[發(fā)明專利]一種具有多晶硅島的金屬氧化物半導(dǎo)體二極管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810970628.2
• 申請(qǐng)日: 2018-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109119488A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李澤宏;楊夢(mèng)琦;蒲小慶;任敏;張金平;高巍;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/861
• 分類號(hào): H01L29/861;H01L29/06
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明設(shè)計(jì)功率半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種金屬氧化物半導(dǎo)體二極管。本發(fā)明的有益效果為：在原專利提出的新型半導(dǎo)體二極管的基礎(chǔ)上，在縱向方向添加了三個(gè)或三個(gè)以上的多晶硅島，多晶硅島中存儲(chǔ)有負(fù)電荷，器件反向阻斷時(shí)，高電位的N型區(qū)與多晶硅島內(nèi)的負(fù)電荷產(chǎn)生橫向電場(chǎng)，輔助耗盡漂移區(qū)，使得橫向電場(chǎng)分布更加均勻，縱向電場(chǎng)更加接近矩形分布，提高金屬氧化物半導(dǎo)體二極管的反向耐壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種金屬氧化物半導(dǎo)體二極管。

背景技術(shù)

在電子電路中，二極管是最常用的電子元件之一，傳統(tǒng)的整流二極管主要是肖特基整流器和PN結(jié)整流器。其中，PN結(jié)二極管能夠承受較高的反向阻斷電壓，穩(wěn)定性較好，但是其正向?qū)▔航递^大，反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。肖特基二極管是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的，通態(tài)壓降較低。由于是單極載流子導(dǎo)電，肖特基二極管在正向?qū)〞r(shí)沒(méi)有過(guò)剩的少數(shù)載流子積累，反向恢復(fù)較快。但是肖特基二極管的反向擊穿電壓較低，反向漏電流較大，溫度特性較差。為了提高二極管的性能，國(guó)內(nèi)外研究者們一直試圖結(jié)合PN結(jié)二極管和肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)，提出了P-i-N二極管、結(jié)勢(shì)壘控制整流器JBS(Junction Barrier Schottky Rectifier)、MOS控制二極管MCD(MOS Controlled Diode)、槽柵MOS勢(shì)壘肖特基二極管TMBS(Trench MOS Barrier Schottky Diode)等器件。快恢復(fù)二極管具有較好的開(kāi)關(guān)特性、較短的反向恢復(fù)時(shí)間，它內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通的額PN結(jié)不同，屬于P-i-N二極管，在P型材料和N型材料之間添加了i基區(qū)，由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓較高。

專利“淺槽金屬氧化物二極管(CN102064201A)”提出了一種新型的半導(dǎo)體二極管器件，結(jié)合了電子積累層和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，獲得了非常低的導(dǎo)通壓降，大大提高了擊穿電壓并且降低了泄漏電流。然而，淺槽金屬氧化物二極管和肖特基二極管一樣是多子型器件，其反向耐壓的提高與正向?qū)▔航档慕档痛嬖诿埽岣咂骷姆聪蚰蛪海托枰黾悠茀^(qū)的厚度，減小漂移區(qū)的摻雜濃度，這些因素都會(huì)增加正向?qū)▔航担@限制了該器件在中高壓應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是：解決淺槽金屬氧化物二極管在正向?qū)▔航递^低時(shí)反向耐壓不高的問(wèn)題，使得淺槽金屬氧化物二極管在保證較低正向?qū)▔航档耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)較高的反向耐壓。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種具有多晶硅島的金屬氧化物半導(dǎo)體二極管，包括從下至上依次層疊設(shè)置的陰極電極1、N+襯底2、N型漂移區(qū)3、N-摻雜區(qū)4以及陽(yáng)極電極9；所述陰極電極1的上表面與N+襯底2的下表面接觸，所述N+襯底2的上表面與N型漂移區(qū)3的下表面接觸，所述陽(yáng)極電極9的兩端垂直向下延伸入N-摻雜區(qū)4中，N-摻雜區(qū)4與陽(yáng)極電極9向下延伸的部分之間具有N型重?fù)诫s區(qū)5；兩側(cè)的N型重?fù)诫s區(qū)5之間的N-摻雜區(qū)4上表面具有平面柵結(jié)構(gòu)，所述平面柵結(jié)構(gòu)位于陽(yáng)極電極9中，所述平面柵結(jié)構(gòu)包括柵氧化層10和位于柵氧化層10上表面的多晶硅柵電極11，柵氧化層10下表面與部分N型重?fù)诫s區(qū)5上表面接觸；所述陽(yáng)極電極9向下延伸部分的下方具有相互并列設(shè)置的溝槽8和P型重?fù)诫s區(qū)6，且P型重?fù)诫s區(qū)6的部分上表面與N型重?fù)诫s區(qū)5接觸；所述溝槽8垂直延伸入N型漂移區(qū)3中，所述P型重?fù)诫s區(qū)6的下表面與N型漂移區(qū)3上表面之間具有P型埋層7，且P型埋層7的側(cè)面與溝槽8接觸，其特征在于：所述溝槽8中填充有介質(zhì)層13，所述介質(zhì)層13中具有多晶硅島12，所述多晶硅島12沿著縱向方向等間距排列，所述多晶硅島12中存儲(chǔ)有負(fù)電荷，且負(fù)電荷沿著陽(yáng)極電極9到陰極電極1的方向逐漸增加。

進(jìn)一步地，所述P型埋層7的摻雜濃度大于N-摻雜區(qū)4的摻雜濃度兩個(gè)數(shù)量級(jí)，所述N型漂移區(qū)3的摻雜濃度大于N-摻雜區(qū)4的摻雜濃度一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)；

進(jìn)一步地，所述柵氧化層10是薄柵氧化層，其厚度為5nm-100nm；