一种集成沟槽肖特基的MOSFET制造技术

技术编号:13924952 阅读:77 留言:0更新日期:2016-10-28 05:02
本发明专利技术属于半导体技术,特别涉及一种集成沟槽肖特基的MOSFET。该集成沟槽肖特基的MOSFET为在MOSFET中集成有由肖特基接触与衬底形成的肖特基二极管,肖特基结由金属层与N型轻掺杂环接触形成,位于MOSFET槽型栅极下方,其肖特基二极管的阳极电位通过阳极引出金属与MOSFET的源极相连。本发明专利技术的肖特基二极管与MOSFET二极管的集成更为紧凑,位于体内的肖特基结减小了占用的芯片面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功率半导体领域,特别涉及一种集成沟槽肖特基的MOSFET
技术介绍
高性能转换器设计中的同步整流对于低电压、高电流应用至关重要,这是因为通过将肖特基整流替换为同步整流MOSFET能够显著提高效率和功率密度。在实际应用中,同步整流MOSFET的功率损耗主要由导通损耗、开关损耗以及体二极管导通损耗等组成。例如,在DC-DC转换电路中,低边的功率开关的功率损耗中,体二极管的导通损耗仍然影响MOSFET的总体损耗。随着功率开关应用中高频和大电流的要求的提高,降低功率损耗的需求受到了越来越多的重视。为了降低功率MOSFET体二极管的功率损耗,采用MOSFET与肖特基二极管并联的方式,由于肖特基二极管的正向开启电压(约为0.35V)比PN结二极管的内建电势(约0.7V)小,因此减少体二极管正向开启电压,减小体二极管死区损耗。集成MOSFET与肖特基二极管虽然解决了体二极管导通时开启电压过高的问题,但是传统的集成方式导致了需要较大的芯片面积,尤其是在承受较高电流的时候。美国6987305B2号专利“Intergrated FET and schottky device”公开过几种不同的肖特基与MOSFET集成的结构与制作方法,提出了紧密的肖特基与MOSFET集合装置,减小了损耗,然而这些装置中的平面肖特基区域仍需占用较大的芯片面积。
技术实现思路
本专利技术的目的,就是为了解决肖特基结集成在MOSFET中占用芯片面积的问题,提出了一种集成沟槽肖特基的MOSFET。本专利技术的技术方案:一种集成沟槽肖特基的MOSFET,包括从下至上依次层叠设置的漏极金属层12、N型重掺杂衬底1、N型漂移区2、P型掺杂区3和源极金属层10;所述P型掺杂区3中具有N型重掺杂区5、P型重掺杂区4和沟槽9,所述N型重掺杂区5位于P型掺杂区3的上层,N型重掺杂区5的上表面与源极金属层10接触,所述沟槽9贯穿N型重掺杂区5的中部并向下延伸至N型漂移区2中,沟槽9的上表面与源极金属层10接触;所述P型重掺杂区4位于N型重掺杂区5远离沟槽9的一侧,P型重掺杂区4与N型重掺杂区5的底部连接,形成欧姆接触;源极金属层10沿N型重掺杂区5的侧面向下延伸至与P型重掺杂区4接触;所述沟槽9中填充有介质6,在介质6中具有多晶硅7;所述沟槽9位于N型漂移区2中部分的末端填充有金属8;所述N型漂移区2中还具有N型轻掺杂环11,所述N型轻掺杂环11与金属8接触,并形成肖特基结;所述金属8与源极金属层10电气连接;所述多晶硅7为栅电极;所述P型掺杂区3的掺杂浓度大于N型漂移区2的掺杂浓度两个数量级;所述的P型重掺杂区4的掺杂浓度大于P型掺杂区3的掺杂浓度两到三个数量级。进一步的,所述沟槽9下方两侧具有P型浮空岛14。本专利技术所提供的一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET,为在MOSFET中并联肖特基二极管。如图1所示,为所述一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的剖面图,所述肖特基二极管的阳极设置在MOSFET元胞区域的槽型栅下方,由阳极和漂移区形成肖特基接触;如图2所示,为所述一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的三维结构图,图中示出了肖特基二极管的阳极与MOSFET的源端相连,通过阳极引出金属13,与位于表面的源极金属相连;如图3所示,为图2中三维结构沿z方向的剖面示意图。图3中示出阳极引出金属13周围填充介质层6,与P型掺杂区3及N型重掺杂区5隔离,但与金属层8相连。位于肖特基二极管的阴极共用位于衬底背面的漏电极所述MOSFET的源极作为肖特基二极管的阳极,所述MOSFET背面的漏极作为肖特基二极管的阴极。图4中示出了本专利技术的一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的版图示意例图1,MOSFET结构为条形元胞,方向与x轴坐标平行,阳极引出区垂直于条形元胞方向,方向与Y轴坐标平行。US6987305B2号专利“Intergrated FET and schottky device”中肖特基二极管的肖特基结在芯片表面,占据较大的芯片面积,本专利技术提出的紧密的集成沟槽肖特基MOSFET可根据不同的版图设计,仅在芯片表面占据一部分阳极引出区域,其宽度为栅极线宽,占用芯片面积非常小。图5中示出了一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的版图示意例图2,相较于版图示意例图1,阳极引出区域的占用面积更小。本专利技术的工作原理为:栅极电压达到阈值电压时,MOSFET正向导通。位于阳极引出金属13两侧的P型掺杂区3在MOSFET导通时不会形成反型层,因此,阳极引出金属13两侧没有电流通路。此时,位于阳极引出金属13两侧的N型重掺杂区5中的电子通过位于栅极两侧的路径流出。此时,肖特基二极管的阳极相对于阴极接低电位,肖特基结反偏,肖特基二极管处于反向阻断状态。N-型保护环11使得肖特基二极管的耐压增大,但同时增加了肖特基二极管的开启电压。栅极电位在未达到阈值电压时,MOSFET不能导通,此时,肖特基二极管较MOSFET体二极管先导通。电子越过势垒从半导体中进入金属界面,不发生积累直接流走。综上所述,本专利技术的有益效果为:一种集成沟槽肖特基的MOSFET,肖特基结由金属层8与N型轻掺杂环11接触形成,位于MOSFET槽型栅极7下方,其肖特基二极管的阳极电位通过阳极引出金属13与MOSFET的源极相连。本专利技术的肖特基二极管与MOSFET二极管的集成更为紧凑,位于体内的肖特基结减小了占用的芯片面积。附图说明图1是实施例1所提供的一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的剖面结构;图2是实施例1所提供的一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的三维结构图;图3是实施例1所提供的一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的沿图2中三维结构图z方向的剖面图;图4是实施例1所提供的一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的版图示意例图1;图5是实施例1所提供的一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的版图示意例图2;图6是实施例2所提供的一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的剖面结构。具体实施方式下面结合附图和实施例,详细描述本专利技术的技术方案:本专利技术所提供的一种集成沟槽肖特基的MOSFET,为在MOSFET中并联肖特基二极管。如图1所示,为所述一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的剖面图,所述肖特基二极管的阳极设置在MOSFET元胞区域的槽型栅下方,由阳极和漂移区形成肖特基接触;如图2所示,为所述一种紧密的集成沟槽肖特基的MOSFET的三维结构图,图中示出了肖特基二极管的阳极与MOSFET的源端相连,通过阳极引出金属13,与位于表面的源极金属相连;如图3所示,为图2中三维结构沿z方向的剖面示意图。图3中示出阳极引出金属13周围填充介质层6,与P型掺杂区3及N型重掺杂区5隔离,但与金属层8相连。位于肖特基二极管的阴极共用位于衬底背面的漏电极所述MOSFET的源极作为肖特基二极管的阳极,所述MOSFET背面的漏极作为肖特基二极管的阴极。图4中示出了本专利技术的一种集成沟槽肖特基的MOSFET的版图示意例图1,MOSFET结构为条形元胞,方向与x轴坐标平行,阳极引出区垂直于条形元胞方向,方向与Y轴坐标平行。US6987305B2号专利“Intergrated FET and schottky device”中肖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成沟槽肖特基的MOSFET,包括从下至上依次层叠设置的漏极金属层(12)、N型重掺杂衬底(1)、N型漂移区(2)、P型掺杂区(3)和源极金属层(10);所述P型掺杂区(3)中具有N型重掺杂区(5)、P型重掺杂区(4)和沟槽(9),所述N型重掺杂区(5)位于P型掺杂区(3)的上层,N型重掺杂区(5)的上表面与源极金属层(10)接触,所述沟槽(9)贯穿N型重掺杂区(5)的中部并向下延伸至N型漂移区(2)中,沟槽(9)的上表面与源极金属层(10)接触;所述P型重掺杂区(4)位于N型重掺杂区(5)远离沟槽(9)的一侧,P型重掺杂区(4)与N型重掺杂区(5)的底部连接,形成欧姆接触;源极金属层(10)沿N型重掺杂区(5)的侧面向下延伸至与P型重掺杂区(4)接触;所述沟槽(9)中填充有介质(6),在介质(6)中具有多晶硅(7);所述沟槽(9)位于N型漂移区(2)中部分的末端填充有金属(8);所述N型漂移区(2)中还具有N型轻掺杂环(11),所述N型轻掺杂环(11)与金属(8)接触,并形成肖特基结;所述金属(8)与源极金属层(10)电气连接;所述多晶硅(7)为栅电极;所述P型掺杂区(3)的掺杂浓度大于N型漂移区(2)的掺杂浓度两个数量级;所述的P型重掺杂区(4)的掺杂浓度大于P型掺杂区(3)的掺杂浓度两到三个数量级。...

【技术特征摘要】
1.一种集成沟槽肖特基的MOSFET,包括从下至上依次层叠设置的漏极金属层(12)、N型重掺杂衬底(1)、N型漂移区(2)、P型掺杂区(3)和源极金属层(10);所述P型掺杂区(3)中具有N型重掺杂区(5)、P型重掺杂区(4)和沟槽(9),所述N型重掺杂区(5)位于P型掺杂区(3)的上层,N型重掺杂区(5)的上表面与源极金属层(10)接触,所述沟槽(9)贯穿N型重掺杂区(5)的中部并向下延伸至N型漂移区(2)中,沟槽(9)的上表面与源极金属层(10)接触;所述P型重掺杂区(4)位于N型重掺杂区(5)远离沟槽(9)的一侧,P型重掺杂区(4)与N型重掺杂区(5)的底部连接,形成欧姆接触;源极金属层(10)沿N型重掺杂区...

【专利技术属性】
技术研发人员:李泽宏李爽陈文梅陈哲曹晓峰李家驹罗蕾任敏
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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