[发明专利]带有集成肖特基势垒二极管的沟槽MOSFET器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，尤其是涉及一种集成肖特基势垒二极管的沟槽MOSFET器件。

背景技术

肖特基结的特点在于，能垒（对于自由载流子）低于PN二极管结，单极电流传导与PN二极管情况下的双极电流传导相反。因此，虽然肖特基二极管在低于典型PN结二极管的正向电压下开始电流传导，但是肖特基二极管的反向偏置漏电流高于典型的PN结二极管。由于肖特基二极管是单极器件，因此开关速度比PN结二极管更快。

肖特基二极管通常使用在电子器件中，用于整流。例如，在功率转换器实现同步整流的器件中，功率转换器使用功率MOSFET，作为高端开关，使用另一个功率MOSFET，作为低端开关，两个功率MOSFET用于调制电流传导到负载。在实际运行中，在一个开关开启之前，两个开关都断开。当两个开关断开时，功率MOSFET的体二极管传导电流。然而，为了提高转换效率，肖特基二极管通常与MOSFET体二极管并联，如图1所示。N-型功率MOSFET M1具有一个体二极管D1，由P-型本体区构成，作为阳极，N-型漏极区作为阴极。为了提高功率MOSFET M1的性能，肖特基二极管SD1与体二极管D1并联。肖特基二极管SD1的阳极电连接到功率MOSFET M1的源极端或体二极管D1的阳极。肖特基二极管SD1的阴极电连接到功率MOSFET M1的漏极端，或体二极管D1的阴极。肖特基二极管SD1的正向偏压低于体二极管D1，从而降低了正向压降，并且改善了恢复时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成肖特基势垒二极管的沟槽MOSFET器件的新型结构。

依据本发明的一个实施例，肖特基二极管包括一个第一导电类型的半导体衬底；一个形成在半导体衬底上的第一导电类型的半导体层；形成在半导体层中的第一和第二沟槽，第一和第二沟槽内衬一薄电介质层，并用沟槽导体层部分填充，第一和第二沟槽的剩余部分用第一电介质层填充；一个形成在第一和第二沟槽之间的半导体层顶面上的肖特基金属层。所形成的肖特基二极管带有肖特基金属层，作为阳极，第一和第二沟槽之间的半导体层，作为阴极。每个第一和第二沟槽中的沟槽导体层都电连接到肖特基二极管的阳极。

依据本发明的另一个方面，含有场效应晶体管和肖特基二极管的半导体器件包括，一个第一导电类型的半导体衬底；一个形成在半导体衬底上的第一导电类型的半导体层；形成在半导体层中的第一和第二沟槽，第一和第二沟槽内衬一薄电介质层，并用第一沟槽导体层填充，第一和第二沟槽的剩余部分用第一电介质层填充；一个形成在第一和第二沟槽之间的半导体层顶面上的肖特基金属层；一个形成在半导体层中的第三沟槽，第三沟槽内衬薄电介质层，并用第一沟槽导体层和第二沟槽导体层填充，第一沟槽导体层通过中间层电介质层，与第二沟槽导体层绝缘，第一沟槽导体层填充一部分第三沟槽，第二沟槽导体层从中间层电介质开始，延伸到第三沟槽的顶面附近；一个形成在第三沟槽附近的半导体层顶部中的第二导电类型的第一阱区，第一阱区延伸到形成在第三沟槽中的第二沟槽导体层底部边缘附近的深度；以及一个形成在第三沟槽侧壁附近的第一阱区中，第一导电类型的重掺杂源极区。

制备一个肖特基二极管，其中肖特基金属层作为阳极，第一和第二沟槽之间的半导体层作为阴极。制备场效应晶体管，其中重掺杂N-型半导体衬底作为漏极，第三沟槽中的第二沟槽导电层作为栅极，第一阱区作为本体区，重掺杂源极区作为源极，第三沟槽中的第一沟槽导电层作为栅极屏蔽电极。第三沟槽中的第一沟槽导电层电连接到源极，每个第一和第二沟槽中的第一沟槽导电层都电连接到肖特基二极管的阳极。

阅读以下详细说明并参照附图后，将更好地理解本发明。

附图说明

图1表示肖特基二极管与功率MOSFET和功率MOSFET的体二极管并联的电路图。

图2表示依据本发明的一个实施例，集成肖特基二极管的沟槽MOSFET器件的剖面图。

图3为图2所示的沟槽肖特基二极管的等轴测试图，表示沟槽的纵轴和形成肖特基二极管的台面结构。

图4表示依据本发明的第一可选实施例，沟槽肖特基二极管的等轴测试图。

图5表示依据本发明的一个实施例，图4中的沟槽肖特基二极管沿纵轴线A-A’的剖面图。

图6表示依据本发明的第二可选实施例，沟槽肖特基二极管的等轴测试图。

图7表示依据本发明的一个实施例，图6中的沟槽肖特基二极管沿纵轴线A-A’的剖面图。