专利名称：一种金属氧化物场效应二极管及mos二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种利用金属氧化物场效应晶体管原理的半导体管，尤其涉及一
种二极管元胞以及由多个二极管元胞集成的二极管芯片。
背景技术：
随着电子技术的快速发展，电子产品设计对元器件要求越来越高，普通的PN结 二极管由于其正向电压高，频率低，自身损耗大，正温度系数，越来越不能满足电子产品发 展的要求，而被随之发展起来的新型的肖特基二极管，因其具有比PN结二极管高的频率特 性，低的正向电压，自身损耗低而取代普通的PN结二极管。但由于新型肖特基二极管存在 反向漏电流大，抗静电能力差，正温度系数，可靠性差也越来越不能满足电子产品发展的要 求，因此开发新型的高频率特性，正向电压更低，反向漏电流小，自身损耗小，负温度系数， 可靠性高的新型二极管显得尤其重要。比肖特基二极管更低的正向电压，反向漏电流小，频 率高，负温度系数，可靠性高的特性器件，应首选MOS场效应晶体管(三极管)。本发明构思 就是在此基础上，将MOS三极管的性能转嫁到二极管上，使二极管具有正向电压低，反向漏 电流小，频率高，负温度系数，可靠性高的性能的新型二极管器件。本新设计的二极管器件， 可广泛应用于汽车电子，太阳能光伏、开关电源、绿色照明、半导体灯、电动工具及家用电器 等产品中，对电子产品的发展有着重要意义，为电子产品的发展奠定了基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种以多子为载流子的多子器件，使之具有功率V匿0S晶体 管性能特点，具有正向导通电压低，自身功率损耗小，开关速度快，反向漏电流小，负温度系 数，高温性能好，抗静电能力强，可靠性高等特点的金属氧化物场效应二极管。本发明还提 供了集成了前述二极管的MOS 二极管。 本发明中金属氧化物场效应二极管的技术方案是以硅片为基材，它包括栅、源、 漏、源N+区、漏N+区、P十区、P阱区、正极片和负极片； 源N+区的顶面为源极，漏N+区的底面为漏极，栅的顶面为栅极；
所述硅片设有上、下两层，上层为高阻区，下层为漏N+区；
所述源N+区、P+区和P阱区均设于所述高阻区的上部；
所述正极片设于硅片顶面，负极片设于漏N+区的底面；
所述栅极和源极相互短接； 所述源N+区同栅冲+区、P阱区及正极片相连；
P+区还同P阱区及正极片相连；
P阱区还同栅及所述高阻区相连。 所述栅包括栅氧层和多晶硅层，所述栅氧层与源N+区、P阱区及所述高阻区相连； 所述栅氧层和多晶硅层还分别与正极片相连；多晶硅层的顶面为栅极。 本发明中通过M0S工艺集成的M0S 二极管的技术方案是它包含至少二个所述一种金属氧化物场效应二极管，相互并联集成于所述硅片上。 所述一种金属氧化物场效应二极管中的栅呈条状，至少二个呈条状的栅相互间隔 排列呈正方形形成一个元胞集合。 所述元胞集合至少有两个，相互间呈90。布设。 所述正极片为铝金属层，或钛、镍和银三层金属层，其中钛层为接触硅片顶面的一 层，或铬、镍和银三层金属层，其中钛层为接触硅片顶面的一层，或钛、镍、钨和银四层金属 层，其中钛层为接触硅片顶面的一层；负极片为钛、镍和银三层金属层，其中钛层为接触漏 N+区的底面的一层，或铬、镍和银三层金属层，其中钛层为接触漏N+区的底面的一层，或 钛、镍、钨和银四层金属层，其中钛层为接触漏N+区的底面的一层。 本发明中的金属氧化物场效应二极管是采用功率VDMOS结构设计制造，根据MOS 器件沟道效应和反型原理，在设计中将栅、源短接新型结构，通过元胞集成设计方法，通过 工艺参数调整而制造成新型二极管。在栅源加正电压时，在栅对应的一侧将形成一等量的 的负电荷分布，其分布区也包含电子少的P型层，P型区出现耗尽，随着栅电压的升高呈现 负电荷而反型，这一情况下源、漏加正电压，则电子从源(S)N+区通过反型层流向向漏(D) N+区，反之当漏、源加正电压时，P+区在电场下展宽，随着电场强度的增加而不断展宽，直 至形成雪崩击穿。 本发明还采用了 MOS工艺结构将前述二极管集成制造为MOS 二极管，使得本发明 的MOS 二极管在能保证上述效果的前提下，具有更大的功率，以适应不同应用场合的需要。
图1是本发明中金属氧化物场效应二极管的结构示意图 图中1是栅，2是正极片，3是源N+区，4是漏N+区，5是沟道，6是负极片，7是多 晶硅(poly)层，8是栅氧(Si02)层，9是P+区，10是P阱区；
图2是本发明中金属氧化物场效应二极管的立体示意图
图3是本发明中MOS 二极管的结构示意图
图中ll是元胞， 图4是本发明中MOS 二极管应用状态的结构示意图 图中12是元胞集合。 图5是图4中M处局部放大图 图6是本发明中场效应半导体管的原理图。
具体实施例方式
本发明中金属氧化物场效应二极管如图1、2、3所示，以硅片为基材，它包括栅1、
源、漏、源N+区3、漏N+区4、 P+区9、 P阱区10、正极片2和负极片6 ; 源N+区3的顶面为源极(S)，漏N+区4的底面为漏极(D)，栅1的顶面为栅极(G); 所述硅片设有上、下两层，上层为高阻区，下层为漏N+区4; 所述源N+区3、 P+区9和P阱区10均设于所述高阻区的上部； 所述正极片2设于硅片顶面，负极片6设于漏N+区4的底面； 所述的栅极(G)和源极(S)相互短接；
所述源N+区3同栅1、 P+区9、 P阱区10及正极片2相连；
P+区9还同P阱区10及正极片2相连；
P阱区10还同栅1及所述高阻区相连。 所述栅1包括栅氧(Si02)层8和多晶硅(poly)层7，所述栅氧层8与源N+区3、 P阱区10及所述高阻区相连；所述栅氧层8和多晶硅层7还分别与正极片2相连；多晶硅 层7的顶面为栅极(G)。 本发明中通过MOS工艺集成的MOS 二极管如图4、5、6所示它包含至少二个所述
一种金属氧化物场效应二极管(相当于元胞ll)，相互并联集成于所述硅片上。 所述一种金属氧化物场效应二极管中的栅1呈条状，至少二个呈条状的栅1相互
间隔排列呈正方形形成一个元胞集合12。 所述元胞集合12至少有两个，相互间呈90。布设。 所述正极片2为铝金属层，或钛、镍和银三层金属层，其中钛层为接触硅片顶面的 一层，或铬、镍和银三层金属层，其中钛层为接触硅片顶面的一层，或钛、镍、钨和银四层金 属层，其中钛层为接触硅片顶面的一层；负极片6为钛、镍和银三层金属层，其中钛层为接 触漏N+区的底面的一层，或铬、镍和银三层金属层，其中钛层为接触漏N+区的底面的一层， 或钛、镍、钨和银四层金属层，其中钛层为接触漏N+区的底面的一层。 本发明的工作原理是本发明M0S结构的集成二极管工作时，栅、源加正电压，漏 加负电压时，电子从源(S)N+通过反型沟道5流向漏(D)N+，正向导通，源N+多子为电子，漏 N+多子为电子，所以源漏导通是电子到电子为多子导电器件，因无PN结的电荷存贮效应， 因而具有速度快，频率高的特性；因导电是源N+到漏N+导通电阻小，无PN结P+电阻，所以 导通电压低，且导通电阻可调。当漏接正，源接负时，外加电场使？+展宽，内部沟道夹断，？+ 展宽随外加电场升高而升高，直至PN结发生雪崩击穿，因此比肖特二极管具有更小的反向 漏电流和硬击穿特性。
权利要求
一种金属氧化物场效应二极管，以硅片为基材，其特征在于，它包括栅、源、漏、源N+区、漏N+区、P+区、P阱区、正极片和负极片；源N+区的顶面为源极，漏N+区的底面为漏极，栅的顶面为栅极；所述硅片设有上、下两层，上层为高阻区，下层为漏N+区；所述源N+区、P+区和P阱区均设于所述高阻区的上部；所述正极片设于硅片顶面，负极片设于漏N+区的底面；所述栅极和源极相互短接；所述源N+区同栅、P+区、P阱区及正极片相连；P+区还同P阱区及正极片相连；P阱区还同栅及所述高阻区相连。
2. 根据权利要求1所述的一种金属氧化物场效应二极管，其特征在于，所述栅包括栅 氧层和多晶硅层，所述栅氧层与源N+区、P阱区及所述高阻区相连；所述栅氧层和多晶硅层 还分别与正极片相连；多晶硅层的顶面为栅极。
3. —种包含权利要求1所述一种金属氧化物场效应二极管的M0S二极管，其特征在于， 它包含至少二个所述一种金属氧化物场效应二极管，相互并联集成于所述硅片上。
4. 根据权利要求3所述的M0S二极管，其特征在于，所述一种金属氧化物场效应二极管 中的栅呈条状，至少二个呈条状的栅相互间隔排列呈正方形形成一个元胞集合。
5. 根据权利要求4所述的M0S 二极管，其特征在于，所述元胞集合至少有两个，相互间 呈90°布设。
6. 根据权利要求3、4或5所述的M0S 二极管，其特征在于，所述正极片为铝金属层，或 钛、镍和银三层金属层，其中钛层为接触硅片顶面的一层，或铬、镍和银三层金属层，其中钛 层为接触硅片顶面的一层，或钛、镍、钨和银四层金属层，其中钛层为接触硅片顶面的一层； 负极片为钛、镍和银三层金属层，其中钛层为接触漏N+区的底面的一层，或铬、镍和银三层 金属层，其中钛层为接触漏N+区的底面的一层，或钛、镍、钨和银四层金属层，其中钛层为 接触漏N+区的底面的一层。
全文摘要
金属氧化物场效应二极管及MOS二极管。涉及一种二极管元胞及由多个元胞集成的二极管芯片。以硅片为基材，包括栅、源、漏、源N+区、漏N+区、P+区、P阱区、正极片和负极片；源N+区的顶面为源极，漏N+区的底面为漏极，栅的顶面为栅极；硅片设有上、下两层，上层为高阻区，下层为漏N+区；源N+区、P+区和P阱区均设于高阻区的上部；正极片设于硅片顶面，负极片设于漏N+区的底面；栅极和源极相互短接；源N+区同栅、P+区、P阱区及正极片相连；P+区还同P阱区及正极片相连；P阱区还同栅及高阻区相连。本发明中通过MOS工艺集成的MOS二极管它包含至少二个所述一种金属氧化物场效应二极管，相互并联集成于所述硅片上。本发明的产品速度快，频率高。
文档编号H01L29/66GK101764162SQ20101001837
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者施立秋, 沈克强, 王毅, 蒋李望 申请人:扬州扬杰电子科技有限公司