專利名稱：在超級(jí)結(jié)mosfet中集成肖特基二極管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級(jí)結(jié)MOSFET的制備方法。
背景技術(shù)：
功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(簡(jiǎn)稱功率M0S)固有一個(gè)與其并聯(lián)的寄生二極管，寄生二極管的陽極與MOS的體區(qū)以及源極相連，陰極與MOS的漏極相連，因此功率 MOS常常被用來續(xù)流或者鉗制電壓。在續(xù)流或者鉗制電壓時(shí)，寄生二極管正向?qū)ǎ琈OS也導(dǎo)通，MOS的源極(寄生二極管陽極)電壓比漏極(寄生二極管陰極)電壓稍高，電流從源極流向漏極；反向截至?xí)rMOS 的漏極(寄生二極管陰極)電壓比源極(寄生二極管陽極)電壓高，器件只有很小的漏電。 這樣的應(yīng)用由于MOS的導(dǎo)通電阻很小，正向電壓降往往比寄生二極管小，因此導(dǎo)通時(shí)功耗更小。這種寄生二極管與普通二極管一樣，由少子參與導(dǎo)電，因此有反向恢復(fù)時(shí)間，從而降低開關(guān)速度、增加開關(guān)損耗?，F(xiàn)有的超結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(簡(jiǎn)稱super junction M0S)因固有寄生二極管同樣有上述優(yōu)缺點(diǎn)(只是導(dǎo)通時(shí)電阻比一般MOS更低)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在超級(jí)結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法，其能增加器件的性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的在超級(jí)結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法，為在所述超級(jí)結(jié)MOSFET中并聯(lián)集成有由肖特基接觸與襯底形成的肖特基二極管，所述肖特基二極管的陽極位于超級(jí)結(jié)MOSFET元胞區(qū)域的源端兩個(gè)體區(qū)之間的漂移區(qū)上，所述肖特基二極管的陽極與所述超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連；所述陽極的漂移區(qū)上還設(shè)有多個(gè)摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與所述漂移區(qū)相反，雜質(zhì)濃度大于所述漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，所述摻雜區(qū)也與所述超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連；所述肖特基二極管的陰極共用位于襯底背面的所述超級(jí)結(jié)MOSFET的漏電極。在本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET中，并聯(lián)的肖特基二極管由多子(電子)導(dǎo)電，它與MOS 并聯(lián)使用，在續(xù)流時(shí)，寄生二極管的少子攝入(擴(kuò)散)大大減小，反向恢復(fù)時(shí)間大大降低。與肖特基接觸相鄰的摻雜區(qū)與漂移區(qū)形成PN結(jié)，在肖特基二極管電壓反向偏置時(shí)，上述PN結(jié)也反向偏置，肖特基接觸附近的電子被耗盡，從而降低肖特基二極管的反向漏電。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I為現(xiàn)有的超級(jí)結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET的版圖示意；圖3為本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)截面示意圖，其中a為沿圖2中AA’線的截面示意圖，b為沿圖2中BB’線的截面示意圖，c為沿圖2中CC’線的截面示意圖；圖4為本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET制備中柵極形成后的截面示意圖；圖5為本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET制備中定義出肖特基二極管陽極后的截面示意圖；圖6為本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET制備中刻蝕掉肖特基二極管陽極位置處的多晶硅后的截面示意圖；圖7為本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET制備中刻蝕形成接觸孔后的截面示意圖；圖8為本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET制備中源極引出端和摻雜區(qū)注入的示意圖，其中a 為圖2中AA’線的截面示意圖，b為圖2中BB’線的截面示意圖，c為圖2中CC’線的截面示意圖；圖9為本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET制備中源極引出端和摻雜區(qū)形成后的截面示意圖， 其中a為圖2中AA’線的截面示意圖，b為圖2中BB’線的截面示意圖，c為圖2中CC’線的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的結(jié)構(gòu)，為在超級(jí)結(jié)MOSFET中并聯(lián)肖特基二極管。肖特基二極管的陽極設(shè)置在超級(jí)結(jié)MOSFET元胞區(qū)域的源端兩個(gè)體區(qū)之間的漂移區(qū)上，由陽極和漂移區(qū)形成肖特基接觸，該陽極與、超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連；肖特基二極管的陰極共用位于襯底背面的超級(jí)結(jié)MOSFET的漏電極。在肖特基二極管陽極的漂移區(qū)上，還設(shè)有多個(gè)摻雜區(qū)，摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與漂移區(qū)相反，雜質(zhì)濃度大于漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，摻雜區(qū)也與超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連。與肖特基接觸相鄰的摻雜區(qū)與漂移區(qū)形成PN 結(jié)，在肖特基二極管電壓反向偏置時(shí)，上述PN結(jié)也反向偏置，肖特基接觸附件的電子被耗盡，從而使肖特基二極管的反向漏電降低。在一個(gè)具體實(shí)例中(見圖2和圖3)，超級(jí)結(jié)MOSFET制備中高摻雜的N型硅襯底上，襯底上方為N型的漂移區(qū)，通常為N型外延層。漂移區(qū)內(nèi)有P柱，P柱上方為P型的體區(qū)，在體區(qū)上方設(shè)有N+源區(qū)，且源區(qū)被體區(qū)包圍。在源區(qū)的中間為P+型的源極引出端(即摻雜濃度比體區(qū)的摻雜濃度高)，用于通過接觸孔連接電極。往上依次為氧化硅和多晶硅層。在相鄰的兩個(gè)體區(qū)之間的漂移區(qū)上，設(shè)置有接觸孔，用于通過接觸金屬與漂移區(qū)形成肖特基二極管。在漂移區(qū)表面上，沿著漂移區(qū)的寬度方向(即多晶硅的延伸方向)，設(shè)置有多個(gè)摻雜區(qū)(為P+區(qū)，可為等間距設(shè)置)，該摻雜區(qū)的摻雜濃度和摻雜類型可設(shè)為與源極弓I出端中的相同，并通過接觸金屬引出，該摻雜區(qū)與漂移區(qū)形成PN結(jié)，最終在漂移區(qū)的寬度方向形成PN結(jié)和肖特基二極管相間隔設(shè)置的結(jié)構(gòu)。PN結(jié)中P端的接觸金屬可與肖特基二極管中陽極設(shè)在一起，通過同一金屬線引出，也可以各自通過接觸孔引出。PN結(jié)的P端與超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連，而N端和肖特基二極管的陰極共用襯底背面的漏電極。本發(fā)明的超級(jí)結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)的制備方法，為在原有的流程中進(jìn)行改進(jìn)。具體流程可為I)在高摻雜N型襯底的N外延層上形成體區(qū)源區(qū)和柵極(見圖4)，在多晶硅的刻蝕中增加刻蝕去除位于漂移區(qū)上方的多晶硅(見圖5和圖6)。具體可為先通過光刻工藝定義出需要去除多晶娃的位置，而后刻蝕露出的多晶娃。
2)而后在襯底上淀積層間膜，接著采用光刻工藝定義出接觸孔的位置，刻蝕層間膜形成源極引出端的接觸孔(該接觸孔同時(shí)為體區(qū)的引出接觸孔)，漂移區(qū)上方的接觸孔 (見圖7)。3)而后進(jìn)行離子注入形成漂移區(qū)表面的摻雜區(qū)和源極引出端的接觸區(qū)，在離子注入之前，先通過光刻工藝使光刻膠覆蓋不需要注入的肖特基二極管的接觸孔(見圖8)。一實(shí)例中，注入最終在相應(yīng)的接觸孔底部形成P+區(qū)，而在肖特基陽極下方的漂移區(qū)中沒有進(jìn)行注入(見圖9)。摻雜區(qū)的摻雜濃度為IO13-IO14個(gè)原子/cm2。其余步驟與常規(guī)功率器件工藝相同，包括接觸金屬填充、回刻(或化學(xué)機(jī)械研磨)，正面金屬形成，背面減薄，背面金屬形成(即為超級(jí)結(jié)MOSFET的漏電極)。
權(quán)利要求
1.一種在超級(jí)結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法，其特征在于在所述超級(jí)結(jié) MOSFET中并聯(lián)集成有由肖特基接觸與襯底形成的肖特基二極管，所述肖特基二極管的陽極位于超級(jí)結(jié)MOSFET元胞區(qū)域的源端兩個(gè)體區(qū)之間的漂移區(qū)上，所述肖特基二極管的陽極與所述超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連；所述陽極的漂移區(qū)上還設(shè)有多個(gè)摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與所述漂移區(qū)相反，雜質(zhì)濃度大于所述漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，所述摻雜區(qū)也與所述超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連；所述肖特基二極管的陰極共用位于襯底背面的所述超級(jí)結(jié) MOSFET的漏電極。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述超級(jí)結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的制備包括在超級(jí)結(jié)MOSFET中的多晶硅淀積完成后，刻蝕去除位于源區(qū)上方和位于兩個(gè)體區(qū)之間的漂移區(qū)上方的多晶娃，形成多晶娃棚；在所述源區(qū)和所述漂移區(qū)上刻蝕形成接觸孔后，利用光刻工藝使光刻膠覆蓋源區(qū)的接觸孔和漂移區(qū)上部分接觸孔，接著離子注入在所述漂移區(qū)上方未被光刻膠的覆蓋的接觸孔內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與所述漂移區(qū)相反，雜質(zhì)濃度大于所述漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，最后去除光刻膠；接著填入金屬在接觸孔內(nèi)形成接觸金屬；在接下來的金屬互連形成工藝中，用金屬線連接所述源極、所述肖特基二極管的陽極和所述摻雜區(qū)。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述摻雜區(qū)為等間距間隔設(shè)置在漂移區(qū)上。
4.按照權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述摻雜區(qū)的摻雜濃度為1013-1016 個(gè)原子/cm2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在超級(jí)結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法，為在超級(jí)結(jié)MOSFET中并聯(lián)集成有由肖特基接觸與襯底形成的肖特基二極管，肖特基二極管的陽極位于超級(jí)結(jié)MOSFET元胞區(qū)域的源端兩個(gè)體區(qū)之間的漂移區(qū)上，肖特基二極管的陽極與超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連；陽極的漂移區(qū)上還設(shè)有多個(gè)摻雜區(qū)，摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與漂移區(qū)相反，雜質(zhì)濃度大于漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，摻雜區(qū)也與超級(jí)結(jié)MOSFET的源端相連；肖特基二極管的陰極共用位于襯底背面的所述超級(jí)結(jié)MOSFET的漏電極。本發(fā)明的方法，可降低肖特基二極管的反向漏電。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102610523SQ20111002158
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者王永成, 金勤海, 陳正嶸 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司