[发明专利]一种浅槽金属氧化物半导体二极管

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及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结二极管的可靠性较好，能工作于高压。肖特基二极管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，不存在电荷存储问题，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。但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。且肖特基二极管的温度特性较差，反向漏电流也比PN结二极管大。

为了提高二极管性能，研究者们一直试图结合PN结二极管和肖特基二极管的优点，提出了一系列的新结构器件，如：结势垒控制整流器JBS（JBS：Junction Barrier Controlled Schottky Rectifier），混合PiN/肖特基整流MPS（MPS：Merged P-i-N/Schottky Rectifier），MOS控制二极管MCD（MCD：MOS Controlled Diode）等器件。

专利“李泽宏、唐文雄，浅槽金属氧化物半导体二极管，申请号：201010519680.X”提出了一种新型的半导体二极管器件，结合了电子积累层结构和结型场效应管结构，获得了非常低的导通压降，大大提高了击穿电压并且降低了泄漏电流，与现有二极管技术相比，具有更好的正向导通压降和反向击穿电压之间的折衷。

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在专利“浅槽金属氧化物半导体二极管”的基础上，进一步降低二极管的反向漏电流和正向导通压降，增强电流处理能力。

本发明技术方案如下：

一种浅槽金属氧化物半导体二极管，器件从底层往上依次是金属化阴极1、N型重掺杂单晶硅衬底2、N^-外延层3、位于N^-外延层3上部两侧深P体区4、位于深P体区上的浅槽金属6、位于浅槽金属6内侧的N型重掺杂区7、位于N^-外延层表面二氧化硅栅氧化层8、位于二氧化硅栅氧化层8表面的栅电极9、位于器件顶部的金属化阳极10。所述金属化阳极10覆盖于器件表层，与N型重掺杂区7和栅电极9接触，并通过浅槽金属6与深P体区4接触；所述两个深P体区4之间的N^-外延层3中均匀分布得有若干平行于整个器件宽度方向的P型条5（也可称之为P岛，下文涉及此处时采用P岛的称谓）；所述P型条5的尾部即在整个器件的背部以展宽的方式与深P体区4相连或通过位于整个器件背部的浅槽金属6’与金属化阳极10相连，以实现P型条5与深P体区4等电位。

上述浅槽金属氧化物半导体二极管中，所述两个深P体区4与二者之间的P型条5以及N^-外延层3形成结型场效应晶体管（JFET）结构11。所诉N型重掺杂区7、二氧化硅栅氧化层8、栅电极9和它们附近的N^-外延层3构成电子积累层结构12。所述P型条5的具体数目可根据器件设计需求改变。

所述深P体区4的掺杂浓度大于N^-外延层3的掺杂浓度两个数量级。

所述深P体区4形状是矩形、弧形、半圆形、梯形或椭圆形。

所述二氧化硅栅氧化层8为薄栅氧化层，其厚度范围为5nm到100nm。

所述栅电极材料为多晶硅或具有导电性能的金属、金属氮化物、金属氧化物或金属硅化物。

所述浅槽金属氧化物半导体二极管中的半导体材料可采用体硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅等半导体材料。

本发明的有益效果表现在：

本发明与现有技术相比，采用具有电子积累层结构和结型场效应管结构，由于电子积累层结构的栅氧化层非常薄，二极管可以获得非常低的导通压降，结型场效应管结构的引入，大大提高了击穿电压并且降低了泄漏电流，在反向电压下薄栅氧化层加速了半导体表面导电沟道的夹断，更好地实现了正向导通压降与反向恢复时间之间的折中。与申请号为201010519680.X的专利申请“浅槽金属氧化物半导体二极管”相比，由于P岛的引入能够进一步降低二极管的反向漏电流和正向导通压降，增强电流处理能力。