[发明专利]一种集成肖特基二极管的槽栅VDMOS器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及槽栅型VDMOS器件，尤其是一种集成了肖特基二极管的槽栅型VDMOS器件。

背景技术

VDMOS是功率半导体中应用最广泛的一类功率器件，它具有易驱动、开关速度快、可集成、工艺简单等优点。在低压领域，槽栅型VDMOS器件因消除了JFET区电阻且具有更小的元胞尺寸，从而具有更低的比导通电阻而被广泛采用。

基本的N沟道槽栅型VDMOS器件结构如图1所示，其中包括：源极金属1、隔离介质3、N+源区4、P型基区5、P+体接触区6、多晶硅栅电极9、栅介质层10、N-漂移区11、N+衬底12和漏极金属13。VDMOS器件经常作为开关器件使用，在低压硬开关电路中，VDMOS器件中由P型基区5、N-漂移区11以及N+衬底12组成寄生的P-i-N二极管作为续流二极管，该二极管被称为体二极管，当VDMOS工作于I-V特性曲线的第三象限时（源极电压高于漏极电压），体二极管导通工作，P型基区5将对N-漂移区11注入空穴，在N-漂移区11中形成电荷的存储，在体二极管反向恢复时，需要先将这些存储电荷抽出，器件才能形成耗尽区从而进入反向阻断状态。体二极管的反向恢复对VDMOS器件开关过程有较大的影响，特别是在VDMOS器件开启过程中，体二极管的反向恢复过程可能引起电流和电压的过冲，造成器件的动态失效，更糟糕的是，VDMOS器件的制造技术通常会导致较高的载流子寿命，因而产生较高的存储电荷和较大的二极管峰值反向电流，因此体二极管与优化的P-i-N二极管相比，具有更糟糕的反向恢复特性，这就使VDMOS器件开关特性进一步变差。为了进一步提升VDMOS的开关特性，需要对该体二极管的性能进行优化，传统的优化方法是采用寿命控制技术来减小二极管的存储电荷，但这同时会影响器件的阈值和器件导通特性；一些新的改进措施主要思想是在VDMOS器件中集成入开关特性更好的反并联二极管，同时将体二极管短路，从而减少存储电荷，得到优化的反向恢复特性，包括以下一些方案：在元胞结构中引入肖特基结或在器件的终端位置引入JBS或者MPS等结构，这是由于肖特基二极管为单极性载流子器件，因而有更好的反向恢复特性；另外还有MCD（MOS控制二极管）结构，利用反向导通MOS来短路体二极管，体二极管只在死区时间导通，从而减小了漂移区存储电荷，降低了二极管开启损耗。

美国专利US7626231和US7713822等都提出了一些将肖特基二极管集成到槽栅型VDMOS器件里的方法：其中，专利US7626231采用在元胞内和结终端处通过刻蚀出附加的槽（到达漂移区），然后在附加槽内填充肖特基金属形成肖特基结；专利US7713822是通过打断槽栅之间台面（mesa）区的P型基区，在断开处插入N型掺杂区域以形成肖特基接触。

发明内容

本发明提出了一种集成肖特基二极管的槽栅VDMOS器件，其核心思想是：基于传统槽栅VDMOS器件，在槽栅两侧引入沟槽型体电极及肖特基二极管。通常肖特基二极管比P-i-N二极管具有更低的结压降，当引入的肖特基二极管导通就可以将器件两端电位钳住，使体二极管无法导通，利用肖特基二极管较低的导通结电压和快恢复特性，提高VDMOS的开关特性。另一方面，沟槽型体电极可以提升VDMOS的导通特性和阻断特性，降低器件反向阻断时的漏电流，从而提高器件的可靠性。

为实现本发明目的，采用的技术方案如下：