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      單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu)的制作方法

      文檔序號:9812477閱讀:443來源:國知局
      單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種半導體結(jié)構(gòu),且特別是有關(guān)于一種單片式混合整流(mergedPIN Schottky ;MPS) 二極管結(jié)構(gòu)。
      【背景技術(shù)】
      [0002]功率二極管為電路系統(tǒng)的關(guān)鍵零組件之一,其廣泛地應(yīng)用于高頻逆變器、數(shù)碼產(chǎn)品、發(fā)電機、電視機等商用產(chǎn)品與軍事設(shè)備中。
      [0003]最常用的二種功率二極管為PIN 二極管與肖特基二極管。PIN 二極管具有高擊穿電壓以及低反向電流,但其開關(guān)速度慢。肖特基二極管的開關(guān)速度快且具有低導通壓降以及高正向?qū)娏?,但其漏電特性差。因此,如何將PIN 二極管與肖特基二極管有效整合,達到最佳的開關(guān)特性,實為目前的重要趨勢。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004]有鑒于此,本發(fā)明提供了一種單片式混合整流(MPS) 二極管結(jié)構(gòu),可以縮小元件尺寸、提升元件效能。
      [0005]本發(fā)明提供一種單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu),包括芯片、至少一 PIN 二極管、至少一 PIN 二極管以及終端結(jié)構(gòu)。芯片具有第一主動區(qū)、第二主動區(qū)與終端區(qū)。PIN 二極管配置于第一主動區(qū)上。肖特基二極管配置于第二主動區(qū)上。終端結(jié)構(gòu)配置于=終端區(qū)上,其中終端區(qū)分隔第一主動區(qū)與第二主動區(qū),且PIN 二極管與肖特基二極管共享終端結(jié)構(gòu)。
      [0006]在本發(fā)明的一實施例中,上述終端結(jié)構(gòu)環(huán)繞PIN 二極管與肖特基二極管。
      [0007]在本發(fā)明的一實施例中,上述PIN 二極管包括平面式PIN 二極管或溝道式PIN 二極管。
      [0008]在本發(fā)明的一實施例中,上述肖特基二極管包括平面式肖特基二極管或溝道式肖特基—極管。
      [0009]在本發(fā)明的一實施例中,上述肖特基二極管包括結(jié)型勢壘肖特基(JBS) 二極管或溝道式金氧半導體勢壘肖特基(TMBS) 二極管。
      [0010]在本發(fā)明的一實施例中,上述終端結(jié)構(gòu)包括場板結(jié)構(gòu)、具有浮置保護環(huán)的場板結(jié)構(gòu)、浮置溝道結(jié)構(gòu)、保護環(huán)結(jié)構(gòu)、浮置限制環(huán)結(jié)構(gòu)、或具有浮置溝道及較寬溝道外圍的結(jié)構(gòu)。
      [0011]在本發(fā)明的一實施例中,上述芯片的基底包括硅基底、絕緣層上覆硅(SOI)基底或II1-V族半導體基底。
      [0012]在本發(fā)明的一實施例中,上述第一主動區(qū)的面積實質(zhì)上等于第二主動區(qū)的面積。
      [0013]在本發(fā)明的一實施例中,上述第一主動區(qū)的面積大于第二主動區(qū)的面積。
      [0014]在本發(fā)明的一實施例中,上述第一主動區(qū)的面積小于第二主動區(qū)的面積。
      [0015]基于上述,本發(fā)明將PIN 二極管與肖特基二極管整合于單一芯片中,且PIN 二極管與肖特基二極管共享終端結(jié)構(gòu),因此可以縮小元件尺寸,并達到最佳的開關(guān)特性。
      [0016]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂,下文特舉實施例,并配合所附附圖作詳細說明如下。
      【附圖說明】
      [0017]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例所繪示的單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu)的上視示意圖。
      [0018]圖2為圖1中沿A-A線的一剖面示意圖。
      [0019]圖3為圖1中沿A-A線的另一剖面示意圖。
      [0020]圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例所繪示的終端結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
      [0021]圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實施例所繪示的終端結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
      [0022]圖6為根據(jù)本發(fā)明另一實施例所繪示的單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu)的上視示意圖。
      [0023]圖7為根據(jù)本發(fā)明又一實施例所繪示的單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu)的上視示意圖。
      [0024]【符號說明】
      [0025]10、10a、1b:芯片;
      [0026]20、20a:PIN 二極管;
      [0027]30、30a:肖特基二極管;
      [0028]40、40a、40b、40c:終端結(jié)構(gòu);
      [0029]102:第一主動區(qū);
      [0030]104:第二主動區(qū);
      [0031]106:終端區(qū);
      [0032]108:N+ 型基底;
      [0033]110:N 型外延;
      [0034]114、126、300、302:溝道;
      [0035]116、128、304:絕緣層;
      [0036]118、124、130、134、138、142、208、212、214、306、312、406:導體層;
      [0037]120、132、206、210a、210b、402:P+ 型摻雜區(qū);
      [0038]133,308:肖特基勢壘金屬層;
      [0039]136、200、202、204、400:場氧化層;
      [0040]140、216、310:介電層。
      【具體實施方式】
      [0041]在本發(fā)明的單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu)中,將PIN 二極管與肖特基二極管整合于單一芯片中,且PIN 二極管與肖特基二極管共享終端結(jié)構(gòu)。
      [0042]本發(fā)明并沒有限制PIN 二極管的類型,PIN 二極管可包括平面式PIN 二極管或溝道式PIN 二極管等。
      [0043]本發(fā)明并沒有限制肖特基二極管的類型,肖特基二極管可包括平面式肖特基二極管或溝道式肖特基二極管等,例如結(jié)型勢壘肖特基(junct1n barrier Schottky ;JBS) 二極管或溝道式金氧半導體勢壘肖特基(Trench MOS Barrier Schottky ;TMBS) 二極管等。
      [0044]本發(fā)明并沒有限制終端結(jié)構(gòu)的類型,終端結(jié)構(gòu)可包括場板(field plate)結(jié)構(gòu)、具有浮置保護環(huán)的場板(field plate with floating guard ring)結(jié)構(gòu)、浮置溝道(floatingtrench)結(jié)構(gòu)、保護環(huán)(guard ring)結(jié)構(gòu)、浮置限制環(huán)(floating limitat1n ring)結(jié)構(gòu)或具有浮置溝道及較寬溝道外圍(wider trench outer)(溝道寬度大于0.1nm)的結(jié)構(gòu)。
      [0045]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例所繪示的單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu)的上視示意圖。圖2為圖1中沿A-A線的一剖面示意圖。
      [0046]請參照圖1以及圖2,單片式混合整流二極管結(jié)構(gòu)包括芯片10、PIN 二極管20、肖特基二極管30以及終端結(jié)構(gòu)40。芯片10具有第一主動區(qū)102、第二主動區(qū)104與終端區(qū)106,其中終端區(qū)106分隔第一主動區(qū)102與第二主動區(qū)104。在一實施例中,終端區(qū)106環(huán)繞第一主動區(qū)102與第二主動區(qū)104。
      [0047]如圖2所示,PIN 二極管20配置于第一主動區(qū)102上。肖特基二極管30配置于第二主動區(qū)104上。終端結(jié)構(gòu)40配置于終端區(qū)106上。在此實施例中,PIN 二極管20為溝道式PIN二極管,肖特基二極管30為溝道式金氧半導體勢壘肖特基(TMBS) 二極管,且終端結(jié)構(gòu)40為場板結(jié)構(gòu),但本發(fā)明并不以此為限。
      [0048]在第一主動區(qū)102中,N型外延層110配置于N+型基底108上。N+型基底包括硅基底、絕緣層上覆硅(SOI)基底或II1-V族半導體基底。II1-V族半導體基底可為SiC基底、GaAs基底或GaN基底。多個溝道114配置于N型外延層110中。絕緣層116配置于溝道114的表面上。絕緣層116的材料包括氧化硅。導體層118填滿溝道114。導體層118的材料包括多晶硅。多個P+型摻雜區(qū)120配置于溝道114之間的N型外延層110中。在一實施例中,一個P+型摻雜區(qū)120配置于緊鄰終端區(qū)106 —側(cè)的N型外延層110中;換句話說,位于最靠近終端區(qū)106的溝道114與終端區(qū)106之間的N型外延層110中。導體層124配置于N型外延層110上。在N+型基底108相對于N型外延層110的另一表面配置有導體層142。導體層124與導體層142的材料包括金屬,例如鋁、銅或其合金。在此實施例中,N型外延層110與P+型摻雜區(qū)120構(gòu)成PIN 二極管20。
      [0049]在第二主動區(qū)104中,N型外延層110配置于N+型基底108上。多個溝道126配置于N型外延層110中。絕緣層128配置于溝道126的表面上。絕緣層128的材料包括氧化硅。導體層130填滿溝道126。導體層130的材料包括多晶硅。一個P+型摻雜區(qū)132配置于緊鄰終端區(qū)106 —側(cè)的N型外延層110中。在一實施例中,P+型摻雜區(qū)132配置于最靠近終端區(qū)106的溝道126與終端區(qū)106之間的N型外延層110中,但未與此溝道126接觸。肖特基勢壘金屬層133配置于相鄰溝道126之間及溝道126與P+型摻雜區(qū)132之間的N型外延層110上。肖特基勢壘金屬層133的材料包括鈦(Ti)、鈦鎳(TiNi)、鈦鉻(NiCr)、鎳釩(NiV)或鉬(Pt)。導體層134配置于N型外延層110上。在N+型基底108相對于N型外延層110的另一表面配置有導體層142。導體層134與導體層142的材料包括金屬,例如鋁、銅或其合金。在此實施例中,N型外延層110與肖特基勢壘金屬層133構(gòu)成肖特基二極管30。
      [0050]在終端區(qū)106的終端結(jié)構(gòu)40中,N型外延層110配置于N+型基底108上。場氧化層136配置于N型外延層110上。場氧化層136的材料包括氧化硅。多個導體層138配置于場氧化層136上。在一實施例中,一個導體層138更延伸覆蓋場氧化層136的側(cè)面,并與P+摻雜區(qū)132電性連接。導體層138的材料包括多晶硅。介電層140填滿導體層138之間的間隙,且裸露出外側(cè)的導體層138的部分表面。此外,導體層124、134更延伸配置于部分場氧化層136上并與外側(cè)的導體層138電性連接。
      [0051]在此實施例中,溝道114、126可在同一圖案化步驟中完成,絕緣層116、128可在同一圖案化步驟中完成,導體層
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