[發明專利]一種碳化硅TrenchMOS器件及其制作方法

有效

• 申請號: 201710432726.6
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107256864B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 張金平;鄒華;劉競秀;李澤宏;任敏;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06;H01L29/24;H01L29/423;H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發明公開了碳化硅Trench MOS器件及其制作方法，屬于功率半導體技術領域。本發明鑒于通過外部反并聯一個快恢復二極管(FRD)以及直接使用碳化硅Trench MOS器件的寄生二極管均存在不足，通過在傳統器件的P⁺接觸區增設多晶硅區，使得多晶硅與碳化硅外延層材料形成Si/SiC異質結，進而在器件內部集成了一個二極管。本發明顯著降低了器件二極管應用時的結壓降；并且二極管應用時的導電模式由雙極導電轉變為單極導電，因此還具有反向恢復時間短，反向恢復電荷少的優點；本發明器件結構仍具有寄生碳化硅二極管反向漏電低，擊穿電壓高和器件溫度穩定性能好的優點，因此本發明在逆變電路、斬波電路等電路中具有廣闊前景。

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，具體涉及一種碳化硅Trench MOS器件及其制作方法。

背景技術

功率器件及其模塊為實現多種電能形式之間的轉換提供了有效的途徑，在國防建設、交通運輸、工業生產、醫療衛生等領域得到了廣泛應用。自上世紀50年代第一款功率器件應用以來，每一代功率器件的推出，都使得能源更為高效地轉換和使用。故而，功率半導體器件的歷史，也就是功率半導體器件推陳出新的歷史。

傳統功率器件及模塊由硅基功率器件主導，主要是以晶閘管、功率PIN器件、功率雙極結型器件、功率MOSFET以及絕緣柵場效應晶體管等器件為主，并且在全功率范圍內均得到了廣泛的應用，同時憑借其悠久歷史、十分成熟的設計技術和工藝技術占領了功率半導體器件的主導市場。然而，隨著功率半導體技術發展的日漸成熟，硅基功率器件其特性已逐漸逼近其理論極限。因而，研究人員在硅基功率器件狹窄的優化空間中努力尋求更佳參數的同時，也注意到了SiC、GaN等第三代寬帶隙半導體材料在大功率、高頻率、耐高溫、抗輻射等領域中優異的材料特性。

碳化硅材料諸多吸引人的特性，如十倍于硅材料的臨界擊穿電場強度、高的熱導率、大的禁帶寬度以及高電子飽和漂移速度等，使得碳化硅材料成為了國際上功率半導體器件的研究熱點，并在高功率應用場合，如高速鐵路、混合動力汽車、智能高壓直流輸電等，碳化硅器件均被賦予了很高的期望。同時，碳化硅功率器件降低功率損耗效果顯著，使得碳化硅功率器件被譽為帶動新能源革命的綠色能源器件。

碳化硅Trench MOS器件憑借其高熱導率、高臨界擊穿電場、抗輻射性能極佳以及高電子飽和速度等特點，在逆變電路、斬波電路等電路中得到了廣泛的應用。碳化硅TrenchMOS器件在傳統逆變電路、斬波電路等電路應用中一般需要與一個反并聯二極管共同發揮作用，通常有以下兩種方式：其一為：直接使用器件Pbase區與N-外延層及N+襯底形成的碳化硅寄生PIN二極管；所形成碳化硅PN結具有約為3V的結壓降，若直接利用該PIN二極管，則將導致較大的正向導通壓降、功率損耗以及較低的電路應用效率，這不僅導致了器件發熱引發的可靠性問題，同時對于能源資源的浪費也應被引起重視；其二是在器件外部反并聯一個快恢復二極管(FRD)使用，然而該方法引起系統成本的上升、體積的增大以及金屬連線增加后可靠性降低等問題，使得碳化硅Trench MOS器件在傳統逆變電路、斬波電路等應用中的推廣受到了一定的阻礙。

綜上所述，如何實現碳化硅Trench MOS器件在逆變電路、斬波電路等電路中廣泛應用，并解決現有應用所存在的功率損耗高、工作效率低，系統成本高等問題，成為了本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種碳化硅Trench MOS器件及其制作方法，通過在傳統器件的P⁺接觸區增設多晶硅區，使得多晶硅與碳化硅外延層材料形成Si/SiC異質結，進而在器件內部集成了一個二極管。運用本發明碳化硅Trench MOS器件于上述電路中能夠克服現有技術所存在的功率損耗高、工作效率低、生產成本高等問題。

為實現上述目的，一方面，本發明公開了一種碳化硅Trench MOS器件的技術方案，具體技術方案如下：

技術方案1：