[发明专利]集成肖特基二极管的超势垒整流器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及功率半导体整流器，更确切地说，是设计一种超势垒整流器及提供制备超势垒整流器的优化方法，集成有集成肖特基二极管。

背景技术

迄今，功率半导体整流器广泛应用在电源切换和功率变换器之中，例如，一些现有技术公开了诸多种类的超势垒整流器（Super Barrier Rectifier，SBR），在阳极和阴极之间整合并联的整流二极管和MOS晶体管来形成超势垒整流器SBR。典型的如中国专利申请01143693.X公开了《制造功率整流器件以改变工作参数的改进方法及所得的器件》，又如美国专利申请US6331455B1公开了一种《功率整流器及其制造方法》等，这些文献详细介绍了SBR替代普通整流器的解决方案和制备方法。然而当前需要解决的问题是提高MOS晶体管的晶胞密度和优化制备工艺以制造性能参数更佳、成本更低的整流器，尤其是要求保持正向快速导通和较高的反向恢复时间，而且要保障反向漏电流小，已知技术在克服这些难题上仍然存在诸多不足之处。

另一方面，基于肖特基势垒整流器为异质结势垒，具有导通电压低、开关切换迅速等优势，一些MOS器件中也设法整合肖特基二极管，但是随之而来的漏电流和反向功率耗散之类的问题，造成可靠性降低，给设计人员带来麻烦。漏电流在温度升高时表现得最为明显，因为温度升高极易导致漏电流急剧升高。所以即便一些MOS器件中刻意引入了肖特基二极管，却因无法抑制反向漏电流而无法实质性应用在高精度整流器中。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供一种集成肖特基二极管的SBR，包括：一个底部衬底和其上方的一外延层，在外延层的顶部形成有一本体层，以及在本体层顶部形成有一顶部掺杂层；形成在外延层中的有源沟槽，向下贯穿顶部掺杂层和本体层直至其底部延伸至本体层下方的外延层中，有源沟槽底部和侧壁内衬有衬垫氧化物和在有源沟槽内设置有栅极；贯穿相邻有源沟槽间的顶部掺杂层和本体层直至向下延伸至本体层下方的外延层内的通孔；植入在本体层中并围绕在通孔侧壁周围的本体接触区和植入在通孔底部下方外延层内的掺杂区；填充在通孔内的金属栓塞，栓塞与外延层及掺杂区之间形成肖特基接触；覆盖在外延层之上并与顶部掺杂层、栓塞保持电性接触的一阳极金属层，以及设置在底部衬底底面上的一阴极金属层。

上述SBR，有源沟槽内的栅极的顶端向上凸出于外延层的顶面，栅极顶端超出外延层顶面的部分嵌入在阳极金属层内。

上述SBR，SBR在反向偏置条件下，在有源沟槽位于本体层下方的部分附近的外延层中形成耗尽区，和在本体层与外延层的界面处形成的耗尽区，籍此屏蔽体二极管和肖特基二极管以降低反向漏电流。

在另一个实施例中，一种集成肖特基二极管的SBR，包括：一个底部衬底和其上方的一外延层，在外延层的顶部形成有一本体层，以及在本体层顶部形成有一顶部掺杂层；形成在外延层中的一环形隔离沟槽，和形成在隔离沟槽内侧的有源区中的有源沟槽，及形成在隔离沟槽外侧的终端区中的端接沟槽；有源沟槽、隔离沟槽和端接沟槽，均向下贯穿顶部掺杂层和本体层直至底部延伸至本体层下方的外延层中，在它们各自的底部和侧壁皆内衬有衬垫氧化物，并在有源沟槽、隔离沟槽内设置有栅极和在端接沟槽内设置有浮置栅极；形成在相邻有源沟槽之间和形成在隔离沟槽与其附近的有源沟槽之间的通孔，通孔贯穿顶部掺杂层和本体层直至向下延伸至本体层下方的外延层内；植入在本体层中并围绕在通孔侧壁周围的本体接触区和植入在通孔底部下方外延层内的掺杂区；填充在通孔内的金属栓塞，栓塞与外延层及掺杂区之间形成肖特基接触；覆盖在外延层之上并与顶部掺杂层、栓塞保持电性接触的一阳极金属层，以及设置在底部衬底底面上的一阴极金属层。

上述SBR，，有源沟槽和隔离沟槽内的栅极、端接沟槽内的浮置栅极各自的顶端皆向上凸出于外延层的顶面，有源沟槽和隔离沟槽内的栅极的顶端超出外延层顶面的部分嵌入在阳极金属层内，浮置栅极与阳极金属层绝缘。

上述SBR，，有源区上方的阳极金属层的周边部分覆盖在隔离沟槽内的栅极靠近有源区的内侧部分的顶部之上，隔离沟槽内的栅极靠近终端区的外侧部分的顶部上方没有被阳极金属层覆盖住。

上述SBR，，当SBR反向偏置时，在有源沟槽、隔离沟槽位于本体层下方的部分附近的外延层中形成耗尽层，和在有源区的本体层和外延层的界面处形成耗尽层，籍此屏蔽体二极管和肖特基二极管以降低反向漏电流。