專利名稱：一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管及mos二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種利用金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管原理的半導(dǎo)體管，尤其涉及一
種二極管元胞以及由多個(gè)二極管元胞集成的二極管芯片。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)元器件要求越來(lái)越高，普通的PN結(jié) 二極管由于其正向電壓高，頻率低，自身?yè)p耗大，正溫度系數(shù)，越來(lái)越不能滿足電子產(chǎn)品發(fā) 展的要求，而被隨之發(fā)展起來(lái)的新型的肖特基二極管，因其具有比PN結(jié)二極管高的頻率特 性，低的正向電壓，自身?yè)p耗低而取代普通的PN結(jié)二極管。但由于新型肖特基二極管存在 反向漏電流大，抗靜電能力差，正溫度系數(shù)，可靠性差也越來(lái)越不能滿足電子產(chǎn)品發(fā)展的要 求，因此開(kāi)發(fā)新型的高頻率特性，正向電壓更低，反向漏電流小，自身?yè)p耗小，負(fù)溫度系數(shù)， 可靠性高的新型二極管顯得尤其重要。比肖特基二極管更低的正向電壓，反向漏電流小，頻 率高，負(fù)溫度系數(shù)，可靠性高的特性器件，應(yīng)首選MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(三極管)。本發(fā)明構(gòu)思 就是在此基礎(chǔ)上，將MOS三極管的性能轉(zhuǎn)嫁到二極管上，使二極管具有正向電壓低，反向漏 電流小，頻率高，負(fù)溫度系數(shù)，可靠性高的性能的新型二極管器件。本新設(shè)計(jì)的二極管器件， 可廣泛應(yīng)用于汽車電子，太陽(yáng)能光伏、開(kāi)關(guān)電源、綠色照明、半導(dǎo)體燈、電動(dòng)工具及家用電器 等產(chǎn)品中，對(duì)電子產(chǎn)品的發(fā)展有著重要意義，為電子產(chǎn)品的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以多子為載流子的多子器件，使之具有功率V匿0S晶體 管性能特點(diǎn)，具有正向?qū)妷旱?，自身功率損耗小，開(kāi)關(guān)速度快，反向漏電流小，負(fù)溫度系 數(shù)，高溫性能好，抗靜電能力強(qiáng)，可靠性高等特點(diǎn)的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管。本發(fā)明還提 供了集成了前述二極管的MOS 二極管。 本發(fā)明中金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管的技術(shù)方案是以硅片為基材，它包括柵、源、 漏、源N+區(qū)、漏N+區(qū)、P十區(qū)、P阱區(qū)、正極片和負(fù)極片； 源N+區(qū)的頂面為源極，漏N+區(qū)的底面為漏極，柵的頂面為柵極；
所述硅片設(shè)有上、下兩層，上層為高阻區(qū)，下層為漏N+區(qū)；
所述源N+區(qū)、P+區(qū)和P阱區(qū)均設(shè)于所述高阻區(qū)的上部；
所述正極片設(shè)于硅片頂面，負(fù)極片設(shè)于漏N+區(qū)的底面；
所述柵極和源極相互短接； 所述源N+區(qū)同柵沖+區(qū)、P阱區(qū)及正極片相連；
P+區(qū)還同P阱區(qū)及正極片相連；
P阱區(qū)還同柵及所述高阻區(qū)相連。 所述柵包括柵氧層和多晶硅層，所述柵氧層與源N+區(qū)、P阱區(qū)及所述高阻區(qū)相連； 所述柵氧層和多晶硅層還分別與正極片相連；多晶硅層的頂面為柵極。 本發(fā)明中通過(guò)M0S工藝集成的M0S 二極管的技術(shù)方案是它包含至少二個(gè)所述一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管，相互并聯(lián)集成于所述硅片上。 所述一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管中的柵呈條狀，至少二個(gè)呈條狀的柵相互間隔 排列呈正方形形成一個(gè)元胞集合。 所述元胞集合至少有兩個(gè)，相互間呈90。布設(shè)。 所述正極片為鋁金屬層，或鈦、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸硅片頂面的一 層，或鉻、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸硅片頂面的一層，或鈦、鎳、鎢和銀四層金屬 層，其中鈦層為接觸硅片頂面的一層；負(fù)極片為鈦、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸漏 N+區(qū)的底面的一層，或鉻、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸漏N+區(qū)的底面的一層，或 鈦、鎳、鎢和銀四層金屬層，其中鈦層為接觸漏N+區(qū)的底面的一層。 本發(fā)明中的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管是采用功率VDMOS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造，根據(jù)MOS 器件溝道效應(yīng)和反型原理，在設(shè)計(jì)中將柵、源短接新型結(jié)構(gòu)，通過(guò)元胞集成設(shè)計(jì)方法，通過(guò) 工藝參數(shù)調(diào)整而制造成新型二極管。在柵源加正電壓時(shí)，在柵對(duì)應(yīng)的一側(cè)將形成一等量的 的負(fù)電荷分布，其分布區(qū)也包含電子少的P型層，P型區(qū)出現(xiàn)耗盡，隨著柵電壓的升高呈現(xiàn) 負(fù)電荷而反型，這一情況下源、漏加正電壓，則電子從源(S)N+區(qū)通過(guò)反型層流向向漏(D) N+區(qū)，反之當(dāng)漏、源加正電壓時(shí)，P+區(qū)在電場(chǎng)下展寬，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而不斷展寬，直 至形成雪崩擊穿。 本發(fā)明還采用了 MOS工藝結(jié)構(gòu)將前述二極管集成制造為MOS 二極管，使得本發(fā)明 的MOS 二極管在能保證上述效果的前提下，具有更大的功率，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。


圖1是本發(fā)明中金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 圖中1是柵，2是正極片，3是源N+區(qū)，4是漏N+區(qū)，5是溝道，6是負(fù)極片，7是多 晶硅(poly)層，8是柵氧(Si02)層，9是P+區(qū)，10是P阱區(qū)；
圖2是本發(fā)明中金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管的立體示意圖
圖3是本發(fā)明中MOS 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中l(wèi)l是元胞， 圖4是本發(fā)明中MOS 二極管應(yīng)用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖中12是元胞集合。 圖5是圖4中M處局部放大圖 圖6是本發(fā)明中場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體管的原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管如圖1、2、3所示，以硅片為基材，它包括柵1、
源、漏、源N+區(qū)3、漏N+區(qū)4、 P+區(qū)9、 P阱區(qū)10、正極片2和負(fù)極片6 ; 源N+區(qū)3的頂面為源極(S)，漏N+區(qū)4的底面為漏極(D)，柵1的頂面為柵極(G); 所述硅片設(shè)有上、下兩層，上層為高阻區(qū)，下層為漏N+區(qū)4; 所述源N+區(qū)3、 P+區(qū)9和P阱區(qū)10均設(shè)于所述高阻區(qū)的上部； 所述正極片2設(shè)于硅片頂面，負(fù)極片6設(shè)于漏N+區(qū)4的底面； 所述的柵極(G)和源極(S)相互短接；
所述源N+區(qū)3同柵1、 P+區(qū)9、 P阱區(qū)10及正極片2相連；
P+區(qū)9還同P阱區(qū)10及正極片2相連；
P阱區(qū)10還同柵1及所述高阻區(qū)相連。 所述柵1包括柵氧(Si02)層8和多晶硅(poly)層7，所述柵氧層8與源N+區(qū)3、 P阱區(qū)10及所述高阻區(qū)相連；所述柵氧層8和多晶硅層7還分別與正極片2相連；多晶硅 層7的頂面為柵極(G)。 本發(fā)明中通過(guò)MOS工藝集成的MOS 二極管如圖4、5、6所示它包含至少二個(gè)所述
一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管(相當(dāng)于元胞ll)，相互并聯(lián)集成于所述硅片上。 所述一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管中的柵1呈條狀，至少二個(gè)呈條狀的柵1相互
間隔排列呈正方形形成一個(gè)元胞集合12。 所述元胞集合12至少有兩個(gè)，相互間呈90。布設(shè)。 所述正極片2為鋁金屬層，或鈦、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸硅片頂面的 一層，或鉻、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸硅片頂面的一層，或鈦、鎳、鎢和銀四層金 屬層，其中鈦層為接觸硅片頂面的一層；負(fù)極片6為鈦、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接 觸漏N+區(qū)的底面的一層，或鉻、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸漏N+區(qū)的底面的一層， 或鈦、鎳、鎢和銀四層金屬層，其中鈦層為接觸漏N+區(qū)的底面的一層。 本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明M0S結(jié)構(gòu)的集成二極管工作時(shí)，柵、源加正電壓，漏 加負(fù)電壓時(shí)，電子從源(S)N+通過(guò)反型溝道5流向漏(D)N+，正向?qū)ǎ碞+多子為電子，漏 N+多子為電子，所以源漏導(dǎo)通是電子到電子為多子導(dǎo)電器件，因無(wú)PN結(jié)的電荷存貯效應(yīng)， 因而具有速度快，頻率高的特性；因?qū)щ娛窃碞+到漏N+導(dǎo)通電阻小，無(wú)PN結(jié)P+電阻，所以 導(dǎo)通電壓低，且導(dǎo)通電阻可調(diào)。當(dāng)漏接正，源接負(fù)時(shí)，外加電場(chǎng)使？+展寬，內(nèi)部溝道夾斷，？+ 展寬隨外加電場(chǎng)升高而升高，直至PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，因此比肖特二極管具有更小的反向 漏電流和硬擊穿特性。
權(quán)利要求
一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管，以硅片為基材，其特征在于，它包括柵、源、漏、源N+區(qū)、漏N+區(qū)、P+區(qū)、P阱區(qū)、正極片和負(fù)極片；源N+區(qū)的頂面為源極，漏N+區(qū)的底面為漏極，柵的頂面為柵極；所述硅片設(shè)有上、下兩層，上層為高阻區(qū)，下層為漏N+區(qū)；所述源N+區(qū)、P+區(qū)和P阱區(qū)均設(shè)于所述高阻區(qū)的上部；所述正極片設(shè)于硅片頂面，負(fù)極片設(shè)于漏N+區(qū)的底面；所述柵極和源極相互短接；所述源N+區(qū)同柵、P+區(qū)、P阱區(qū)及正極片相連；P+區(qū)還同P阱區(qū)及正極片相連；P阱區(qū)還同柵及所述高阻區(qū)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述柵包括柵 氧層和多晶硅層，所述柵氧層與源N+區(qū)、P阱區(qū)及所述高阻區(qū)相連；所述柵氧層和多晶硅層 還分別與正極片相連；多晶硅層的頂面為柵極。
3. —種包含權(quán)利要求1所述一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管的M0S二極管，其特征在于， 它包含至少二個(gè)所述一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管，相互并聯(lián)集成于所述硅片上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的M0S二極管，其特征在于，所述一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管 中的柵呈條狀，至少二個(gè)呈條狀的柵相互間隔排列呈正方形形成一個(gè)元胞集合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的M0S 二極管，其特征在于，所述元胞集合至少有兩個(gè)，相互間 呈90°布設(shè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的M0S 二極管，其特征在于，所述正極片為鋁金屬層，或 鈦、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸硅片頂面的一層，或鉻、鎳和銀三層金屬層，其中鈦 層為接觸硅片頂面的一層，或鈦、鎳、鎢和銀四層金屬層，其中鈦層為接觸硅片頂面的一層； 負(fù)極片為鈦、鎳和銀三層金屬層，其中鈦層為接觸漏N+區(qū)的底面的一層，或鉻、鎳和銀三層 金屬層，其中鈦層為接觸漏N+區(qū)的底面的一層，或鈦、鎳、鎢和銀四層金屬層，其中鈦層為 接觸漏N+區(qū)的底面的一層。
全文摘要
金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管及MOS二極管。涉及一種二極管元胞及由多個(gè)元胞集成的二極管芯片。以硅片為基材，包括柵、源、漏、源N+區(qū)、漏N+區(qū)、P+區(qū)、P阱區(qū)、正極片和負(fù)極片；源N+區(qū)的頂面為源極，漏N+區(qū)的底面為漏極，柵的頂面為柵極；硅片設(shè)有上、下兩層，上層為高阻區(qū)，下層為漏N+區(qū)；源N+區(qū)、P+區(qū)和P阱區(qū)均設(shè)于高阻區(qū)的上部；正極片設(shè)于硅片頂面，負(fù)極片設(shè)于漏N+區(qū)的底面；柵極和源極相互短接；源N+區(qū)同柵、P+區(qū)、P阱區(qū)及正極片相連；P+區(qū)還同P阱區(qū)及正極片相連；P阱區(qū)還同柵及高阻區(qū)相連。本發(fā)明中通過(guò)MOS工藝集成的MOS二極管它包含至少二個(gè)所述一種金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)二極管，相互并聯(lián)集成于所述硅片上。本發(fā)明的產(chǎn)品速度快，頻率高。
文檔編號(hào)H01L29/66GK101764162SQ20101001837
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者施立秋, 沈克強(qiáng), 王毅, 蔣李望 申請(qǐng)人:揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技有限公司