[发明专利]浅槽金属氧化物半导体二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别是一种金属氧化物半导体二极管。

背景技术

在电子电路中，二极管是最常用的基础电子元器件之一；在电力电子电路中，二极管更与开关器件形影相随，不可或缺。传统的整流二极管主要有PN结二极管和肖特基二极管两类。其中PN结二极管正向导通压降较大，反向恢复时间较长，但是PN结二极管的稳定性较好，能工作于高电压；肖特基二极管在低电压时具有绝对优势：其正向导通压降小，反向恢复时间短，但是肖特基二极管反向时的泄漏电流相对较高，且不稳定。为了提高二极管性能，国内外已经提出了结势垒控制整流器JBS(JBS：Junction Barrier Controlled Schottky Rectifier)，混合PiN/肖特基整流器MPS(MPS：Merged P-i-N/Schottky Rectifier)，MOS控制二极管MCD(MCD：MOS Controlled Diode)等器件。

快恢复二极管(简称FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PiN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区i，构成PiN硅片。因基区很薄，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(耐压值)较高。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金，单纯的扩散等工艺，可获得较高的开关速度，同时也能得到较高的耐压。快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约为0.7V，正向电流是几安培至几千安培，反向峰值电压可达几百到几千伏。超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小，使其反向恢复时间可低至几十纳秒。

肖特基二极管是肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode，简称为SBD)的简称。肖特基二极管是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。肖特基二极管不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而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。肖特基整流管仅用一种载流子(电子)输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题(Qrr→0)，使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。由于肖特基二极管的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低，反向耐压值较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。由于肖特基二极管比PN结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比PN结二极管大。

发明内容

本发明的目的是提供一种浅槽金属氧化物半导体二极管，要解决的技术问题是降低二极管的正向导通压降，提高反向击穿电压并且减小泄漏电流。

本发明采用以下技术方案：一种浅槽金属氧化物半导体二极管，所述浅槽金属氧化物半导体二极管的物理结构从底层往上依次是金属化阴极、N型重掺杂单晶硅衬底区、N^-外延层、位于两侧的两个深P体区、位于深P体区上的浅槽、浅槽内侧的N型重掺杂区、二氧化硅栅氧化层、多晶硅栅电极、金属化阳极；所述金属化阳极与浅槽、N型重掺杂区和多晶硅栅电极短接；所述两个深P体区与其之间的N^-外延层构成结型场效应晶体管区，深P体区通过浅槽与金属化阳极短接；所述N型重掺杂区、二氧化硅栅氧化层、多晶硅栅电极和N^-外延层构成电子积累层结构。

本发明的深P体区的掺杂浓度大于N^-外延层的掺杂浓度两个数量级。

本发明的浅槽槽深为0.7μm。

本发明的浅槽被金属化阳极完全填充。

本发明的深P体区截面形状是矩形、弧形、半圆形、梯形或椭圆形。

本发明的二氧化硅栅氧化层厚度范围为5到100nm。

本发明的N型重掺杂区与深P体区之间为N^-外延层。

本发明的多晶硅栅电极采用导电材料金属栅电极、金属氮化物、金属氧化物或金属硅化物。

本发明的浅槽金属氧化物半导体二极管用体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅半导体材料。