[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及沟槽结势垒肖特基二极管(Trench-Junction-Barrier-Schottky-Diode)的变型方案，所述沟槽结势垒肖特基二极管以下简称TJBS。TJBS二极管为器件设计提供更大的自由空间并且尤其适合作为用于机动车发电机系统的具有大约20V的击穿电压的Z功率二极管。

背景技术

在现代机动车中，借助电器件实现越来越多的功能。由此产生了对电功率越来越高的需求。为了满足这种需求，必须提高机动车中的发电机系统的效率。

迄今，通常使用PN二极管作为机动车发电机系统中的Z二极管。PN二极管的优点一方面是低反向电流而另一方面是高鲁棒性。主要缺点是高正向电压UF。在室温下，在UF＝0.7V时电流才开始流动。在正常运行条件下，例如在500A/cm²的电流密度下，UF升高直至超过1V，这意味着不可忽略的效率损失。

原理上，肖特基二极管可供作为替代方案。肖特基二极管具有比PN二极管低得多的正向电压，例如在500A/cm²的高电流密度时所述正向电压是0.5V到0.6V。此外，肖特基二极管作为多数载流子器件提供了在快速开关运行方面的优点。然而，肖特基二极管迄今没有应用在机动车发电机系统中。这归因于肖特基二极管的一些决定性的缺点：1)与PN二极管相比更高的反向电流，2)反向电流与反向电压的极大相关性，以及3)差的鲁棒性，尤其是在高温时。

已经有一些改进肖特基二极管的建议。以下给出两个示例。如在S.Kunori等的《Low leakage current Schottky barrier diode》(Proceedings of 1992International Symposium on Power Semiconductors&ICs，东京，第80-85页)中公开的JBS(Junction-Barrier-Schottky-Diode：结势垒肖特基二极管)。

如图1所示，JBS由n+衬底1、n外延层2、至少两个扩散到外延层2中的p阱3以及芯片的前侧上的金属层4和背侧上的金属层5组成。从电学方面来看，JBS是具有作为正极的p阱3与作为负极的n外延层2之间的PN结的PN二极管与具有作为正极的金属层4与作为负极的n外延层2之间的肖特基势垒的肖特基二极管的组合。芯片的背侧上的金属层5用作负极电极，芯片的前侧上的金属层4用作具有与p阱3的欧姆接触的正极电极并且同时用作与n外延层2的肖特基接触。

由于肖特基二极管与PN二极管相比正向电压小，电流在正向上仅仅流经肖特基二极管的区域。因此，在JBS中用于正向上的电流流动的有效面积(每面积单位)明显小于传统平面肖特基二极管中的有效面积。

在反向上，空间电荷区随着电压升高而延展并且在小于JBS的击穿电压的电压下在相邻的p阱3之间的区域的中部相遇。由此，部分地屏蔽了负责高反向电流的肖特基效应并且减小了反向电流。所述屏蔽效应极大地取决于结构参数：p扩散的侵入深度Xjp、p阱之间的距离Wn以及p阱的宽度Wp以及p阱3和n外延层2的掺杂浓度，参见图1。

用于实现JBS的p阱的现有技术是p注入和随后的p扩散。通过x方向上的横向扩散(横向扩散的深度与y方向上的垂直扩散的深度相当)，在二维视图中形成柱形的p阱(在垂直于x-y平面的z方向上的长度无限)，其半径相应于侵入深度Xjp。由于空间电荷区径向延展，p阱的所述形状没有表现出肖特基效应的非常有效的屏蔽。不可能仅仅通过更深的p扩散来增强屏蔽作用，因为横向扩散也同时相应地变得更宽。缩短p阱之间的距离Wn也不是好的解决方案，因为由此尽管增强了屏蔽作用但使用于正向上的电流流动的有效面积进一步减小。