。

在另一個實施例中，一種集成肖特基二極管的SBR，包括：一個底部襯底和其上方的一外延層，在外延層的頂部形成有一本體層，以及在本體層頂部形成有一頂部摻雜層；形成在外延層中的一環形隔離溝槽，和形成在隔離溝槽內側的有源區中的有源溝槽，及形成在隔離溝槽外側的終端區中的端接溝槽；有源溝槽、隔離溝槽和端接溝槽，均向下貫穿頂部摻雜層和本體層直至底部延伸至本體層下方的外延層中，在它們各自的底部和側壁皆內襯有襯墊氧化物，并在有源溝槽、隔離溝槽內設置有柵極和在端接溝槽內設置有浮置柵極；形成在相鄰有源溝槽之間和形成在隔離溝槽與其附近的有源溝槽之間的通孔，通孔貫穿頂部摻雜層和本體層直至向下延伸至本體層下方的外延層內；植入在本體層中并圍繞在通孔側壁周圍的本體接觸區和植入在通孔底部下方外延層內的摻雜區；填充在通孔內的金屬栓塞，栓塞與外延層及摻雜區之間形成肖特基接觸；覆蓋在外延層之上并與頂部摻雜層、栓塞保持電性接觸的一陽極金屬層，以及設置在底部襯底底面上的一陰極金屬層。

上述SBR，，有源溝槽和隔離溝槽內的柵極、端接溝槽內的浮置柵極各自的頂端皆向上凸出于外延層的頂面，有源溝槽和隔離溝槽內的柵極的頂端超出外延層頂面的部分嵌入在陽極金屬層內，浮置柵極與陽極金屬層絕緣。

上述SBR，，有源區上方的陽極金屬層的周邊部分覆蓋在隔離溝槽內的柵極靠近有源區的內側部分的頂部之上，隔離溝槽內的柵極靠近終端區的外側部分的頂部上方沒有被陽極金屬層覆蓋住。

上述SBR，，當SBR反向偏置時，在有源溝槽、隔離溝槽位于本體層下方的部分附近的外延層中形成耗盡層，和在有源區的本體層和外延層的界面處形成耗盡層，籍此屏蔽體二極管和肖特基二極管以降低反向漏電流。