專利名稱：超級結(jié)mosfet中集成肖特基二極管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在超級結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法。
背景技術(shù)：
從20世紀(jì)60年代早期的小規(guī)模集成電路時代以來，半導(dǎo)體微芯片的性能已得到了巨大的提高。通過器件做得越小，在芯片上放置得越緊密，芯片的速度就會得到提高。常規(guī)的提高MOSFET器件(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)反向恢復(fù)速度的方法有兩種一種是在N型外延層中摻入重金屬雜質(zhì)或者通過輻照的方法在N型外延層中形成一定的復(fù)合中心，從而達到降低少數(shù)載流子在N型外延層中的反向恢復(fù)時間，提高MOSFET 的反向恢復(fù)速度。另外一種為集成肖特基二極管到MOSFET中的，該技術(shù)采用在MOSFET源漏之間并聯(lián)接入肖特基二極管，通過肖特基二極管的快速開關(guān)特性實現(xiàn)MOSFET的快速反向恢復(fù)。這種技術(shù)一般用在高壓的常規(guī)MOSFET中。超級結(jié)MOSFET是在功率MOSFET的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一種新型MOSFET器件， 該器件利用電荷平衡的方法使得反偏結(jié)的耗盡區(qū)寬度展寬提高器件的耐壓，從而使得滿足耐壓的條件下漏端的漂移區(qū)的摻雜濃度得到極大提高，降低了器件的導(dǎo)通電阻。超級結(jié) MOSFET的應(yīng)用使得硅功率器件的耐壓導(dǎo)通電阻的矛盾得到了極大改善。超級結(jié)MOSFET在應(yīng)用中一般會并聯(lián)一個快速恢復(fù)二極管芯片以提高作為開關(guān)模塊的超級結(jié)MOSFET芯片反向恢復(fù)速度，在超級結(jié)MOSFET器件結(jié)構(gòu)中直接集成肖特基二極管的方法也可以在一定程度上提高開關(guān)的響應(yīng)速度，同時改善了兩個并聯(lián)器件的匹配性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在超級結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法，其將大大提高開關(guān)的響應(yīng)速度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的在超級結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法， 為在所述超級結(jié)MOSFET中并聯(lián)集成有由肖特基接觸與襯底形成的肖特基二極管，其中所述肖特基二極管的陽極設(shè)置在超級結(jié)MOSFET芯片的元胞區(qū)域源端的相鄰兩個體區(qū)之間， 所述肖特基二極管的陽極與所述超級結(jié)MOSFET的源端相連，所述肖特基二極管的陰極共用位于襯底背面的漏電極。本發(fā)明通過在超級結(jié)MOSFET中并聯(lián)肖特基二極管，提高了超級結(jié)MOSFET器件的開關(guān)速度。肖特基二極管與MOSFET的并聯(lián)，可降低超級結(jié)MOSFET中寄生PN結(jié)二極管的作用。由于肖特基二極管為多數(shù)載流子器件，其反向不存在多子與少子恢復(fù)的物理過程，故其在從正向通態(tài)到反向關(guān)斷狀態(tài)之間的中間態(tài)時間很短。MOSFET并聯(lián)該器件后，會大大提高其開關(guān)響應(yīng)速度。利用肖特基二極管的快速開關(guān)特性提高超級結(jié)MOSFET器件的反向恢復(fù)速度。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1為金屬線的布局示意圖；圖2為接觸孔的布局示意圖；圖3為采用本發(fā)明的方法所制備的超級結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為采用本發(fā)明的方法中多晶硅柵形成后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為采用本發(fā)明的方法中接觸孔刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的方法，為在超級結(jié)MOSFET中并聯(lián)肖特基二極管，參見圖1至圖3，其中圖 1為多晶硅柵和金屬線的版圖示意圖，圖2為多晶硅柵和接觸孔的版圖示意圖，圖3為沿圖 1和圖2中的線1-2的剖面的基礎(chǔ)上加上金屬線后的示意圖，其中金屬線為覆蓋整個元胞區(qū)域。由圖可知，在超級結(jié)MOSFET中并聯(lián)了由襯底E和肖特基接觸K組成的肖特基二極管，其中肖特基二極管的陽極即為肖特基接觸K，該肖特基接觸通過金屬線與超級結(jié)MOSFET的源端相連，而肖特基二極管的陰極則共用了襯底背面的漏電極。肖特基二極管的陽極一般設(shè)置于超級結(jié)MOSFET芯片元胞區(qū)域源端的相鄰兩個體區(qū)C (具體實例可為P型阱區(qū))之間。在該器件的制作過程中，為利用超級結(jié)MOSFET的流程制作該復(fù)合器件，其與單純的超級結(jié)MOSFET流程的區(qū)別在于在多晶硅淀積完成之后，多晶硅柵G通過掩模版曝光及刻開時，除了將源區(qū)刻開以外，還在圖1至圖3所示的肖特基二極管的陽極處刻開(見圖4)，即同時將位于肖特基二極管陽極處的多晶硅去除，在制備過程中，需要相應(yīng)地修改掩膜版的圖形；在第一介電層I淀積過程中，利用介電層覆蓋MOSFET的源區(qū)以及肖特基二極管的陽極接觸區(qū)，隨后利用電極接觸孔掩模版打開源極以及肖特基二極管的陽極處，即形成源極接觸孔和肖特基接觸孔Kl (見圖5)，其中也需要修改原來的電極接觸孔掩膜版，增加肖特基接觸孔的圖形；之后填入金屬，并用金屬線將源極接觸H和肖特基接觸K用金屬線相連，具體實施中可用源金屬走線J將兩者之間相連。這樣就構(gòu)成了在超級結(jié)MOSFET中引入并聯(lián)的肖特
基二極管的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 上述方法中，肖特基接觸孔和超級結(jié)MOSFET的P型阱之間距離可設(shè)置在0. 1微米至25微米之間，這樣既不影響MOSFET導(dǎo)通電阻又不影響肖特基器件的反向擊穿電壓，同時利用肖特基二極管的快速開關(guān)特性提高超級結(jié)MOSFET器件的反向恢復(fù)速度。多晶硅柵的長度范圍可在1微米到50微米之間，多晶硅柵的寬度中超出其下體區(qū)(即C區(qū))之間的距離在0. 1微米到50微米之間。具體設(shè)置中，肖特基接觸孔的孔徑尺寸在0. 1微米至10微米之間。同時肖特基接觸孔可設(shè)為方形或長條形。下面介紹一具體的超級結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的實施流程，為1)線選擇合適外延襯底E，利用掩模版在特定區(qū)域進行離子注入形成低摻雜體區(qū) C；2)在襯底表面生長柵氧化層；
3)定義并刻蝕深溝槽，填充與襯底摻雜相反的半導(dǎo)體材料形成深溝槽體區(qū)D ；此步驟也可以在第一步進行低摻雜C區(qū)注入之前完成。4)淀積多晶硅，并利用掩模版刻蝕多晶硅，形成多晶硅柵G，刻蝕中同時需要刻開肖特基二極管的肖特基接觸孔區(qū)域；此步驟也可以根據(jù)器件終端環(huán)區(qū)域相關(guān)的工藝步驟， 利用終端環(huán)區(qū)域的掩模版刻開肖特基二極管的接觸區(qū)域。5)利用離子注入形成高摻雜源區(qū)A與高摻雜體區(qū)B，作為超級結(jié)MOSFET器件的源端；6)淀積第一介電層I，并刻蝕第一介電層形成源極接觸孔和肖特基接觸孔，該第一介電層可為氧化硅層；7)淀積金屬以填充源極接觸孔和肖特基接觸孔，形成超級結(jié)MOSFET的源極接觸與寄生二極管(即肖特基二極管)的肖特基接觸，該金屬通常為鎢金屬；8)淀積金屬，并利用掩模版進行金屬刻蝕形成所需的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)，同時利用金屬線將源極和肖特基二極管相連接，該金屬可為銅、鋁，或銅鋁合金等常用的互連金屬；9)淀積鈍化膜，刻蝕鈍化膜圖形露出金屬打線區(qū)域；10)在襯底背面形成電極，同時為超級結(jié)MOSFET的漏電極和肖特基二極管的陰極。本發(fā)明在超級結(jié)MOSFET中并聯(lián)肖特基二極管的方法中，該方法并沒有增加掩模版的數(shù)量和工藝過程的基礎(chǔ)上，只是通過修改多晶硅柵極掩模版與電極接觸孔掩模版的版圖即實現(xiàn)了超級結(jié)MOSFET與肖特基二極管的并聯(lián)。
權(quán)利要求
1.一種在超級結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法，其特征在于在所述超級結(jié) MOSFET中并聯(lián)集成有由肖特基接觸與襯底形成的肖特基二極管，其中所述肖特基二極管的陽極設(shè)置在超級結(jié)MOSFET芯片的元胞區(qū)域源端的相鄰兩個體區(qū)之間，所述肖特基二極管的陽極與所述超級結(jié)MOSFET的源端相連，所述肖特基二極管的陰極共用位于襯底背面的漏電極。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述超級結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的制備包括在超級結(jié)MOSFET中的多晶硅淀積完成后，刻蝕去除位于源區(qū)和位于肖特基接觸孔處的多晶硅，形成多晶硅柵；在第一介電層淀積完成后，刻蝕所述第一介電層至外延層表面，形成源極接觸孔和肖特基接觸孔，之后填入金屬形成源極接觸和肖特基接觸，所述肖特基接觸為所述肖特基二極管的陽極；在接下來的金屬互連形成工藝中，用金屬線將所述源極接觸和所述肖特基二極管的陽極進行連接。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述肖特基接觸孔的孔徑尺寸為0.1微米至10微米之間。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述肖特基接觸孔呈長條形或方形。
5.按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于所述多晶硅柵的長度為1微米到50 微米之間，多晶硅柵的寬度超出位于其下的體區(qū)的寬度為0. 1微米到50微米之間。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述肖特基接觸孔到所述體區(qū)的距離在 0.1微米至25微米之間。
7.按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于所述超級結(jié)MOSFET中具有深溝槽體區(qū)，該溝槽的深度與單純的超級結(jié)MOSFET的溝槽深度近似，范圍為十幾到幾十個微米之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在超級結(jié)MOSFET中集成肖特基二極管的方法，為在所述超級結(jié)MOSFET中并聯(lián)集成有由肖特基接觸與襯底形成的肖特基二極管，其中所述肖特基二極管的陽極設(shè)置在超級結(jié)MOSFET芯片的元胞區(qū)域源端的相鄰兩個體區(qū)之間，所述肖特基二極管的陽極與所述超級結(jié)MOSFET的源端相連，所述肖特基二極管的陰極共用位于襯底背面的漏電極。超級結(jié)MOSFET并聯(lián)肖特基二極管的結(jié)構(gòu)，利用肖特基二極管的快速開關(guān)特性提高超級結(jié)MOSFET器件的反向恢復(fù)速度。
文檔編號H01L21/8249GK102569207SQ20101060585
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者劉坤, 張帥, 邱慈云 申請人:上海華虹Nec電子有限公司