专利名称：自对准内嵌肖特基结的功率半导体场效应晶体管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，具体地来说 涉及一种自对准内嵌肖特基结的功率MOSFET器件。
背景技术：
功率MOSFET具有低正向电压降、高转换速度、容易栅控制等特点，在低中压电力 电子应用中成为一种重要的半导体器件。功率MOSFET在高功率半导体器件中例如电导调 制双极晶体管是基本的构成模块。在一些基于MOSFET的电路中，包括开关电源、可调速驱 动器等，在器件的运行周期的内过量的电流会流经功率MOSFET的寄生PN结二极管。当用 作电源转换器的前级开关时，功率MOSFET的体二极管作为一个续流二极管，流过电源转换 周期内的一半电流。漂移区二极管的存储电荷使得功率MOSFET产生额外的反向恢复电流， 因此寄生PN结体二极管限制了器件的安全工作区(SOA)、关断损耗及开关速度。当MOSFET 用作同步整流器时，器件关断时电流不经过体二极管是非常重要的。而寄生二极管的存在 制约了控制电路，限制了整流器的速度和功耗。为了克服这一缺点，工艺控制和一些混合方法被应用到器件中，例如，将电子辐照 用于加速寄生PN结体二极管的反向恢复。辐射产生的氧化损伤导致通态电阻的退化和阈 值电压及击穿特性的降低。辐射晶圆在150°C退火时恢复原来的器件特性。另一种方法是 利用外部连接光电二极管或者肖特基二极管与MOSFET内部的体二极管并联。这种方法虽 然有效，但是需要额外的半导体元件，这必然会导致互连和封装电感的增加。在开关模式下 的功率转换器应用中，特别是在电源转换频率IMHz以上的开关电源中尤其显著。互连和增 加的封装电感在如此高的转换频率下将导致转换效率和系统稳定性降低。故单片集成功率 MOSFET与肖特基整流器引起人们的关注。肖特基整流器是多子器件，漂移区中多余电荷在 关断过程中将迅速消失，这将有利于减少反向恢复电荷、降低关断延迟时间。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能降低寄生电感，减少MOSFET晶体管结构器件 的反向恢复时间的自对准内嵌肖特基结的功率半导体场效应晶体管。本实用新型的目的是这样实现的包括漏区1、漂移区2、栅氧化层3、栅电极4、场氧化层5、沟道区6、侧壁氧化层7、 阳极8和源电极9 ；在漏区1之上形成位于基底上的掺杂层漂移区2 ；在所述掺杂层上形成 栅极区，栅极区包括栅氧化层3、栅电极4与场氧化层5;在所述掺杂层之上形成位于栅极区 两侧的侧壁氧化层7 ；在所述掺杂层之上形成位于栅极区两侧的源极区，源极区包括沟道 区6、阳极8与源电极9 ；阳极8与漂移区2形成肖特基接触，其中阳极8与源电极9短接。 可以通过调节多晶硅栅4及场氧化层5的厚度控制侧壁氧化层7的宽度，进而灵活控制肖 特基二极管的面积。本实用新型采用的技术方案是在功率MOSFET元胞内，将肖特基二极管集成到功率MOSFET器件中，节省了器件面积。在源端金属化的过程中，将栅电极正对漏端除了 P区 和源掺杂区的部分替换为金属，形成阳极8，阳极8与漂移区2形成肖特基接触，通过调整 多晶硅栅4及场氧化层5的厚度可以形成不同的侧壁氧化层高度，从而灵活控制肖特基结 的面积。在不牺牲器件耐压的前提下，降低了功率MOSFET晶体管的寄生电容与反向恢复时 间。本实用新型与常规MOSFET晶体管工艺兼容，具有很强的可实施性，更易满足功率电子 系统的应用要求。本实用新型所述的自对准内嵌肖特基结的功率MOSFET器件，可通过优化设计漂 移区2的掺杂浓度及结构参数，侧壁氧化层7的结构参数。阳极8与漂移区2形成肖特基接 触，在结构上形成M0SFETFET器件内部寄生体二极管与肖特基二极管并联的形式，替代外 部并联肖特基整流器，降低寄生电感，从而减少MOSFET晶体管结构器件的反向恢复时间。
图1为本实用新型的自对准内嵌肖特基结的功率MOSFET器件结构示意图；图2为常规的功率MOSFET晶体管结构示意图；图3为本实用新型的自对准内嵌肖特基结的功率MOSFET器件工艺制造过程。图4为本实用新型的集成肖特基整流器的功率M0SFETFET器件与普通MOSFET晶 体管器件充电时间特性的比较；图5为本实用新型的集成肖特基整流器的功率M0SFETFET器件与普通MOSFET晶 体管器件反向恢复特性的比较。
具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型做进一步的描述参照图1与图2，本实用新型的自对准内嵌肖特基结的功率MOSFET器件实施方式 中，此晶体管包括漏区1、漂移区2、栅氧化层3、栅电极4、场氧化层5、沟道区6、侧壁氧化层 7、阳极8、源电极9。其特征在于阳极8与漂移区2形成肖特基接触，其中阳极8与源电极 9短接。根据器件具体导通特性、击穿特性的要求，确定图1中漂移区2的掺杂浓度及结构 参数，场氧化层5的结构参数。当器件处于关断时，器件的栅电极4和源电极9都处于低电 位(OV)，在相同的器件尺寸下，漂移区2中电场分布相当，因此自对准内嵌肖特基结的功率 MOSFET器件对常规MOSFET的击穿特性没有不利影响。对相同器件尺寸的自对准内嵌肖特 基结的功率MOSFET器件和常规MOSFET晶体管器件进行击穿电压特性仿真得到前者击穿电 压为142V，后者击穿电压为144. 5V。参照图3，首先在N+区硅片上进行外延，外延后依次进行SiO2、多晶硅、SW2的淀 积，形成图3 (a)中所示结构；在图3 (a)硅片上进行有源区光刻后形成图3 (b)所示结构；在 图3(b)硅片上进行硼注入推进、砷注入推进后进行阳极区刻蚀后形成图3 (c)所示结构；在 图3(c)硅片上生长氧化层形成侧墙，去掉氧化层后形成图3(d)所示结构；在图3(d)硅片 上进行源区光刻后形成图3(e)所示结构；在图3(e)硅片上进行源区金属化光刻后形成最 终的器件结构3(f)。可以通过调节多晶硅栅4的高度及氧化层5的厚度控制侧墙的宽度， 进而灵活控制肖特基二极管的面积。参照图4与图5，由本实用新型的自对准内嵌肖特基结的功率MOSFET器件与常规MOSFET晶体管器件反向恢复特性的比较可见，相对于常规MOSFET晶体管结构器件，自对准 内嵌肖特基结的功率MOSFET器件的开启时间较短、反向恢复时间及反向电流较低。由于 MOSFET器件在反向恢复过程中，体内肖特基二极管替代PN结整流，而肖特基二极管是多子 器件，漂移区2中多余电荷在关断过程中将迅速消失，自对准内嵌肖特基结的功率MOSFET 器件的反向恢复特性要明显优于通用MOSFET晶体管结构器件。 上述为本实用新型特举之实施例，并非用以限定本实用新型。本实用新型提供的 自对准内嵌肖特基结的功率MOSFET结构同样适用于其它Trench DMOS, LDMOS等功率半导 体器件以及它们的变体。在不脱离本实用新型的实质和范围内，可做些许的调整和优化，本 实用新型的保护范围以权利要求为准。
权利要求1. 一种自对准内嵌肖特基结的功率半导体场效应晶体管，包括漏区(1)、漂移区O)、 栅氧化层(3)、栅电极G)、场氧化层(5)、沟道区(6)、侧壁氧化层(7)、阳极(8)和源电极 (9)；在漏区(1)之上形成位于基底上的漂移区掺杂层；在所述掺杂层上形成栅极区，栅极 区包括栅氧化层(3)、栅电极(4)与场氧化层(5)；在所述掺杂层之上形成位于栅极区两侧 的侧壁氧化层(7)；在所述掺杂层之上形成位于栅极区两侧的源极区，源极区包括沟道区 (6)、阳极⑶与源电极(9)；其特征是阳极⑶与漂移区(2)形成肖特基接触，其中阳极 ⑶与源电极(9)短接。
专利摘要本实用新型提供的是一种自对准内嵌肖特基结的功率半导体场效应晶体管。包括漏区、漂移区、栅氧化层、栅电极、场氧化层、沟道区、侧壁氧化层、阳极和源电极；在漏区之上形成位于基底上的漂移区掺杂层；在所述掺杂层上形成栅极区，栅极区包括栅氧化层、栅电极与场氧化层；在所述掺杂层之上形成位于栅极区两侧的侧壁氧化层；在所述掺杂层之上形成位于栅极区两侧的源极区，源极区包括沟道区、阳极与源电极；阳极与漂移区形成肖特基接触，其中阳极与源电极短接。本实用新型与常规功率MOSFET晶体管工艺兼容，具有很强的可实施性，更易满足功率电子系统的应用要求。
文档编号H01L29/812GK201877432SQ20102061972
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者刘云涛, 曹菲, 焦文利, 王颖, 邵雷 申请人:哈尔滨工程大学