一种沟槽超级势垒整流器的制作方法

本发明涉及功率半导体整流器，特别提供一种沟槽超级势垒整流器。

背景技术：

功率半导体整流器，广泛应用于功率转换器和电源中。两种基本结构的功率半导体整流器是PIN功率整流器和肖特基势垒整流器。前者正向压降大，反向恢复时间长，但漏电较小，而且有优越的高温稳定性，主要应用于300V以上的中高压范围。后者主要应用于200V以下的中低压范围，其正向压降小，反向恢复时间短，但反向漏电流较高，高温可靠性较差。超级势垒整流器在阳极和阴极之间整合并联的整流二极管和MOS晶体管来形成具有较低正向导通电压、较稳定高温性能的整流器件，在100V以下的应用中具有明显的竞争优势。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种降低器件通态功耗的沟槽超级势垒整流器。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种沟槽超级势垒整流器，包括第一导电类型重掺杂衬底层（10）、第一导电类型掺杂外延层（20）、第一导电类型轻掺杂外延层（30）、栅极介质层（401、402）、栅电极层（501）、第二导电类型体区（60）、第一导电类型重掺杂源区（70）、正面电极层（801）、背面电极层（802）；所述第一导电类型掺杂外延层（20）覆盖于第一导电类型重掺杂衬底层（10）之上；所述第一导电类型轻掺杂外延层（30）覆盖于第一导电类型掺杂外延层（20）之上；所述第一导电类型轻掺杂外延层（30）之上的部分表面形成沟槽（301）结构，沟槽（301）表面由栅极介质层（401、402）覆盖，所述栅极介质层（401、402）之上覆盖栅电极层（501），且栅电极层（501）填满整个沟槽（301）；所述第二导电类型体区（60）覆盖在第一导电类型轻掺杂外延层（30）之上的剩余部分表面，与所述栅极介质层（402）外部侧壁的部分区域相连；所述第一导电类型重掺杂源区（70）覆盖在第二导电类型体区（60）之上的部分表面，亦与所述栅极介质层（402）外部侧壁的部分区域相连；所述正面电极层（801）覆盖在第二导电类型体区（60）、第一导电类型重掺杂源区（70）、栅极介质层（402）和栅电极层（501）之上；所述背面电极层（802）位于第一导电类型重掺杂衬底层（10）的下表面。

进一步，所述第一导电类型轻掺杂外延层（30）的掺杂浓度比所述第一导电类型掺杂外延层（20）的更低。

进一步，所述栅电极层（501）的上表面形成一个一定角度的斜面。

进一步，阳极采用挖槽结构，增大N+区接触面积，减小接触电阻。

进一步，通过采用双外延层和沟槽结构来减小器件的导通电阻，降低器件的通态功耗。

本实用新型的有益效果是：（1）本实用新型结合了PN二极管、肖特基二极管和MOS晶体管漏电流低，开启电压低等优点，相比于传统肖特基二极管消除了热不稳定性的缺点，采用沟槽底部氧化物加厚提高了氧化物栅介质层的耐压能力及可靠性；（2）本实用新型阳极采用挖槽结构，增大第一导电类型源区的接触面积，减小接触电阻；（3）本实用新型采用不同掺杂浓度的第一导电类型双外延层和沟槽栅极结构，进一步减小器件的导通电阻，降低器件的通态功耗。（4）本实用新型具有制造工艺流程简单，特性优良的优点。

附图说明

图1为本实用新型结构剖面图；图2为本实用新型原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，一种沟槽超级势垒整流器，包括第一导电类型重掺杂衬底层（10）、第一导电类型掺杂外延层（20）、第一导电类型轻掺杂外延层（30）、栅极介质层（401、402）、栅电极层（501）、第二导电类型体区（60）、第一导电类型重掺杂源区（70）、正面电极层（801）、背面电极层（802）；所述第一导电类型掺杂外延层（20）覆盖于第一导电类型重掺杂衬底层（10）之上；所述第一导电类型轻掺杂外延层（30）覆盖于第一导电类型掺杂外延层（20）之上；所述第一导电类型轻掺杂外延层（30）之上的部分表面形成沟槽（301）结构，沟槽（301）表面由栅极介质层（401、402）覆盖，所述栅极介质层（401、402）之上覆盖栅电极层（501），且栅电极层（501）填满整个沟槽（301）；所述第二导电类型体区（60）覆盖在第一导电类型轻掺杂外延层（30）之上的剩余部分表面，与所述栅极介质层（402）外部侧壁的部分区域相连；所述第一导电类型重掺杂源区（70）覆盖在第二导电类型体区（60）之上的部分表面，亦与所述栅极介质层（402）外部侧壁的部分区域相连；所述正面电极层（801）覆盖在第二导电类型体区（60）、第一导电类型重掺杂源区（70）、栅极介质层（402）和栅电极层（501）之上；所述背面电极层（802）位于第一导电类型重掺杂衬底层（10）的下表面。

所述第一导电类型轻掺杂外延层（30）的掺杂浓度比所述第一导电类型掺杂外延层（20）的更低。

所述栅电极层（501）的上表面形成一个一定角度的斜面。

阳极采用挖槽结构，增大N+区接触面积，减小接触电阻。

通过采用双外延层和沟槽结构来减小器件的导通电阻，降低器件的通态功耗。

工作原理：本实用新型SBR阳极加正电压时，相当于MOS管的源极和栅极同时加正电压，纵向的导电沟道形成，电流由阳极流向阴极；阴极加正电压时，第二导电类型体区（60）和第一导电类型轻掺杂外延层（30）形成反偏的PN结耐压，SBR比传统二极管的正向压降小，可以获得接近肖特基二极管的正向压降。同时，SBR有比肖特基二极管更好的温度稳定性，SBR的另一个优点是漏电流比肖特二极管更小。如图2所示SBR原理图，可以等效为将栅极G和源极S短接后的DMOS并联一个正向二极管结构，其中601’为阳极，当阳极加正电压时，电流可以通过MOS结构沟道和二极管流向SBR阴极；当阴极加电压时，MOS结构和二极管都处于关断状态，SBR承受反向电压。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。