【】本發明涉及一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構。
背景技術
0、
背景技術：
1、在逆變器等需要反并聯二極管續流的場合，mosfet自身體二極管開啟電壓過大、雙極導電下反向恢復能耗偏大，并伴隨雙極退化效應，反向續流效果不佳。一種常見的低成本、緊湊化解決方案是在器件內部集成一個結勢壘肖特基(jbs)二極管結構作為反并聯二極管，在克服單純肖特基接觸漏電流偏大缺點的同時，與體二極管相比，其正向壓降和反向恢復都得到了很大改善。然而jbs的導電受到耐壓層摻雜濃度的限制，使其正向壓降不能進一步降低。申請號為cn202510065050.6的專利申請提供了mos結勢壘肖特基(mjbs)二極管結構，從單管的層面上很好地解決了這個問題。如圖1所示，該發明的mos結勢壘肖特基二極管結構通過在傳統jbs二極管相鄰2個p型區之間插入一個溝槽柵積累型mos結構，反偏時能夠更好地屏蔽肖特基接觸；正偏時積累型mos柵吸引電子，在柵極附近形成濃度大于摻雜濃度的電子積累層，減小了二極管導通路徑上的電阻。最終，相比于jbs二極管，mjbs二極管的反向漏電特性和正向壓降都得到了進一步改善。
技術實現思路
0、
技術實現要素：
1、為了解決上述含有內集成反并聯jbs二極管的功率mosfet存在的問題，本發明基于mjbs二極管單管的優點提出了一種含有內集成mjbs二極管的雙溝槽mosfet結構，通過以下技術方案實現：
2、本發明提供了一種含有內集成mjbs二極管的雙溝槽mosfet結構。其中，所述的mjbs二極管結構如圖1所示，包括陰極金屬1、陽極金屬5-1、n型漏區2、n型耐壓層3-1、陽極p型接觸區4-2、積累型mos柵槽堆疊結構9、肖特基接觸12等。本發明將該結構引入圖2所示的雙溝槽(柵槽和源槽)mosfet構成一個集成器件，其元胞結構如圖3和圖4所示。所述含有內集成mjbs二極管的功率mos晶體管結構從下至上由漏極金屬1、n型漏區2、耐壓層3，以及左側二極管區100和右側mos區200組成；所述的二極管區100包括位于左側二極管區陽極槽4-1槽底和側壁的二極管區p型接觸區4-2、置于與二極管區陽極槽4-1有水平間隔的左柵槽內的積累型mos多晶硅柵9-1和積累型mos柵介質層9-3，以及覆蓋整個二極管區100頂面的陽極金屬5-1，其中陽極金屬5-1與二極管區p型接觸區4-2、積累型mos多晶硅柵9-1之間構成歐姆接觸，與耐壓層3未被其他區域覆蓋的上表面構成肖特基接觸12；所述的mos區200包括位于右側mos區源槽4-3槽底和側壁的mos區p型接觸區4-4、置于與左柵槽緊鄰并與mos區源槽4-3有水平間隔的右柵槽內的mos區多晶硅柵8和mos區柵介質層11、介于右柵槽和mos區源槽4-3之間且深度小于前述左、右柵槽的p型體區6及其上方的n型源區7、覆蓋整個mos區200頂面與下方半導體材料構成歐姆接觸并與二極管區陽極金屬5-1相連的源極金屬5-2，以及將mos區多晶硅柵8與源極金屬5-2和二極管區積累型mos多晶硅柵9-1隔離開的隔離介質層10；所述的耐壓層3可以是單一的n型層3-1，也可以是由p柱3-2與n柱3-3在水平方向交替排列而構成的超結型耐壓層，其中p柱3-2位于二極管區陽極槽4-1和mos區源槽4-3的下方，n柱介于二極管區陽極槽4-1與mos區源槽4-3之間。如果耐壓層3是單一的n型層，則最終與其他結構一起構成含有mjbs的常規mos晶體管(圖3)；如果耐壓層3是p柱與n柱在水平方向交替排列的結構，則最終構成含有mjbs超結mos晶體管(圖4)。實質上，該結構是把雙槽mos結構的一個單元一分為二，一側(圖中為右側)仍保持為原有的雙槽mos晶體管結構，而將另一側(圖中為左側)改造為mjbs二極管結構，實現了二者的集成。
3、優選地，所述二極管區積累型mos柵介質層9-3厚度為20nm～50nm，所述mos區柵介質層11厚度為40nm～120nm。
4、優選地，所述隔離介質層10材料為sio2，厚度為40nm～600nm。
5、優選地，所述二極管區積累型mos多晶硅柵9-3和mos區多晶硅柵8為n型摻雜多晶硅，摻雜元素為磷，摻雜濃度為1×1019～5×1020cm-3。
6、優選地，所述二極管區陽極槽4-1與mos區源槽4-3深度相同，為2～6μm；二極管區左柵槽與mos區右柵槽深度相同，為0.8～4μm；前者比后者大1～2μm。
7、優選地，所述的單一n型耐壓層3-1的摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1013～5×1016cm-3，厚度為5～100μm。
8、優選地，所述的超結型耐壓層中的p柱3-2摻雜元素為鋁或硼，n柱3-3摻雜元素為氮或磷，二者的摻雜濃度為5×1013～5×1017cm-3。
9、優選地，所述n型漏區2的摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3。
10、優選地，所述mos區n型源區7的摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3，厚度為0.3～1.5μm。
11、優選地，所述mos區p型體區6的摻雜元素為鋁或硼，摻雜濃度為1×1017～8×1017cm-3，厚度為0.3～1.5μm。
12、優選地，所述二極管區p型接觸區4-2和mos區p型接觸區4-4摻雜元素為鋁或硼，摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3，厚度為0.1～1μm。
13、優選地，所述的二極管區100中的肖特基接觸12的寬度為0.1～2μm，肖特基接觸金屬功函數為4.1～5.7ev。
14、優選地，所述功率mos晶體管結構的體材料為sic。
15、相對于現有技術，本發明的結構具有如下優點：
16、本發明提出了一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，當mosfet工作在第三象限時，電流不再通過寄生體二極管，而是通過二極管區陽極槽的柵介質層(積累型mos柵)附近積累大量電子所提供的積累層路徑更容易地到達低結壓降的肖特基接觸陽極電極(與mos源電極相連)，因此，肖特基二極管會優先導電，且處于低通態功耗單極導電模式，避免進入寄生體二極管的雙極導電模式，從而改善了器件的反向恢復特性和開關功耗，最終大幅度降低了二極管的總功耗，同時避免了器件的雙極退化。當器件工作在第一象限時，因集成mjbs造成的溝道損失造成的mos通態電阻增大，但可以通過集成比例加以控制；更重要的是，在高壓范圍，并且在高耐壓范圍，溝道電阻在通態電阻中的比例顯著下降，因此溝道損失對總電阻的影響會大大減少。
1.一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述含有內集成二極管的功率mos晶體管結構從下至上由漏極金屬(1)、n型漏區(2)、耐壓層(3)，以及左側二極管區(100)和右側mos區(200)組成；所述的二極管區(100)包括位于左側二極管區陽極槽(4-1)槽底和側壁的二極管區p型接觸區(4-2)、置于與二極管區陽極槽(4-1)有水平間隔的左柵槽內的積累型mos多晶硅柵(9-1)和積累型mos柵介質層(9-3)，以及覆蓋整個二極管區(100)頂面的陽極金屬(5-1)，其中陽極金屬(5-1)與二極管區p型接觸區(4-2)、積累型mos多晶硅柵(9-1)之間構成歐姆接觸，與耐壓層(3)未被其他區域覆蓋的上表面構成肖特基接觸(12)；所述的mos區(200)包括位于右側mos區源槽(4-3)槽底和側壁的mos區p型接觸區(4-4)、置于與左柵槽緊鄰并與mos區源槽(4-3)有水平間隔的右柵槽內的mos區多晶硅柵(8)和mos區柵介質層(11)、介于右柵槽和mos區源槽(4-3)之間且深度小于前述左、右柵槽的p型體區(6)及其上方的n型源區(7)、覆蓋整個mos區(200)頂面與下方半導體材料構成歐姆接觸并與二極管區陽極金屬(5-1)相連的源極金屬(5-2)，以及將mos區多晶硅柵(8)與源極金屬(5-2)和二極管區積累型mos多晶硅柵(9-1)隔離開的隔離介質層(10)；所述的耐壓層(3)可以是單一的n型層(3-1)，也可以是由p柱(3-2)與n柱(3-3)在水平方向交替排列而構成的超結型耐壓層，其中p柱(3-2)位于二極管區陽極槽(4-1)和mos區源槽(4-3)的下方，n柱介于二極管區陽極槽(4-1)與mos區源槽(4-3)之間。
2.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述二極管區積累型mos柵介質層(9-3)厚度為20nm～50nm；所述mos區柵介質層(11)厚度為40nm～120nm。
3.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述的隔離介質層(10)材料為sio2，厚度為40nm～600nm。
4.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述二極管區積累型mos多晶硅柵(9-1)和mos區多晶硅柵(8)為n型多晶硅，摻雜元素為磷，摻雜濃度為1×1019～5×1020cm-3。
5.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述二極管區陽極槽(4-1)與mos區源槽(4-3)深度相同，為2～6μm；二極管區左柵槽與mos區右柵槽深度相同，為0.8～4μm；前者比后者大0.5～2μm。
6.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述的單一n型耐壓層(3-1)的摻雜元素為氮或磷；摻雜濃度為1×1013～5×1016cm-3，厚度為5～30μm。
7.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述的超結型耐壓層中的p柱(3-2)摻雜元素為鋁或硼；n柱(3-3)摻雜元素為氮或磷；二者的摻雜濃度為5×1013～5×1017cm-3；所述n型漏區(2)的摻雜元素為氮或磷；摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3。
8.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述mos區n型源區(7)的摻雜元素為氮或磷；摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3，厚度為0.3～1.5μm；所述mos區p型體區(6)的摻雜元素為鋁或硼；摻雜濃度為1×1017～8×1017cm-33；厚度為0.2～2μm。
9.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述二極管區p型接觸區(4-2)和mos區p型接觸區(4-4)摻雜元素為鋁或硼；摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3；厚度為0.3～1.5μm；所述的二極管區(100)中的肖特基接觸(12)的寬度為0.1～2μm；肖特基接觸金屬功函數為4.1～5.7ev。
10.按照權利要求1所述的一種含有內集成二極管的功率mos晶體管結構，其特征在于：所述功率mos晶體管結構的體材料為sic。