CN207517703U - 一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于：包括下电极层、重掺杂第一导电类型衬底层、轻掺杂第一导电类型外延层、第二导电类型体区、肖特基接触区、栅介质层、栅电极层、掩蔽介质层、欧姆接触区和上电极层。该欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器具有制造工艺简单、优化电性特征和耐受过流能力的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率半导体电力电子器件技术领域，具体是一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器。
背景技术
功率半导体整流器，广泛应用于功率转换器和电源中。常规超级势垒整流器，在阳极和阴极之间整合并联的整流二极管和MOS晶体管来形成具有较低导通压降、合理漏电水平、较稳定高温性能的整流器件，其在100V以下的应用中具有明显的竞争优势。
现有技术中典型的超级势垒整流器有多种结构和相应的制造方法，但其器件结构和制造工艺相对较复杂。
现有技术中提出的肖特基接触超级势垒整流器，其制造方法简单，并且可以通过肖特基接触和超级势垒两种方式调节正向电流导通能力和反向漏电水平之间的优化关系。
但常规肖特基接触超级势垒整流器在大电流密度时仍然工作于单项导电模式，这样，大电流条件将导致非常大的正向压降，因此常规肖特基接触超级势垒整流器的过流能力较弱。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器。
为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于，包括下电极层、重掺杂第一导电类型衬底层、轻掺杂第一导电类型外延层、第二导电类型体区、肖特基接触区、栅介质层、栅电极层、掩蔽介质层、欧姆接触区和上电极层。
所述重掺杂第一导电类型衬底层覆盖于下电极层之上。
所述轻掺杂第一导电类型外延层覆盖于重掺杂第一导电类型衬底层之上。
所述第二导电类型体区覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层之上的部分表面。
所述欧姆接触区覆盖于第二导电类型体区之上的部分表面。
所述肖特基接触区覆盖于第二导电类型体区之上的部分表面。
所述栅介质层覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层之上的部分表面和第二导电类型体区之上的部分表面。所述栅介质层还覆盖于肖特基接触区之上。
所述栅电极层覆盖于栅介质层之上。
所述掩蔽介质层覆盖于栅电极层之上。
所述上电极层覆盖于掩蔽介质层和欧姆接触区之上，所述上电极层与肖特基接触区相连接。
进一步，还包括第二导电类型保护环及结终端区，所述第二导电类型保护环及结终端区为闭合状的环形结构。所述环形结构包围的中间区域为有源区。
进一步，所述第二导电类型体区由一个或多个重复的结构单元构成。所述第二导电类型体区位于有源区内部，位于有源区边缘的结构单元与所述第二导电类型保护环及结终端区可以接触，也可以不接触。
进一步，所述栅介质层和掩蔽介质层的材料包括二氧化硅材料和氮氧化硅。所述栅电极层的材料包括掺杂多晶硅。
进一步，所述轻掺杂第一导电类型外延层能够包含增强层结构。
本实用新型的技术效果是毋庸置疑的，本实用新型具有以下优点：
1)本实用新型在保持肖特基接触的结构中，增加欧姆接触设计，使得新结构器件具备了Schottky和P-i-N结构的融合特性。
2)本实用新型在较低电压下，肖特基接触和超级势垒对正向导通特性起主要作用，在较大电流时，欧姆接触区所导致的电导调制效应对正向导通特性起主要作用，极大的减小了正向导通电压，新结构器件的耐受过流能力得到显著提高。
3)本实用新型还具有制造工艺简单和方便应用的优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例的新器件1剖面结构示意图；
图2为本实用新型实施例的新器件2剖面结构示意图。
图中：下电极层10、重掺杂第一导电类型衬底层20、轻掺杂第一导电类型外延层30、第二导电类型体区31、第一导电类型增强层32、肖特基接触区40、栅介质层41、栅电极层42、掩蔽介质层43、欧姆接触区44和上电极层50。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。
实施例1：
如图1所示，一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于，包括下电极层10、重掺杂第一导电类型衬底层20、轻掺杂第一导电类型外延层30、第二导电类型体区31、肖特基接触区40、栅介质层41、栅电极层42、掩蔽介质层43、欧姆接触区44和上电极层50。
所述重掺杂第一导电类型衬底层20覆盖于下电极层10之上。
所述轻掺杂第一导电类型外延层30覆盖于重掺杂第一导电类型衬底层20之上。
所述第二导电类型体区31覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层30之上的部分表面。
所述欧姆接触区44覆盖于第二导电类型体区31之上的部分表面。
所述肖特基接触区40覆盖于第二导电类型体区31之上的部分表面。
所述栅介质层41覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层30之上的部分表面和第二导电类型体区31之上的部分表面。所述栅介质层41还覆盖于肖特基接触区40之上。
所述栅电极层42覆盖于栅介质层41之上。
所述掩蔽介质层43覆盖于栅电极层42之上。
所述上电极层50覆盖于掩蔽介质层43和欧姆接触区44之上，所述上电极层50与肖特基接触区40相连接。
一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器还包括第二导电类型保护环及结终端区，所述第二导电类型保护环及结终端区为闭合状的环形结构。所述环形结构包围的中间区域为有源区。
所述第二导电类型体区31由一个或多个重复的结构单元构成。所述第二导电类型体区31位于有源区内部，位于有源区边缘的结构单元与所述第二导电类型保护环及结终端区可以接触，也可以不接触。
所述栅介质层41和掩蔽介质层43的材料包括二氧化硅材料和氮氧化硅。所述栅电极层42的材料包括掺杂多晶硅。
实施例2：
如图2所示，一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于：包括下电极层10、重掺杂第一导电类型衬底层20、轻掺杂第一导电类型外延层30、第二导电类型体区31、第一导电类型增强层32、肖特基接触区40、栅介质层41、栅电极层42、掩蔽介质层43、欧姆接触区44和上电极层50。
所述重掺杂第一导电类型衬底层20覆盖于下电极层10之上；
所述轻掺杂第一导电类型外延层30覆盖于重掺杂第一导电类型衬底层20之上；
所述第二导电类型体区31覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层30之上的部分表面；
所述第一导电类型增强层32浮空在轻掺杂第一导电类型外延层30内部，并分布在第二导电类型体区31的重复单元之间。
所述肖特基接触区40覆盖于第二导电类型体区31之上的部分表面；
所述栅介质层41覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层30之上的部分表面和第二导电类型体区31之上的部分表面；所述栅介质层41还覆盖于肖特基接触区40之上；
所述栅电极层42覆盖于栅介质层41之上；
所述掩蔽介质层43覆盖于栅电极层42之上；
所述欧姆接触区44覆盖于第二导电类型体区31之上的部分表面；
所述上电极层50覆盖于掩蔽介质层43和欧姆接触区44之上；所述上电极层50与肖特基接触区40相连接。
所述一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，还包括第二导电类型保护环及结终端区，所述第二导电类型保护环及结终端区为闭合状的环形结构；环形包围的中间区域为有源区。
所述一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，第二导电类型体区31由一个或者多个重复的结构单元构成；所述第二导电类型体区31位于有源区内部，位于有源区边缘的结构单元与所述第二导电类型保护环及结终端区可以接触，也可以不接触。
所述一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，栅介质层41和掩蔽介质层43的材料主要包括二氧化硅材料和氮氧化硅；所述栅电极层42的材料主要包括掺杂多晶硅。
实施例3：
选择第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
如图1所示，一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于：包括下电极层10、N+型衬底层20、N型外延层30、P型体区31、肖特基接触区40、栅介质层41、栅电极层42、掩蔽介质层43、欧姆接触区44和上电极层50。
所述耦合欧姆接触和肖特基接触的超级势垒整流器，还包括P型保护环及结终端区，所述P型保护环及结终端区为闭合状的环形结构；环形包围的中间区域为有源区。
所述N+型衬底层20覆盖在下电极层10之上。
所述N型外延层30覆盖在N+型衬底层20之上。所述N+型衬底层20为掺杂浓度19次方以上的砷衬底。所述N型外延层30为杂质浓度15到16次方的磷外延层,一个典型的N型外延层30条件可以选择4.5微米的厚度、15次方的磷杂质浓度，由此制作出的器件可以达到40伏以上的击穿要求。
所述P型体区31由一个或者多个重复的结构单元构成，并且所有重复单元均位于有源区内，位于有源区边缘的结构单元与所述第二导电类型保护环及结终端区可以接触，也可以不接触。所述P型体区31采用剂量为13次方、能量80KeV的硼注入后快速退火的方式形成。
所述栅介质层41覆盖于N型外延层30之上的部分表面和P型体区31之上的部分表面；栅介质材料选择二氧化硅。
所述栅电极层42为掺杂多晶层，覆盖在栅介质层41之上。
所述掩蔽介质层43选择二氧化硅，覆盖于栅电极层42之上；
所述肖特基接触区40覆盖于P型体区31之上的部分表面；肖特基接触区40选择钛硅合金材料或者铂硅合金材料。所述栅介质层41还覆盖于肖特基接触区40之上的部分表面，也就是说肖特基接触区40延伸到栅介质层41之下的部分区域。
所述欧姆接触区44覆盖于第二导电类型体区31之上的部分表面；欧姆接触区44选择为P+区；
所述上电极层50覆盖于掩蔽介质层43和欧姆接触区44，并与肖特基接触区40相连。
所述欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，击穿电压可以达到50伏的要求。在保持肖特基接触的结构中增加欧姆接触设计，使得新结构器件具备了Schottky和P-i-N结构的融合特性。在较低电压下，肖特基接触和超级势垒对正向导通特性起主要作用，在较大电流时，欧姆接触区所导致的电导调制效应对正向导通特性起主要作用，极大的减小了正向导通电压，新结构器件的耐受过流能力得到显著提高。该欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器还具有制造工艺简单和方便应用的优点。
实施例4：
选择第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
如图2所示，一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于：包括下电极层10、N+型衬底层20、N型外延层30、P型体区31、N型增强层32、肖特基接触区40、栅介质层41、栅电极层42、掩蔽介质层43、欧姆接触区44和上电极层50。
所述耦合欧姆接触和肖特基接触的超级势垒整流器，还包括P型保护环及结终端区，所述P型保护环及结终端区为闭合状的环形结构；环形包围的中间区域为有源区。
所述N+型衬底层20覆盖在下电极层10之上。
所述N型外延层30覆盖在N+型衬底层20之上。所述N+型衬底层20为掺杂浓度19次方以上的砷衬底。所述N型外延层30为杂质浓度15到16次方的磷外延层,一个典型的N型外延层30条件可以选择4.5微米的厚度、15次方的磷杂质浓度，由此制作出的器件可以达到40伏以上的击穿要求。
所述P型体区31由一个或者多个重复的结构单元构成，并且所有重复单元均位于有源区内，位于有源区边缘的结构单元与所述第二导电类型保护环及结终端区可以接触，也可以不接触。所述P型体区31采用剂量为13次方、能量80KeV的硼注入后快速退火的方式形成。
所述N型增强层32浮空在轻掺杂第一导电类型外延层30内部，并分布在第二导电类型体区31的重复单元之间。选择的工艺条件为剂量为12次方、能量100KeV的砷注入后快速退火。
所述栅介质层41覆盖于N型外延层30之上的部分表面和P型体区31之上的部分表面；栅介质材料选择二氧化硅。
所述栅电极层42为掺杂多晶层，覆盖在栅介质层41之上。
所述掩蔽介质层43选择二氧化硅，覆盖于栅电极层42之上；
所述肖特基接触区40覆盖于P型体区31之上的部分表面；肖特基接触区40选择钛硅合金材料或者铂硅合金材料。所述栅介质层41还覆盖于肖特基接触区40之上的部分表面，也就是说肖特基接触区40延伸到栅介质层41之下的部分区域。
所述欧姆接触区44覆盖于第二导电类型体区31之上的部分表面；欧姆接触区44选择为P+区；
所述上电极层50覆盖于掩蔽介质层43和欧姆接触区44，并与肖特基接触区40相连。
所述欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，击穿电压可以达到50伏的要求。在保持肖特基接触的结构中增加欧姆接触设计，使得新结构器件具备了Schottky和P-i-N结构的融合特性。在较低电压下，肖特基接触和超级势垒对正向导通特性起主要作用，在较大电流时，欧姆接触区所导致的电导调制效应对正向导通特性起主要作用，极大的减小了正向导通电压，新结构器件的耐受过流能力得到显著提高。该欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器还具有制造工艺简单和方便应用的优点。
Claims (5)
1.一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于，包括下电极层(10)、重掺杂第一导电类型衬底层(20)、轻掺杂第一导电类型外延层(30)、第二导电类型体区(31)、肖特基接触区(40)、栅介质层(41)、栅电极层(42)、掩蔽介质层(43)、欧姆接触区(44)和上电极层(50)；
所述重掺杂第一导电类型衬底层(20)覆盖于下电极层(10)之上；
所述轻掺杂第一导电类型外延层(30)覆盖于重掺杂第一导电类型衬底层(20)之上；
所述第二导电类型体区(31)覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层(30)之上的部分表面；
所述欧姆接触区(44)覆盖于第二导电类型体区(31)之上的部分表面；
所述肖特基接触区(40)覆盖于第二导电类型体区(31)之上的部分表面；
所述栅介质层(41)覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层(30)之上的部分表面和第二导电类型体区(31)之上的部分表面；所述栅介质层(41)还覆盖于肖特基接触区(40)之上；
所述栅电极层(42)覆盖于栅介质层(41)之上；
所述掩蔽介质层(43)覆盖于栅电极层(42)之上；
所述上电极层(50)覆盖于掩蔽介质层(43)和欧姆接触区(44)之上，所述上电极层(50)与肖特基接触区(40)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于：还包括第二导电类型保护环及结终端区，所述第二导电类型保护环及结终端区为闭合状的环形结构；所述环形结构包围的中间区域为有源区。
3.根据权利要求2所述的一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于：所述第二导电类型体区(31)由一个或多个重复的结构单元构成；所述第二导电类型体区(31)位于有源区内部，位于有源区边缘的结构单元与所述第二导电类型保护环及结终端区可以接触，也可以不接触。
4.根据权利要求1所述的一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于：所述栅介质层(41)的材料包括二氧化硅材料和氮氧化硅；所述掩蔽介质层(43)的材料包括二氧化硅材料和氮氧化硅；所述栅电极层(42)的材料包括掺杂多晶硅。
5.根据权利要求1所述的一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器，其特征在于：所述轻掺杂第一导电类型外延层(30)能够包含增强层结构。
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Cited By (1)
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| CN107946352A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-04-20 | 重庆中科渝芯电子有限公司 | 一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器及其制作方法 |
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2017
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Cited By (2)
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| CN107946352A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-04-20 | 重庆中科渝芯电子有限公司 | 一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器及其制作方法 |
| CN107946352B (zh) * | 2017-09-20 | 2023-10-24 | 重庆中科渝芯电子有限公司 | 一种欧姆接触和肖特基接触超级势垒整流器及其制作方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180619 Effective date of abandoning: 20231024 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180619 Effective date of abandoning: 20231024 |