一种具有多晶硅岛的金属氧化物半导体二极管的制作方法

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种金属氧化物半导体二极管。

背景技术：

在电子电路中，二极管是最常用的电子元件之一，传统的整流二极管主要是肖特基整流器和pn结整流器。其中，pn结二极管能够承受较高的反向阻断电压，稳定性较好，但是其正向导通压降较大，反向恢复时间较长。肖特基二极管是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的，通态压降较低。由于是单极载流子导电，肖特基二极管在正向导通时没有过剩的少数载流子积累，反向恢复较快。但是肖特基二极管的反向击穿电压较低，反向漏电流较大，温度特性较差。为了提高二极管的性能，国内外研究者们一直试图结合pn结二极管和肖特基二极管的优点，提出了p-i-n二极管、结势垒控制整流器jbs(junctionbarrierschottkyrectifier)、mos控制二极管mcd(moscontrolleddiode)、槽栅mos势垒肖特基二极管tmbs(trenchmosbarrierschottkydiode)等器件。快恢复二极管具有较好的开关特性、较短的反向恢复时间，它内部结构与普通的额pn结不同，属于p-i-n二极管，在p型材料和n型材料之间添加了i基区，由于基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压较高。

专利“浅槽金属氧化物二极管(cn102064201a)”提出了一种新型的半导体二极管器件，结合了电子积累层和结型场效应管结构，获得了非常低的导通压降，大大提高了击穿电压并且降低了泄漏电流。然而，浅槽金属氧化物二极管和肖特基二极管一样是多子型器件，其反向耐压的提高与正向导通压降的降低存在矛盾，提高器件的反向耐压，就需要增加漂移区的厚度，减小漂移区的掺杂浓度，这些因素都会增加正向导通压降，这限制了该器件在中高压应用领域的应用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明所要解决的问题是：解决浅槽金属氧化物二极管在正向导通压降较低时反向耐压不高的问题，使得浅槽金属氧化物二极管在保证较低正向导通压降的同时，实现较高的反向耐压。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种具有多晶硅岛的金属氧化物半导体二极管，包括从下至上依次层叠设置的阴极电极1、n+衬底2、n型漂移区3、n-掺杂区4以及阳极电极9；所述阴极电极1的上表面与n+衬底2的下表面接触，所述n+衬底2的上表面与n型漂移区3的下表面接触，所述阳极电极9的两端垂直向下延伸入n-掺杂区4中，n-掺杂区4与阳极电极9向下延伸的部分之间具有n型重掺杂区5；两侧的n型重掺杂区5之间的n-掺杂区4上表面具有平面栅结构，所述平面栅结构位于阳极电极9中，所述平面栅结构包括栅氧化层10和位于栅氧化层10上表面的多晶硅栅电极11，栅氧化层10下表面与部分n型重掺杂区5上表面接触；所述阳极电极9向下延伸部分的下方具有相互并列设置的沟槽8和p型重掺杂区6，且p型重掺杂区6的部分上表面与n型重掺杂区5接触；所述沟槽8垂直延伸入n型漂移区3中，所述p型重掺杂区6的下表面与n型漂移区3上表面之间具有p型埋层7，且p型埋层7的侧面与沟槽8接触，其特征在于：所述沟槽8中填充有介质层13，所述介质层13中具有多晶硅岛12，所述多晶硅岛12沿着纵向方向等间距排列，所述多晶硅岛12中存储有负电荷，且负电荷沿着阳极电极9到阴极电极1的方向逐渐增加。

进一步地，所述p型埋层7的掺杂浓度大于n-掺杂区4的掺杂浓度两个数量级，所述n型漂移区3的掺杂浓度大于n-掺杂区4的掺杂浓度一到两个数量级；

进一步地，所述栅氧化层10是薄栅氧化层，其厚度为5nm-100nm；

进一步地，所述沟槽8内填充介质层13采用二氧化硅、氮化物、高k介质，其厚度为200nm-500nm；

进一步的，所述多晶硅岛12中的负电荷可以通过淀积或离子注入负电性材料形成；

进一步的，所述多晶硅岛12的个数可以是三个或者三个以上；

进一步地，器件中的硅材料替换为碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅半导体材料。

本发明的有益效果为：在原专利提出的新型半导体二极管的基础上，在纵向方向添加了三个或三个以上的多晶硅岛，多晶硅岛中存储有负电荷，器件反向阻断时，高电位的n型区与多晶硅岛内的负电荷产生横向电场，辅助耗尽漂移区，使得横向电场分布更加均匀，纵向电场更加接近矩形分布，提高金属氧化物半导体二极管的反向耐压。

附图说明

图1是实施例1所提供的一种具有多晶硅岛的金属氧化物半导体二极管的剖面结构示意图；

图2是实施例1所提供的一种具有多晶硅岛的金属氧化物半导体二极管在外加零电压时耗尽线示意图；

图3是实施例1所提供的一种具有多晶硅岛的金属氧化物半导体二极管在外加反向电压时耗尽线示意图与漂移区纵向电场分布示意图；

图4是专利“浅槽金属氧化物二极管(cn102064201a)”在外加反向电压时耗尽线示意图与漂移区纵向电场分布示意图；

其中，1为阴极电极，2为n+衬底，3为n型漂移区，4为n-掺杂区，5为n型重掺杂区，6为p型重掺杂区，7为p型埋层，8为沟槽，9为阳极电极，10为栅氧化层，11为多晶硅栅电极，12为多晶硅岛，13为介质层。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

一种具有多晶硅岛的金属氧化物半导体二极管，如图1所示，包括从下至上依次层叠设置的阴极电极1、n+衬底2、n型漂移区3、n-掺杂区4以及阳极电极9；所述阴极电极1的上表面与n+衬底2的下表面接触，所述n+衬底2的上表面与n型漂移区3的下表面接触，所述阳极电极9的两端垂直向下延伸入n-掺杂区4中，n-掺杂区4与阳极电极9向下延伸的部分之间具有n型重掺杂区5；两侧的n型重掺杂区5之间的n-掺杂区4上表面具有平面栅结构，所述平面栅结构位于阳极电极9中，所述平面栅结构包括栅氧化层10和位于栅氧化层10上表面的多晶硅栅电极11，栅氧化层10下表面与部分n型重掺杂区5上表面接触；所述阳极电极9向下延伸部分的下方具有相互并列设置的沟槽8和p型重掺杂区6，且p型重掺杂区6的部分上表面与n型重掺杂区5接触；所述沟槽8垂直延伸入n型漂移区3中，所述p型重掺杂区6的下表面与n型漂移区3上表面之间具有p型埋层7，且p型埋层7的侧面与沟槽8接触，其特征在于：所述沟槽8中填充有介质层13，所述介质层13中具有多晶硅岛12，所述多晶硅岛12沿着纵向方向等间距排列，所述多晶硅岛12中存储有负电荷，且负电荷沿着阳极电极9到阴极电极1的方向逐渐增加。

本实施例在反向阻断时的工作原理如下：

本例的一种具有多晶硅岛的金属氧化物半导体二极管，本发明所提供的具有体内积累层的金属氧化物半导体二极管，其反向阻断时的电极连接方式为：阴极电极1接高电位，阳极电极9接低电位。

由于零偏压时，电子的导电通路已被pn结耗尽区夹断，如图2所示，继续增加反向电压时，p型埋层7与n型漂移区3形成反偏pn结，n型漂移区3将被进一步耗尽。反向阻断时，n型漂移区3和阴极电极1等电位，n型漂移区3与多晶硅岛12之间产生横向电场，由于n型漂移区3从下往上电势不断降低，而介质层13中多晶硅岛12的负电荷从下往上不断减少，这样就可以使得n型漂移区3与多晶硅岛12之间的横向电场沿着竖直方向保持不变，从而纵向电场更加接近矩形分布，如图4所示，而专利“浅槽金属氧化物二极管(cn102064201a)”的n型漂移区3的纵向电场为三角形分布，如图3所示。由于器件耐压值为其纵向电场的积分，因此实施例1的反向阻断耐压将得到极大的提高。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。