專利名稱：在超級結mosfet中集成肖特基二極管的方法
技術領域：
本發明涉及一種超級結MOSFET的制備方法。
背景技術：
功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(簡稱功率M0S)固有一個與其并聯的寄生二極管，寄生二極管的陽極與MOS的體區以及源極相連，陰極與MOS的漏極相連，因此功率 MOS常常被用來續流或者鉗制電壓。在續流或者鉗制電壓時，寄生二極管正向導通，MOS也導通，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；反向截至時MOS 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。 這樣的應用由于MOS的導通電阻很小，正向電壓降往往比寄生二極管小，因此導通時功耗更小。這種寄生二極管與普通二極管一樣，由少子參與導電，因此有反向恢復時間，從而降低開關速度、增加開關損耗。現有的超結金屬氧化物半導體場效應晶體管(簡稱super junction M0S)因固有寄生二極管同樣有上述優缺點(只是導通時電阻比一般MOS更低)。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種在超級結MOSFET中集成肖特基二極管的方法，其能增加器件的性能。為解決上述技術問題，本發明的在超級結MOSFET中集成肖特基二極管的方法，為在所述超級結MOSFET中并聯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結MOSFET元胞區域的源端兩個體區之間的漂移區上，所述肖特基二極管的陽極與所述超級結MOSFET的源端相連；所述陽極的漂移區上還設有多個摻雜區，所述摻雜區的導電類型與所述漂移區相反，雜質濃度大于所述漂移區的雜質濃度，所述摻雜區也與所述超級結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結MOSFET的漏電極。在本發明的超級結MOSFET中，并聯的肖特基二極管由多子(電子)導電，它與MOS 并聯使用，在續流時，寄生二極管的少子攝入(擴散)大大減小，反向恢復時間大大降低。與肖特基接觸相鄰的摻雜區與漂移區形成PN結，在肖特基二極管電壓反向偏置時，上述PN結也反向偏置，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。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖I為現有的超級結MOSFET結構示意圖；圖2為本發明的超級結MOSFET的版圖示意；圖3為本發明的超級結MOSFET結構截面示意圖，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為本發明的超級結MOSFET制備中柵極形成后的截面示意圖；圖5為本發明的超級結MOSFET制備中定義出肖特基二極管陽極后的截面示意圖；圖6為本發明的超級結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為本發明的超級結MOSFET制備中刻蝕形成接觸孔后的截面示意圖；圖8為本發明的超級結MOSFET制備中源極引出端和摻雜區注入的示意圖，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為本發明的超級結MOSFET制備中源極引出端和摻雜區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。
具體實施例方式本發明的超級結MOSFET中集成肖特基二極管的結構，為在超級結MOSFET中并聯肖特基二極管。肖特基二極管的陽極設置在超級結MOSFET元胞區域的源端兩個體區之間的漂移區上，由陽極和漂移區形成肖特基接觸，該陽極與、超級結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結MOSFET的漏電極。在肖特基二極管陽極的漂移區上，還設有多個摻雜區，摻雜區的導電類型與漂移區相反，雜質濃度大于漂移區的雜質濃度，摻雜區也與超級結MOSFET的源端相連。與肖特基接觸相鄰的摻雜區與漂移區形成PN 結，在肖特基二極管電壓反向偏置時，上述PN結也反向偏置，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。在一個具體實例中(見圖2和圖3)，超級結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，通常為N型外延層。漂移區內有P柱，P柱上方為P型的體區，在體區上方設有N+源區，且源區被體區包圍。在源區的中間為P+型的源極引出端(即摻雜濃度比體區的摻雜濃度高)，用于通過接觸孔連接電極。往上依次為氧化硅和多晶硅層。在相鄰的兩個體區之間的漂移區上，設置有接觸孔，用于通過接觸金屬與漂移區形成肖特基二極管。在漂移區表面上，沿著漂移區的寬度方向(即多晶硅的延伸方向)，設置有多個摻雜區(為P+區，可為等間距設置)，該摻雜區的摻雜濃度和摻雜類型可設為與源極弓I出端中的相同，并通過接觸金屬引出，該摻雜區與漂移區形成PN結，最終在漂移區的寬度方向形成PN結和肖特基二極管相間隔設置的結構。PN結中P端的接觸金屬可與肖特基二極管中陽極設在一起，通過同一金屬線引出，也可以各自通過接觸孔引出。PN結的P端與超級結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。本發明的超級結MOSFET結構的制備方法，為在原有的流程中進行改進。具體流程可為I)在高摻雜N型襯底的N外延層上形成體區源區和柵極(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(該接觸孔同時為體區的引出接觸孔)，漂移區上方的接觸孔 (見圖7)。3)而后進行離子注入形成漂移區表面的摻雜區和源極引出端的接觸區，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)。一實例中，注入最終在相應的接觸孔底部形成P+區，而在肖特基陽極下方的漂移區中沒有進行注入(見圖9)。摻雜區的摻雜濃度為IO13-IO14個原子/cm2。其余步驟與常規功率器件工藝相同，包括接觸金屬填充、回刻(或化學機械研磨)，正面金屬形成，背面減薄，背面金屬形成(即為超級結MOSFET的漏電極)。
權利要求
1.一種在超級結MOSFET中集成肖特基二極管的方法，其特征在于在所述超級結 MOSFET中并聯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結MOSFET元胞區域的源端兩個體區之間的漂移區上，所述肖特基二極管的陽極與所述超級結MOSFET的源端相連；所述陽極的漂移區上還設有多個摻雜區，所述摻雜區的導電類型與所述漂移區相反，雜質濃度大于所述漂移區的雜質濃度，所述摻雜區也與所述超級結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結 MOSFET的漏電極。
2.按照權利要求I所述的方法，其特征在于，所述超級結MOSFET中集成肖特基二極管的制備包括在超級結MOSFET中的多晶硅淀積完成后，刻蝕去除位于源區上方和位于兩個體區之間的漂移區上方的多晶娃，形成多晶娃棚；在所述源區和所述漂移區上刻蝕形成接觸孔后，利用光刻工藝使光刻膠覆蓋源區的接觸孔和漂移區上部分接觸孔，接著離子注入在所述漂移區上方未被光刻膠的覆蓋的接觸孔內形成摻雜區，所述摻雜區的導電類型與所述漂移區相反，雜質濃度大于所述漂移區的雜質濃度，最后去除光刻膠；接著填入金屬在接觸孔內形成接觸金屬；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。
3.按照權利要求I或2所述的方法，其特征在于所述摻雜區為等間距間隔設置在漂移區上。
4.按照權利要求I或2所述的方法，其特征在于所述摻雜區的摻雜濃度為1013-1016 個原子/cm2。
全文摘要
本發明公開了一種在超級結MOSFET中集成肖特基二極管的方法，為在超級結MOSFET中并聯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結MOSFET元胞區域的源端兩個體區之間的漂移區上，肖特基二極管的陽極與超級結MOSFET的源端相連；陽極的漂移區上還設有多個摻雜區，摻雜區的導電類型與漂移區相反，雜質濃度大于漂移區的雜質濃度，摻雜區也與超級結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結MOSFET的漏電極。本發明的方法，可降低肖特基二極管的反向漏電。
文檔編號H01L21/336GK102610523SQ20111002158
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月19日 優先權日2011年1月19日
發明者王永成, 金勤海, 陳正嶸 申請人:上海華虹Nec電子有限公司