垂直金属氧化物半导体场效应二极管及制造方法技术

此半导体二极管是二极管构造的垂直金属氧化物半导体场效应器件，它用半导体底座（３０４）形成，并具有一个二极管端子（３２４）作为垂直金属氧化物半导体场效应器件的栅（３１８）与漏（３１２）之间的公共连接以及一个二极管端子（３３０）作为对垂直金属氧化物半导体场效应器件的源（３１４）的公共连接。还公开了垂直金属氧化物半导体场效应器件的制造方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的背景1.专利技术的领域本专利技术一般涉及到半导体器件及其制造。更确切地说，本专利技术涉及到半导体二极管及其制造方法。2.背景信息各种半导体器件在现有技术中是众所周知的。由于本专利技术涉及到半导体二极管及其制造方法，故本节的重点是半导体二极管。半导体二极管被广泛地用于各种目的的电子电路中。这种半导体二极管的主要目的是响应于正向偏压而提供沿正向的电流传导，并响应于反向偏压而阻挡沿反向的电流传导。这一整流功能被广泛地用于诸如各种电源之类的电路以及许多其它的电子电路中。在典型的半导体二极管中，直至正向偏压达到特定类型半导体器件的某个特征数值之前，沿正向的导电一直被局限于泄漏电流数值。举例来说，直至正向偏压至少约为0.7V，硅pn结二极管都不明显地导电。许多硅的肖特基二极管由于肖特基势垒的特性而能够在例如0.4V的低电压下开始导电。锗的pn结二极管在室温下具有大约0.3V的正向导电电压降。但不仅由于它与硅集成电路制造不兼容，而且还由于它即使作为分立器件也对温度很敏感以及其它的不希望有的特性，故锗的pn结二极管目前仅仅偶尔被使用。在某些应用中，二极管不是由于其整流特性而被使用，而经常是被正向偏置，以便提供其特有的正向导电电压降。例如，在集成电路中，二极管或二极管连接的晶体管被频繁地用来提供基本上等于电路中另一个晶体管的基极-发射极电压的正向导电电压降。虽然本专利技术的某些实施方案可以被用于这种普通电路中，但这种用途不是其主要目的。在利用半导体二极管的真正整流特性的电路中，二极管的正向导电电压降通常是一个重要缺点。举个具体的例子来说，在直流-直流降压转换器中，变压器通常被使用，其中，由适当控制器控制的半导体开关被用来周期性地将变压器的初级连接到直流电源和从直流电源断开。次级电压通过有整流特性的二极管或通过其它半导体开关被连接到转换器的输出。控制器按照保持所希望的输出电压的要求而改变初级到电源的连接的工作周期即频率。若半导体开关被用来将次级连接到输出，则此第二开关也被控制器控制。用半导体开关来将次级耦合到输出，具有正向导电电压降非常小的优点，虽然也有为保持从初级到次级的能量传送效率要求在转换器的整个工作温度范围内仔细控制的缺点。将半导体二极管用于这一目的，具有免去控制次级开关的优点，但也有将半导体二极管的正向导电压降施加到次级电路上的缺点。这具有二个非常重要的缺点。首先，半导体二极管的正向导电电压降能够明显地降低转换器的效率。例如，普遍用于计算机系统的较新的集成电路被设计成以例如3.3V、3V、以及2.7V的较低的电源电压工作。在3V电源的情况下，施加0.7V串联电压降意味着转换器实际上工作于3.7V负载，从而甚至在考虑其它损耗之前，转换器的效率就被限制到了81％。其次，上述的效率损失在二极管中代表功率损失，导致其发热。这限制了集成电路转换器的功率转换容量，并在许多应用中要求使用适当尺寸的分立二极管，增大了总的电路尺寸和成本。另一种普遍使用的交流-直流转换电路是全波桥式整流器，通常耦合到其初级由交流电源驱动的变压器的次级绕组。此处，二个二极管的电压降被施加在峰值直流输出上，使电路使用常规二极管效率特别低，并增大了电路的发热，根据要提供的直流功率而要求通过大的分立器件、散热结构等来耗散。因此，为了用作其中二极管随时会经受正向和反向偏压二者的电路中的整流元件，使半导体二极管具有低的正向导电电压降，可能是非常有利的。虽然这种二极管以分立的形式有许多用途，但还希望这种二极管可以与集成电路制造技术兼容，以便能够以集成电路的形式被实现为更大得多的集成电路的一部分。而且，反向电流泄漏总是不希望有的，且通常必需由额外的正向导电电流来弥补，从而降低了电路效率，但反向电流泄漏对某些电路能够具有其它的更重要的有害影响。因此，这种半导体二极管进一步具有低的反向偏置泄漏电流，也可能是可取的。在许多应用中，要求二极管跨越变压器之类的线圈放置。在这种时候，反向电压有可能被施加到二极管，使之反向击穿，特别是使其成为结的雪崩条件。在采用迅速改变的波形来驱动跨越二极管桥连接的变压器线圈的直流-直流转换器中，这是特别真实的。在这些应用中，“雪崩能量”容量的指标要求是通常包括在数据表中的参数。二极管的雪崩能量容量是设计这种电路的一个重要的因素。雪崩能量容量决定了设计者在将半导体二极管设计到电路中时具有多大的设计裕度。雪崩能量容量的数值越大，电路设计者具有的设计灵活性就越大。雪崩能量容量是二极管在不遭到破坏的情况下从线圈吸收能量的容量的一种度量，其中能量E＝(1/2)×I2×L。这些要求典型约为几十毫焦耳。二极管非破坏性地耗散这一能量的能力中的一个关键的因素是耗散能量的结面积的大小，亦即在雪崩过程中实际导电的结的面积的大小。半导体二极管的高的雪崩能量容量改善了其使用。同时，借助于减小其尺寸和改善其制造方法来降低半导体二极管的成本，是可取的。专利技术的概述本专利技术包括权利要求中所述的方法和设备。简要地说，公开了一些适合用于集成电路中以及分立器件的半导体二极管，它们具有低的正向导电电压降、低的反向泄漏电流、高的电压容量和雪崩能量容量。这些半导体二极管是二极管构造的垂直柱状金属氧化物半导体场效应器件，其一个二极管端子作为垂直柱状金属氧化物半导体场效应器件的栅与漏之间的公共连接，且一个二极管端子作为与垂直柱状金属氧化物半导体场效应器件的源的公共连接。公开了垂直柱状金属氧化物半导体场效应器件的制造方法。各种器件的终止方法能够被用来完成此二极管器件。描述了各种实施方案。 本
的普通技术人员在结合所附权利要求和附图评论本专利技术各个具体实施方案的下列描述时，本专利技术的其它情况和特点将变得明显。附图的简要说明从本专利技术的下列详细描述中，本专利技术的特点和优点将变得明显，其中附图说明图1是采用其中可以使用本专利技术的全波桥式整流器的熟知的交流-直流转换器的电路图。图2A-2B是作为根据本专利技术连接的二极管的n沟道和p沟道金属氧化物半导体场效应器件的示意图。图2C是图2A和2B的二极管连接的金属氧化物半导体场效应器件的等效电路的示意图。图3A-3N是剖面图，示出了用来制造本专利技术的二极管连接的垂直金属氧化物半导体场效应器件的示例工艺中的各个步骤。图4A-4N是剖面图，示出了用来制造本专利技术的二极管连接的垂直金属氧化物半导体场效应器件的另一示例工艺中的各个步骤。图5A-5C是本专利技术的垂直MOSFED二极管的示例变通结构的俯视图。图6示出了其上制作了多个垂直MOSFED二极管的晶片上的有源二极管区域。图7是一个有源二极管区域电学等效的示意图。在这些附图中，相似的参考号和标注表示提供相似功能的相似的元件。本专利技术的详细描述首先参照图1，可以看到采用其中可以使用本专利技术的全波桥式整流器的熟知的交流-直流转换器的电路图。在这种电路中，变压器110被用来提供初级与次级电路之间的直流隔离，并被用来频繁地对由二极管D1、D2、D3、D4组成的全波桥提供交流电压提升或下降。当次级引线112相对于次级引线114足够正时，二极管D2将通过电阻器116导电，从而对电容器118充电或进一步充电，并对负载119提供电流，此电流通过二极管D3返回到变压器的引线114。同样，在交流输入的另一个半周期中，当次级引线114的电压相对于次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作二极管的方法，它包含：ａ）提供第一导电类型的半导体本体，此半导体本体在其第一表面上具有第二导电类型层；ｂ）在第二导电类型层上形成多个柱状氧化物底座；ｃ）进行方向性腐蚀，以便在各个底座之间的第二导电类型层中形成 沟槽；ｄ）在各个底座之间的第二导电类型层中形成第一导电类型区，并在各个底座下方稍许延伸；ｅ）进行方向性腐蚀，以便形成延伸通过各个底座之间的第二导电类型层的较深的沟槽以及清除各个底座之间的第二导电类型层中的第一导电类型区而不清 除稍许延伸在各个底座下方的第二导电类型层部分；ｆ）淀积栅氧化物；　ｇ）淀积重掺杂的多晶半导体层；ｈ）对多晶半导体层进行方向性腐蚀，以便从各个底座之间的栅氧化物上清除多晶半导体；ｉ）进行注入，以便将各个底座之间 的区域从第一导电类型转变到第二导电类型；ｊ）进行方向性腐蚀，以便将各个底座侧壁上的栅氧化物上的多晶半导体层的高度进一步降低到上述ｄ）的剩余层的水平；ｋ）清除暴露的栅氧化物；ｌ）淀积导电层作为对二极管的第一电接触；以及 ｍ）提供对半导体本体的电接触作为对二极管的第二电接触。...

【技术特征摘要】
US 2001-5-23 09/864,4361.一种制作二极管的方法，它包含a)提供第一导电类型的半导体本体，此半导体本体在其第一表面上具有第二导电类型层；b)在第二导电类型层上形成多个柱状氧化物底座；c)进行方向性腐蚀，以便在各个底座之间的第二导电类型层中形成沟槽；d)在各个底座之间的第二导电类型层中形成第一导电类型区，并在各个底座下方稍许延伸；e)进行方向性腐蚀，以便形成延伸通过各个底座之间的第二导电类型层的较深的沟槽以及清除各个底座之间的第二导电类型层中的第一导电类型区而不清除稍许延伸在各个底座下方的第二导电类型层部分；f)淀积栅氧化物；g)淀积重掺杂的多晶半导体层；h)对多晶半导体层进行方向性腐蚀，以便从各个底座之间的栅氧化物上清除多晶半导体；i)进行注入，以便将各个底座之间的区域从第一导电类型转变到第二导电类型；j)进行方向性腐蚀，以便将各个底座侧壁上的栅氧化物上的多晶半导体层的高度进一步降低到上述d)的剩余层的水平；k)清除暴露的栅氧化物；l)淀积导电层作为对二极管的第一电接触；以及m)提供对半导体本体的电接触作为对二极管的第二电接触。2.权利要求1的方法，其中，半导体本体是半导体衬底，且借助于在衬底的第二表面上提供金属化层，来提供第二电接触。3.权利要求1的方法，其中，半导体本体是第二导电类型的半导体衬底中的阱，且借助于提供对阱的电接触，来提供第二电接触。4.权利要求1的方法，其中，半导体是硅半导体。5.权利要求4的方法，其中，半导体本体是N型导电的硅半导体本体。6.一种制作二极管的方法，它包含a)在第一导电类型的半导体本体的第一表面上形成多个柱状半导体底座，这些底座具有从半导体本体延伸的第一导电类型的下部区、在底座的上部区与下部区之间形成pn结的第二导电类型的上部区、以及在邻近pn结的上部区中并延伸在邻近pn结的上部区周围的第一导电类型区；b)形成栅氧化物和导电栅，此导电栅从下部区延伸到在上部区中并延伸在上部区周围的第一导电类型区；c)提供导电层，此导电层接触到导电栅和在上部区中并延伸在上部区周围的第一导电类型区；以及d)提供对半导体本体的导电接触。7.权利要求6的方法，其中，半导体本体是半导体衬底，且借助于在衬底的第二表面上提供金属化层，来提供对半导体本体的导电接触。8.权利要求6的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA梅茨勒，
申请(专利权)人：弗拉姆技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]