专利名称：超级结mosfet中集成肖特基二极管的方法
技术领域：
本发明涉及一种在超级结MOSFET中集成肖特基二极管的方法。
背景技术：
从20世纪60年代早期的小规模集成电路时代以来，半导体微芯片的性能已得到了巨大的提高。通过器件做得越小，在芯片上放置得越紧密，芯片的速度就会得到提高。常规的提高MOSFET器件(金属氧化物半导体场效应晶体管)反向恢复速度的方法有两种一种是在N型外延层中掺入重金属杂质或者通过辐照的方法在N型外延层中形成一定的复合中心，从而达到降低少数载流子在N型外延层中的反向恢复时间，提高MOSFET 的反向恢复速度。另外一种为集成肖特基二极管到MOSFET中的，该技术采用在MOSFET源漏之间并联接入肖特基二极管，通过肖特基二极管的快速开关特性实现MOSFET的快速反向恢复。这种技术一般用在高压的常规MOSFET中。超级结MOSFET是在功率MOSFET的基础之上发展起来的一种新型MOSFET器件， 该器件利用电荷平衡的方法使得反偏结的耗尽区宽度展宽提高器件的耐压，从而使得满足耐压的条件下漏端的漂移区的掺杂浓度得到极大提高，降低了器件的导通电阻。超级结 MOSFET的应用使得硅功率器件的耐压导通电阻的矛盾得到了极大改善。超级结MOSFET在应用中一般会并联一个快速恢复二极管芯片以提高作为开关模块的超级结MOSFET芯片反向恢复速度，在超级结MOSFET器件结构中直接集成肖特基二极管的方法也可以在一定程度上提高开关的响应速度，同时改善了两个并联器件的匹配性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在超级结MOSFET中集成肖特基二极管的方法，其将大大提高开关的响应速度。为解决上述技术问题，本发明的在超级结MOSFET中集成肖特基二极管的方法， 为在所述超级结MOSFET中并联集成有由肖特基接触与衬底形成的肖特基二极管，其中所述肖特基二极管的阳极设置在超级结MOSFET芯片的元胞区域源端的相邻两个体区之间， 所述肖特基二极管的阳极与所述超级结MOSFET的源端相连，所述肖特基二极管的阴极共用位于衬底背面的漏电极。本发明通过在超级结MOSFET中并联肖特基二极管，提高了超级结MOSFET器件的开关速度。肖特基二极管与MOSFET的并联，可降低超级结MOSFET中寄生PN结二极管的作用。由于肖特基二极管为多数载流子器件，其反向不存在多子与少子恢复的物理过程，故其在从正向通态到反向关断状态之间的中间态时间很短。MOSFET并联该器件后，会大大提高其开关响应速度。利用肖特基二极管的快速开关特性提高超级结MOSFET器件的反向恢复速度。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1为金属线的布局示意图；图2为接触孔的布局示意图；图3为采用本发明的方法所制备的超级结MOSFET结构示意图；图4为采用本发明的方法中多晶硅栅形成后的结构示意图；图5为采用本发明的方法中接触孔刻蚀后的结构示意图。
具体实施例方式本发明的方法，为在超级结MOSFET中并联肖特基二极管，参见图1至图3，其中图 1为多晶硅栅和金属线的版图示意图，图2为多晶硅栅和接触孔的版图示意图，图3为沿图 1和图2中的线1-2的剖面的基础上加上金属线后的示意图，其中金属线为覆盖整个元胞区域。由图可知，在超级结MOSFET中并联了由衬底E和肖特基接触K组成的肖特基二极管，其中肖特基二极管的阳极即为肖特基接触K，该肖特基接触通过金属线与超级结MOSFET的源端相连，而肖特基二极管的阴极则共用了衬底背面的漏电极。肖特基二极管的阳极一般设置于超级结MOSFET芯片元胞区域源端的相邻两个体区C (具体实例可为P型阱区)之间。在该器件的制作过程中，为利用超级结MOSFET的流程制作该复合器件，其与单纯的超级结MOSFET流程的区别在于在多晶硅淀积完成之后，多晶硅栅G通过掩模版曝光及刻开时，除了将源区刻开以外，还在图1至图3所示的肖特基二极管的阳极处刻开(见图4)，即同时将位于肖特基二极管阳极处的多晶硅去除，在制备过程中，需要相应地修改掩膜版的图形；在第一介电层I淀积过程中，利用介电层覆盖MOSFET的源区以及肖特基二极管的阳极接触区，随后利用电极接触孔掩模版打开源极以及肖特基二极管的阳极处，即形成源极接触孔和肖特基接触孔Kl (见图5)，其中也需要修改原来的电极接触孔掩膜版，增加肖特基接触孔的图形；之后填入金属，并用金属线将源极接触H和肖特基接触K用金属线相连，具体实施中可用源金属走线J将两者之间相连。这样就构成了在超级结MOSFET中引入并联的肖特
基二极管的复合结构。 上述方法中，肖特基接触孔和超级结MOSFET的P型阱之间距离可设置在0. 1微米至25微米之间，这样既不影响MOSFET导通电阻又不影响肖特基器件的反向击穿电压，同时利用肖特基二极管的快速开关特性提高超级结MOSFET器件的反向恢复速度。多晶硅栅的长度范围可在1微米到50微米之间，多晶硅栅的宽度中超出其下体区(即C区)之间的距离在0. 1微米到50微米之间。具体设置中，肖特基接触孔的孔径尺寸在0. 1微米至10微米之间。同时肖特基接触孔可设为方形或长条形。下面介绍一具体的超级结MOSFET中集成肖特基二极管的实施流程，为1)线选择合适外延衬底E，利用掩模版在特定区域进行离子注入形成低掺杂体区 C；2)在衬底表面生长栅氧化层；
3)定义并刻蚀深沟槽，填充与衬底掺杂相反的半导体材料形成深沟槽体区D ；此步骤也可以在第一步进行低掺杂C区注入之前完成。4)淀积多晶硅，并利用掩模版刻蚀多晶硅，形成多晶硅栅G，刻蚀中同时需要刻开肖特基二极管的肖特基接触孔区域；此步骤也可以根据器件终端环区域相关的工艺步骤， 利用终端环区域的掩模版刻开肖特基二极管的接触区域。5)利用离子注入形成高掺杂源区A与高掺杂体区B，作为超级结MOSFET器件的源端；6)淀积第一介电层I，并刻蚀第一介电层形成源极接触孔和肖特基接触孔，该第一介电层可为氧化硅层；7)淀积金属以填充源极接触孔和肖特基接触孔，形成超级结MOSFET的源极接触与寄生二极管(即肖特基二极管)的肖特基接触，该金属通常为钨金属；8)淀积金属，并利用掩模版进行金属刻蚀形成所需的金属互联结构，同时利用金属线将源极和肖特基二极管相连接，该金属可为铜、铝，或铜铝合金等常用的互连金属；9)淀积钝化膜，刻蚀钝化膜图形露出金属打线区域；10)在衬底背面形成电极，同时为超级结MOSFET的漏电极和肖特基二极管的阴极。本发明在超级结MOSFET中并联肖特基二极管的方法中，该方法并没有增加掩模版的数量和工艺过程的基础上，只是通过修改多晶硅栅极掩模版与电极接触孔掩模版的版图即实现了超级结MOSFET与肖特基二极管的并联。
权利要求
1.一种在超级结MOSFET中集成肖特基二极管的方法，其特征在于在所述超级结 MOSFET中并联集成有由肖特基接触与衬底形成的肖特基二极管，其中所述肖特基二极管的阳极设置在超级结MOSFET芯片的元胞区域源端的相邻两个体区之间，所述肖特基二极管的阳极与所述超级结MOSFET的源端相连，所述肖特基二极管的阴极共用位于衬底背面的漏电极。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超级结MOSFET中集成肖特基二极管的制备包括在超级结MOSFET中的多晶硅淀积完成后，刻蚀去除位于源区和位于肖特基接触孔处的多晶硅，形成多晶硅栅；在第一介电层淀积完成后，刻蚀所述第一介电层至外延层表面，形成源极接触孔和肖特基接触孔，之后填入金属形成源极接触和肖特基接触，所述肖特基接触为所述肖特基二极管的阳极；在接下来的金属互连形成工艺中，用金属线将所述源极接触和所述肖特基二极管的阳极进行连接。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述肖特基接触孔的孔径尺寸为0.1微米至10微米之间。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述肖特基接触孔呈长条形或方形。
5.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述多晶硅栅的长度为1微米到50 微米之间，多晶硅栅的宽度超出位于其下的体区的宽度为0. 1微米到50微米之间。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于所述肖特基接触孔到所述体区的距离在 0.1微米至25微米之间。
7.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述超级结MOSFET中具有深沟槽体区，该沟槽的深度与单纯的超级结MOSFET的沟槽深度近似，范围为十几到几十个微米之间。
全文摘要
本发明公开了一种在超级结MOSFET中集成肖特基二极管的方法，为在所述超级结MOSFET中并联集成有由肖特基接触与衬底形成的肖特基二极管，其中所述肖特基二极管的阳极设置在超级结MOSFET芯片的元胞区域源端的相邻两个体区之间，所述肖特基二极管的阳极与所述超级结MOSFET的源端相连，所述肖特基二极管的阴极共用位于衬底背面的漏电极。超级结MOSFET并联肖特基二极管的结构，利用肖特基二极管的快速开关特性提高超级结MOSFET器件的反向恢复速度。
文档编号H01L21/8249GK102569207SQ20101060585
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者刘坤, 张帅, 邱慈云 申请人:上海华虹Nec电子有限公司