[发明专利]栅控二极管整流器

说明书

本发明提供一种栅控二极管整流器，包括金属化阴极，重掺杂第一导电类型衬底层，第一导电类型漂移层，P型基区，N+源区和栅极结构；所述栅极结构为平面栅结构，包括栅氧化层，多晶硅层和金属化阳极，其中，栅氧化层覆盖于第一导电类型漂移层之上，其在横向上覆盖了MCR器件的沟道区与部分N+源区上表面，多晶硅层覆盖于栅氧化层之上，金属化阳极覆盖于多晶硅层与第一导电类型漂移层之上；金属化阳极与P型基区接触形成肖特基接触区，本发明通过阳极金属与P型基区的特殊接触，增加了PN结的导通压降，使得器件导通时工作在单极模式，降低了器件的反向恢复时间和电荷，减小了系统的开关损耗。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体器件，特别是涉及一种栅控二极管整流器（MCR）。

背景技术

栅控二极管整流器（MOS Controlled Rectifier, MCR）相比于PIN二极管具有更小的导通压降和反向恢复时间，相比于肖特基二极管具有更小的漏电流，相比于快恢复二极管具有更小的导通压降，在电力电子系统中是一种综合性能很强的二极管。栅控二极管整流器的工作原理可以看作是将VDMOS器件的栅极与源极短接作为二极管的阳极，器件的阴极相对于阳极加正电压，器件进入耐压状态，由于P型基区的存在可以降低器件的漏电流。当MCR的阳极相对于阴极加一定的正向电压，多晶硅下的P型基区反型为N沟道，器件导通，此时器件工作在单极模式；当阳极相对于阴极加的电压超过了PN结二极管的导通压降，PN结二极管导通，器件工作在双极模式，此时二极管的反向恢复时间和反向恢复电荷相比于单极模式更高。为了使器件工作于单极模式，降低二极管的反向恢复时间，设计了一种低反向恢复时间的栅控二极管，该器件通过提高PN结的导通压降，使器件正向导通时工作在单极模式，使得其开关损耗更小。

发明内容

本发明公开了一种低反向恢复时间的栅控二极管器件，通过在阳极金属和P型基区之间形成一个高势垒区域，增加了PN结二极管的导通压降，使器件正向导通时只通过MOS沟道导通，如图1所示，降低了器件的反向恢复时间，使得器件在正向导通压降和反向恢复时间之间有更好的折衷。

本发明提供的第一种栅控二极管整流器技术方案如下：

一种栅控二极管整流器，包括金属化阴极1，重掺杂第一导电类型衬底层2，第一导电类型漂移层3，P型基区4，N+源区5和栅极结构；

所述重掺杂第一导电类型衬底层2覆盖于金属化阴极1之上；

所述第一导电类型漂移层3覆盖于重掺杂第一导电类型衬底层2之上；

所述P型基区4通过离子注入形成于第一导电类型漂移层3之上的部分表面，P型基区4之间的第一导电类型漂移层3为JFET区；

所述N+源区5通过离子注入形成于P型基区4内部上方；N+源区5靠近JFET一侧的边界与P型基区4靠近JFET一侧的边界的距离为MCR器件的沟道区；

所述栅极结构为平面栅结构，包括栅氧化层6、多晶硅层7和金属化阳极8，其中，栅氧化层6覆盖于第一导电类型漂移层3之上，其在横向上覆盖了MCR器件的沟道区与部分N+源区5上表面，多晶硅层7覆盖于栅氧化层6之上，所述金属化阳极8覆盖于多晶硅层7与第一导电类型漂移层3之上；

金属化阳极8与P型基区4接触形成肖特基接触区9。

作为优选方式，金属化阳极8为槽型源极，槽型源极通过刻蚀第一导电类型漂移层3中的部分N+源区5和部分P型基区4形成，阳极金属填充于槽型源中。

作为优选方式，肖特基接触区9通过调整P型基区掺杂浓度实现。

作为优选方式，肖特基接触区9通过在P型基区表面进行反掺杂N型杂质实现。

作为优选方式，重掺杂第一导电类型衬底层2的掺杂浓度大于1e18cm^-3。

本发明提供的第二种栅控二极管整流器，包括金属化阴极1，重掺杂第一导电类型衬底层2，第一导电类型漂移层3，P型基区4，N+源区5和栅极结构；