一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管制造技术

本发明专利技术涉及半导体技术，特别涉及一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管。该金属氧化物半导体二极管具有表面电子积累层结构和结型场效应管结构，可以获得较低的开启电压。二极管在正向导通后，由于与槽8相接触的N型半导体表面将形成体内电子积累层，同时采用了掺杂浓度较高的N型区3，使器件具有很低的正向压降。器件反向阻断时，N型区3与掺杂多晶硅13之间形成横向电场，耗尽线因此向N型区3体内扩展，使漂移区的电场分布呈矩形分布，提高器件的反向阻断电压。因此，本发明专利技术提出的新结构同时具有高耐压和低导通电压。

Metal oxide semiconductor diode with accumulation layer

The invention relates to a semiconductor technology, in particular to a metal oxide semiconductor diode with an accumulation layer. The metal oxide semiconductor diode has a surface electron accumulation layer structure and a junction field effect tube structure. When the diode is in the positive direction, the type semiconductor surface will be formed because of the contact with the slot 8 N semiconductor surface, and the N region with high doping concentration is used, so that the device has a very low forward voltage drop. Reverse blocking type N device, and 3 doped polysilicon transverse electric field formed between 13 lines, so depleted to N type 3 in the expansion, the electric field distribution of the drift region is rectangular, improve the device reverse blocking voltage. Therefore, the novel structure of the invention has the advantages of high voltage resistance and low turn-on voltage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术，特别在于一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管。
技术介绍
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PiN二极管、结势垒控制整流器JBS(JBS：JunctionBarrierSchottkyRectifier)、MOS控制二极管MCD(MCD：MOSControlledDiode)、槽栅MOS势垒肖特基二极管TMBS(TMBS：TrenchMOSBarrierShcottyDiode)等器件。专利“浅槽金属氧化物二极管(CN102064201A)”提出了一种新型的半导体二极管器件，结合了电子积累层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。然而，浅槽金属氧化物二极管和肖特基二极管一样是多子型器件，其反向耐压的提高与正向导通压降的降低存在矛盾，提高器件的反向耐压，就需要增加漂移区的厚度，减小漂移区的掺杂浓度，这些因素都会增加正向导通压降，这限制了该器件在中高压应用领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是为了解决中高压领域中浅槽金属氧化物二极管的正向导通压降较高的问题，使器件在保证较高的反向耐压的同时，实现低正向导通压降。本专利技术技术方案：一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管，包括从上至下依次层叠设置的阳极电极9、N-掺杂区4、N型区3、N型重掺杂单晶硅衬底2和阴极电极1；所述阳极电极9的两端垂直向下延伸入N-掺杂区4中，N-掺杂区4与阳极电极9向下延伸的部分之间具有N型重掺杂区5；两侧的N型重掺杂区5之间的N-掺杂区4上表面具有平面栅结构，所述平面栅结构位于阳极电极1中，所述平面栅结构包括栅氧化层10和位于氧化层10上表面的多晶硅栅电极11，氧化层10下表面与部分N型重掺杂区5上表面接触；所述阳极电极9向下延伸部分的下方具有相互并列设置的槽8和P型重掺杂区6，且P型重掺杂区6的部分上表面与N型重掺杂区5接触；所述槽8垂直延伸入N型区3中，所述槽8中填充有介质层12，所述介质层12中具有多晶硅13；所述P型重掺杂区6的下表面与N型区3上表面之间具有P型埋层7，且P型埋层7的侧面与槽8连接。所述P型埋层7的掺杂浓度大于N-掺杂区4的掺杂浓度两个数量级。所述N型区3的掺杂浓度大于N-掺杂区4的掺杂浓度一到两个数量级。所述栅氧化层10是薄栅氧化层，其厚度为5nm-100nm。所述槽内填充介质层12采用二氧化硅、氮化物、高K介质，其厚度为200nm-500nm。本专利技术的有益效果为：首先具有表面电子积累层结构和结型场效应结构，由于电子积累层的栅氧化层非常薄且N-掺杂区4的掺杂浓度较低，二极管可以获得较低的开启电压；二极管在正向导通后，由于与槽8相接触的N型半导体表面将形成体内电子积累层，同时采用了掺杂浓度较高的N型区3，使器件具有很低的正向压降。器件反向阻断时，N型区3与掺杂多晶硅13之间形成横向电场，耗尽线因此向N型区3体内扩展，使漂移区的电场分布呈矩形分布，提高器件的反向阻断电；因此，本专利技术提出的新结构同时具有高耐压和低导通电压。附图说明图1是实施例1所提供的一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管的剖面结构示意图；图2是实施例1所提供的一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管在外加零电压时耗尽线示意图；图3是实施例1所提供的一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管在外加电压到达开启电压时，耗尽线及电流路径示意图；图4是实施例1所提供的一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管在外加反向电压时耗尽线示意图与漂移区纵向电场分布示意图；图5是专利“浅槽金属氧化物二极管(CN102064201A)”外加反向电压时耗尽线示意图与漂移区纵向电场分布示意图；图6是实施例2所提供的一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管的剖面结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细的描述。本专利技术的二极管有阴极和阳极两个控制电极。实施例1如图1所示，本例的金属氧化物半导体二极管，包括从上至下依次层叠设置的阳极电极9、N-掺杂区4、N型区3、N型重掺杂单晶硅衬底2和阴极电极1；所述阳极电极9的两端垂直向下延伸入N-掺杂区4中，N-掺杂区4与阳极电极9向下延伸的部分之间具有N型重掺杂区5；两侧的N型重掺杂区5之间的N-掺杂区4上表面具有平面栅结构，所述平面栅结构位于阳极电极1中，所述平面栅结构包括栅氧化层10和位于氧化层10上表面的多晶硅栅电极11，氧化层10下表面与部分N型重掺杂区5上表面接触；所述阳极电极9向下延伸部分的下方具有相互并列设置的槽8和P型重掺杂区6，且P型重掺杂区6的部分上表面与N型重掺杂区5接触；所述槽8垂直延伸入N型区3中，所述槽8中填充有介质层12，所述介质层12中具有多晶硅13；所述P型重掺杂区6的下表面与N型区3上表面之间具有P型埋层7，且P型埋层7的侧面与槽8连接。所述P型埋层7的掺杂浓度大于N-掺杂区4的掺杂浓度两个数量级。所述N型区3的掺杂浓度大于N-掺杂区4的掺杂浓度一到两个数量级。所述栅氧化层10是薄栅氧化层，其厚度为5nm-100nm。所述槽内填充介质层12采用二氧化硅、氮化物、高K介质，其厚度为200nm-500nm。本例的工作原理为：(1)器件的正向导通：本专利技术所提供的具有体内积累层的金属氧化物半导体二极管，其正向导通时的电极连接方式为：阳极电极9高电位，阴极电极1接低电位。当阳极9相对于阴极1加零电压时，由于P型埋层7的掺杂浓度远高于N-掺杂区4的掺杂浓度，P型埋层7和N-掺杂区4之间所形成的PN结内建电势使得两个P型埋层7之间的电子通路由于两边的耗尽区相连而闭合，同时，位于栅氧化层10之下的N-掺杂区4表面、位于槽8两侧的N型区3与槽8的边界部分也会由于栅和半导体的功函数差以及氧化层正电荷的作用而被耗尽，图2中虚线为耗尽区边界。因此此时二极管内没有电流流过。当阳极9相对于阴极1加非常小的正电压时，P型埋层7与N-掺杂区4之间的耗尽区逐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管，包括从上至下依次层叠设置的阳极电极(9)、N‑掺杂区(4)、N型区(3)、N型重掺杂单晶硅衬底(2)和阴极电极(1)；所述阳极电极(9)的两端垂直向下延伸入N‑掺杂区(4)中，N‑掺杂区(4)与阳极电极(9)向下延伸的部分之间具有N型重掺杂区(5)；两侧的N型重掺杂区(5)之间的N‑掺杂区(4)上表面具有平面栅结构，所述平面栅结构位于阳极电极(1)中，所述平面栅结构包括栅氧化层(10)和位于氧化层(10)上表面的多晶硅栅电极(11)，氧化层(10)下表面与部分N型重掺杂区(5)上表面接触；所述阳极电极(9)向下延伸部分的下方具有相互并列设置的槽(8)和P型重掺杂区(6)，且P型重掺杂区(6)的部分上表面与N型重掺杂区(5)接触；所述槽(8)垂直延伸入N型区(3)中，所述槽(8)中填充有介质层(12)，所述介质层(12)中具有多晶硅(13)；所述P型重掺杂区(6)的下表面与N型区(3)上表面之间具有P型埋层(7)，且P型埋层(7)的侧面与槽(8)连接；所述P型埋层(7)的掺杂浓度大于N‑掺杂区(4)的掺杂浓度两个数量级。所述N型区(3)的掺杂浓度大于N‑掺杂区(4)的掺杂浓度一到两个数量级。...

【技术特征摘要】
1.一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管，包括从上至下依次层叠设置的阳极电极
(9)、N-掺杂区(4)、N型区(3)、N型重掺杂单晶硅衬底(2)和阴极电极(1)；所述阳极
电极(9)的两端垂直向下延伸入N-掺杂区(4)中，N-掺杂区(4)与阳极电极(9)向下延
伸的部分之间具有N型重掺杂区(5)；两侧的N型重掺杂区(5)之间的N-掺杂区(4)上表
面具有平面栅结构，所述平面栅结构位于阳极电极(1)中，所述平面栅结构包括栅氧化层(10)
和位于氧化层(10)上表面的多晶硅栅电极(11)，氧化层(10)下表面与部分N型重掺杂区
(5)上表面接触；所述阳极电极(9)向下延伸部分的下方具有相互并列设置的槽(8)和P
型重掺杂区(6)，且P型重掺杂区(6)的部分上表面与N型重掺杂区(5)接触；所述槽(8)
垂直延伸入N型区(3)中，所述槽(8)中填充有介质层(12)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任敏，李爽，陈哲，曹晓峰，李泽宏，张金平，高巍，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51