[发明专利]集成有肖特基二极管的功率器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及半导体器件，尤其涉及集成有肖特基二极管的高压晶体管器件。

背景技术

在电源管理电路中经常需要用到这样的功率器件，其包括功率晶体管以及与该功率晶体管集成一体的肖特基二极管。图1A简要示意出一种功率转换电路100，该功率转换电路100基于包含有功率晶体管101以及与该功率晶体管串联的肖特基二极管103的功率器件PT而构建，用于将输入电压Vin转换为输出电压Vo。其中，功率器件101可以包括，例如：结型场效应晶体管（JFET），其具有栅极（G），该栅极G连接至电气地。因此，无需再为JFET的栅极提供复杂的控制电路。然而，JFET是“常开”器件，其可以双向导通电流，即其既可以从漏极（D）到源极（S）导通电流，也可以从源极（S）到漏极（D）导通电流。因此，如果没有肖特基二极管103，当输出电压Vo大于输入电压Vin时，将有电流反向地从输出Vo灌入输入Vin，而这种从输出Vo到输入Vin的电流反灌是需要避免的。肖特基二极管103正是用于阻止这种从输出Vo到输入Vin的电流反灌。

图1B示出了流经肖特基二极管103和JFET 101的电流I_IN与输入电压Vin的关系曲线示意图，在JFET 101的栅极G和源极S均接电气地的情况下。由图1B可见，当输入电压Vin高于肖特基二极管103的正向导通电压V_F时，电流I_IN从输入Vin经由正向偏置的肖特基二极管103以及常开的JFET 101流向输出Vo。当Vin进一步增大，例如，增大到JFET 101的夹断电压V_P，则JFET 101将被夹断，从而使得电流I_IN几乎保持稳定，不再随Vin的增大而增大。在典型应用中，输出Vo并不一定接电气地，而是通常连接到下级电路，以为下级电路提供能量。在这种情况下，Vo将随着Vin增大而增大，直到Vin增大到JFET 101的夹断电压V_P，Vo将几乎保持稳定不变。因此，JFET 101用于从输入Vin向下级电路提供能量，同时可以保护下级电路不受高压损坏，例如，输入电压Vin高于V_P时，即便输入电压Vin继续增大，提供给下级电路的输出电压Vo也不再随输入电压增大而增大。当然，若输入电压增大到超过JFET 101的正向击穿电压V_BF时，将有很大的电流从Vin流向JFET 101的栅极和/或Vo。由图1B还可见，若输入电压Vin相对于输出电压Vo为负值，即Vin小于Vo时，流经肖特基二极管103和JFET 101的电流I_IN变成一个从输出Vo流向输入Vin的泄漏电流I_OFF。当输入电压Vin相对于输出电压Vo负的值超过肖特基二极管103的击穿电压V_BR时，将有很大的电流从Vo流向Vin。

图2示出了现有技术中的功率器件200的纵向剖面示意图。该功率器件200集成有JFET 202和肖特基二极管204。该功率器件200形成于P型衬底206上。N型阱区208形成于P型衬底206中。JFET 202和肖特基二极管204共用该P型衬底206及N型阱区208。P型掺杂区210形成于N型阱区208中，用作JFET 202的栅区；P⁺重掺杂区212形成于P型掺杂区210中，用作栅区210的欧姆接触。图2所示的功率器件200中，N型阱区208的位于栅区210左侧的部分形成JFET 202的漏区，N型阱区208的位于栅区210右侧的部分形成JFET 202的源区。N⁺重掺杂区214形成于N型阱区208的位于栅区210右侧的部分中，用作JFET 202源区的欧姆接触。漏极金属216、栅极金属218以及源极金属220形成于功率器件200的上表面上，并且分别与JFET 202的漏区、P⁺重掺杂区212以及N⁺重掺杂区214耦接，分别用作功率器件200的漏电极D、栅电极G和源电极S。

肖特基二极管204包括阴极208和阳极216，分别与JFET 202共用N型阱区208和漏极金属216。肖特基二极管204还进一步包括P⁺重掺杂区222，形成于肖特基二极管204的左右两侧。P⁺重掺杂区222用于形成融合肖特基二极管（merged Schottky Diode），从而降低肖特基二极管204的反向泄漏电流。若没有P⁺重掺杂区222，肖特基二极管204的反向泄漏电流将较高而不能被接受。