[发明专利]通过P-体电荷的最小化改善高压MOSFET二极管的反向恢复

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体功率器件的结构和制备方法。更确切地说，本发明涉及一种集成肖特基二极管的半导体功率器件的器件结构和制备方法，这种半导体功率器件无需使用额外的掩膜，以便降低关闭时间和功率损耗。

背景技术

十分有必要通过集成肖特基二极管作为内部二极管，制备半导体功率器件。尤其是高压金属氧化物半导体场效应管(HV MOSFET)，由于如图1A所示，通过P+、P-本体和N-外延层所形成的内置体二极管，使这种场效应管像P-i-N二极管那样带有负的漏源电压Vds＜0。从P-本体区，向N-外延区进行高能级注入，会产生很大的关闭时间和损耗。此外，高频率的电流变化，即很大的di/dt，会产生电压尖峰以及“柔度系数”S。但是，为了改善HVMOSFET的性能，必须降低关闭时间和损耗，也就是说，降低反转恢复电荷(Qrr)、恢复时间(Trr)并提高柔度系数S。将HV MOSFET与内部肖特基二极管集成，通过解决上述技术局限，改善了HV MOSFET的性能。

除了上述提及的需要集成肖特基二极管的半导体功率器件以外，这种半导体功率器件还广泛应用于电源和电动机控制器件中。如图1B所示，这种半导体功率器件通常利用全桥式拓扑技术制成。对于这种类型的应用，将内部二极管作为续流二极管，是非常有利的。当高压MOSFET。超级结半导体功率器件以及IGBT器件用于电源和电动机控制器件时，经常会受到高Qrr和功率损耗的限制。将半导体功率器件与作为内部二极管的肖特基二极管集成，就能解决这些技术难题。然而，传统的半导体功率器件的结构和制备方法，通常需要一个额外的掩膜来阻隔区域，从而在该区域中，将肖特基二极管作为功率器件的内部二极管集成。由于使用了额外的掩膜，生产成本也会受到影响。

鉴于上述原因，十分迫切需要改进半导体功率器件与作为内部二极管的肖特基二极管集成的结构和制备方法，并改善Qrr、Trr以及S，从而解决上述技术局限和难题。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提出一种将半导体功率器件与肖特基二极管集成的新型的、改进的制备方法和器件结构，该方法无需使用额外的掩膜。

更确切地说，本发明的一个方面是提出一种将半导体功率器件与肖特基二极管集成的新型的、改进的器件结构和制备方法，该方法无需使用额外的掩膜，同时显著降低Qrr和Trr，提高柔度系数S。

本发明的另一方面是提出了一种将半导体功率器件与肖特基二极管集成的新型的、改进的器件结构和制备方法，通过缩小平面栅极的边缘到场氧化物之间的距离，形成自对准的本体区，并将肖特基金属作为源极和发射极金属，覆盖在源极和本体区的顶面上，以便将肖特基二极管作为晶体管元件的一部分直接集成，这并不增加晶片间距，从而显著降低50％的Qrr、20％的Trr，并提高柔度系数S约33％。

本发明的另一方面是提出了一种半导体功率器件的新型器件结构和制备方法，通过减少可用于高能级注入的本体型电荷量，降低Qrr、Trr，并提高柔度系数S。