[发明专利]一种复合结构的槽栅二极管

说明书

本发明设计功率半导体技术，特别涉及一种复合结构的槽栅二极管。本发明的有益效果为：本发明提供的一种积累层与P型埋层共同控制的槽栅二极管，利用MOS和PN结结构，正向开启时由电子积累层导电，可在同样的电流密度下实现更低的正向压降；通过PN结耐压，器件在高温下的可靠性更好。本发明属于多数载流子器件，反向恢复时间短。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种复合结构的槽栅二极管。

背景技术

在电子电路中，二极管是最常用的电子元件之一，传统的整流二极管主要是肖特基整流 器和PN结整流器。其中，PN结二极管能够承受较高的反向阻断电压，稳定性较好，但是其 正向导通压降较大，反向恢复时间较长。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，通态压降较低。由于是单极载流子导电，肖特基二极管在正向导通时 没有过剩的少数载流子积累，反向恢复较快。但是肖特基二极管的反向击穿电压较低，反向 漏电流较大，温度特性较差。为了提高二极管的性能，国内外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P-i-N二极管、结势垒控制整流器JBS(Junction Barrier Schottky Rectifier)、MOS控制二极管MCD(MOS Controlled Diode)、槽栅MOS势垒肖特基 二极管TMBS(Trench MOS Barrier Schottky Diode)等器件。快恢复二极管具有较好的开关特 性、较短的反向恢复时间，它内部结构与普通的额PN结不同，属于P-i-N二极管，在P型材 料和N型材料之间添加了i基区，由于基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的 反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压较高。

功率整流器通常应用于电力电子电路以控制电流方向，根据其导通特性及阻断能力，往 往采取相应的器件来实现整流。用于高压领域时，传统P-i-N二极管的正向导通压降一般高 于0.7V(通态电流密度为100A/cm²)，且开启电压较高，反向恢复时间较长。在低压领域，平 面肖特基二极管在高温下漏电较大，功耗较高，且击穿电压一般在200V以下。

TMBS整流器最初于1993年由B.J.Baliga首次提出，如图1所示，该器件虽然有效改善 了平面肖特基二极管的反向漏电和击穿电压两方面的问题，但肖特基结的高温可靠性不理想 仍然是存在的一个问题，尤其在高温工作期间。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的问题是：获得更低的导通压降和更高的可靠性，提出 一种利用积累层与P型埋层共同控制导电沟道的复合结构的槽栅二极管，使得槽栅二极管在 保证较低正向导通压降的同时，实现较高的反向耐压。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种复合结构的槽栅二极管，包括N型半导体衬底7、位于N型半导体衬底7底部的阴 极8、位于N型半导体衬底7上层的N型半导体漂移区6、位于N型半导体漂移区6上层的 栅氧化层2和位于栅氧化层2上层的阳极1；所述栅氧化层2为槽栅结构；其特征在于，在 沟槽两侧的栅氧化层2之间设置有第一N型半导体掺杂区5、第一P型半导体掺杂区3；所 述第一N型半导体掺杂区5位于沟槽的侧壁与栅氧化层2相连；所述第一P型半导体掺杂区 3位于沟槽两侧的第一N型半导体掺杂区5之间，其中第一P型半导体掺杂区3的顶部与阳 极1相连；其特征还在于，沟槽的下表面有P型埋层4。

进一步地，所述第一P型半导体掺杂区3为轻掺杂P型半导体区域。

进一步地，所述第一N型半导体掺杂区5为轻掺杂N型半导体区域。

进一步地，器件中的硅材料替换为碳化硅、砷化镓、磷化铟或锗硅半导体材料。