[发明专利]具有肖特基二极管的沟槽式功率半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沟槽式功率半导体结构及其制作方法，特别是关于一种具有肖特基二极管(Schottky Diode)的沟槽式半导体结构及其制作方法。

背景技术

在沟槽式功率半导体的应用领域中，越来越注重切换速度的表现，此特性的改善提升能明显帮助高频电路操作中的切换损失。利用肖特基二极管来改善功率半导体元件的切换损失，是一个常见的解决方法。

图1为一利用肖特基二极管SD1改善金氧半晶体管T1的切换损失的电路示意图。如图中所示，金氧半晶体管T1的本体二极管(bodydiode)D1并联于肖特基二极管SD1。由于肖特基二极管SD的启动电压低于本体二极管D1。因此，当金氧半晶体管T1的源漏极存在顺向偏压时，肖特基二极管SD1可避免本体二极管D1被导通(turn on)。亦即，在此情况下，电流是由源极S经由肖特基二极管SD1流动至漏极D。

值得注意的是，相较于本体二极管D1由导通转变为不导通(turnoff)的过程中，因为少数载子(minority carrier)存在而会造成时间延迟，肖特基二极管不具有少数载子，因此，可以避免时间延迟，而有助于改善切换损失。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种沟槽式功率半导体结构及其制作方法，可以利用既有的半导体制程，在制作沟槽式功率晶体管的同时制作肖特基二极管并联于此沟槽式功率晶体管。

为达到上述目的，本发明提供一种具有肖特基二极管(schottkydiode)的沟槽式功率半导体结构的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：a)形成一漏极区于一基板内；b)形成至少二个栅极结构于漏极区的上方，并且，形成一本体与至少一源极区于相邻二个栅极结构之间；c)形成一第一介电结构覆盖栅极结构；d)通过第一介电结构，形成至少一接触窗于本体，此接触窗的侧边邻接于源极区，而使源极区裸露于外；e)形成一第二介电结构于接触窗内，第二介电结构并具有至少一第二开口曝露接触窗的部分底面；f)通过第二介电结构蚀刻本体，以形成一窄沟槽延伸至本体下方的漏极区，窄沟槽的宽度小于接触窗的宽度；以及g)于前述接触窗与窄沟槽内填入一金属层，金属层电性连接至源极区，并形成肖特基二极管于金属层与漏极区的接面。

本发明并提供一种具有肖特基二极管的沟槽式功率半导体结构。此沟槽式功率半导体结构，其特征在于，包括一漏极区、至少二个栅极结构、一本体、至少一源极区、一介电结构、一接触窗、一窄沟槽与一金属层。其中，栅极结构位于漏极区上方。本体位于漏极区上方，并且位于相邻二个栅极结构之间。源极区位于本体内，并且邻接于栅极结构。介电结构覆盖栅极结构。接触窗位于本体的上部分与介电结构中，并且邻接于该源极区。窄沟槽由接触窗的底面向下延伸至漏极区。此窄沟槽的宽度小于接触窗的宽度。金属层位于接触窗与窄沟槽内，以电性连接至源极区，并形成肖特基二极管于金属层与漏极区的接面处。

本发明所述的肖特基二极管可以避免晶体管元件切换过程的时间迟延，进而可以降低切换损失。

关于本发明的优点与精神可以借由以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为一利用肖特基二极管改善金氧半晶体管的切换损失的电路示意图；

图2A至图2E为本发明具有肖特基二极管的沟槽式功率半导体结构的制作方法的第一实施例；

图3A与图3B为本发明具有肖特基二极管的沟槽式功率半导体结构的制作方法的第二实施例；

图4A至图4I为本发明具有肖特基二极管的沟槽式功率半导体结构的制作方法的第三实施例；

图5A至图5D为本发明具有肖特基二极管的沟槽式功率半导体结构的制作方法的第四实施例。

元件【主要元件附图标记说明】

肖特基二极管SD1

金氧半晶体管T1

本体二极管D1

栅极G

源极S

漏极D

N型基板100，200，300

N型磊晶层110，210，310

P型本体120，220，320

栅极介电层130，230，330

栅极结构140，240，340

N型源极区150，250，350

第一介电结构162，262，362

第二介电结构164，264，264’

接触窗170，170’，270，370

窄沟槽172，272，372

P型重掺杂区180，280，380

金属层190，290，390

图案层260