[发明专利]一种沟槽栅超势垒整流器

说明书

本发明提供了一种沟槽栅超势垒整流器，属于半导体功率器件技术领域；本发明对现有超势垒整流器的改进为：采用沟槽栅结构替代平面栅结构；沟槽栅超势垒整流器元胞尺寸小、沟道电阻小；另一方面，其栅氧化层位于硅片表面以下，避免了在引线键合过程中受损伤，可靠性提高；此外，其沟道区可以采用常规离子注入方法形成，重复性好，良率高。

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体涉及一种沟槽栅超势垒整流器。

背景技术

超势垒整流器是一种新型两端电力电子器件。它结合了PIN管和肖特基管这两种常规整流器的优势，具有开启电压低、反向漏电小、反向恢复特性好、可靠性高等优点。

超势垒整流器类似于一个栅漏短接的VDMOS，其少子势垒由N+漏区、Pbody和N-外延层形成的MOS沟道产生。当其阳极加正电压时，相当于MOS的栅极和漏极同时接高电位，源极接地。由于体效应，当pbody接高电位时，该MOS的阈电压下降，并且电位越高，阈电压下降的幅度越大，故该MOS的阈电压比一般MOS的阈电压低，并且小于PN结的开启电压。因此超势垒整流器的开启电压低于PN结二极管的开启电压。此外，超势垒整流器导通时电流主要从沟道流过，其PN结没有完全开启，漂移区的电导调制效应较弱，故其反向恢复特性比PIN二极管好。

现有的平面栅超势垒整流器的结构如图1所示。图中Anode为阳极，由N+、P+、pbody和Poly连接而成；Cathode为阴极，由衬底N+sub引出；N-epi为外延层。由于平面栅结构存在JFET区，其栅长不能太小，故与沟槽栅结构相比，其元胞尺寸相对较大，沟道密度相对较低，沟道电阻也相对较大。此外，超势垒整流器的栅氧很薄，其上仅沉积有多晶硅和铝层（这两种材质硬度不高），而不像平面栅VDMOS那样沉积有SiO2绝缘层，因此在引线键合过程中其栅氧相对易受损伤。再者，平面栅超势垒整流器的沟道一般通过扩散或大角度离子注入形成，通过这两种方法来精确控制短沟道的长度和掺杂浓度存在一定难度。

发明内容

本发明提供一种沟槽栅超势垒整流器，解决现有的平面栅超势垒整流器存在的元胞尺寸相对较大，沟道电阻相对较大，可靠性相对较低、工艺难度相对较大等缺点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

技术方案1：

一种沟槽栅超势垒整流器，包括：

N+衬底；

N-漂移区，位于所述N+衬底上面；

栅沟槽，位于N-漂移区中；

栅氧化层，位于栅沟槽的内表面；

栅多晶层，位于栅沟槽中；

pbody，位于相邻的栅沟槽之间；

P+区，位于pbody中，接触孔正下方；

N+区，位于硅片上表面，栅沟槽与接触孔之间；

接触孔；

阳极金属层，位于芯片上表面，将栅多晶、pbody、P+区和N+区短接；

阴极金属层，位于芯片下表面。

技术方案2：

一种沟槽栅超势垒整流器，包括：

P+衬底；

P-漂移区，位于所述P+衬底上面；

栅沟槽，位于P-漂移区中；

栅氧化层，位于栅沟槽的内表面；

栅多晶层，位于栅沟槽中；

nbody，位于相邻的栅沟槽之间；