[發(fā)明專利]一種集成SBD的SiC UMOSFET的結(jié)構(gòu)及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810886286.6
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN109065540A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 申占偉;張峰;閆果果;溫正欣;劉興昉;趙萬順;王雷;孫國勝;曾一平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L27/07
• 分類號: H01L27/07;H01L29/06;H01L21/82
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發(fā)明提供了一種集成肖特基二極管(SBD)的碳化硅溝槽柵型金屬氧化物?半導體場效應晶體管(SiC UMOSFET)的結(jié)構(gòu)及制備方法，其特征在于，在n型電流傳輸層(40)上通過注入形成p+型埋層(50)，并繼續(xù)外延形成n型電流傳輸層(40)，使得p+型埋層(50)浮空，p+型埋層(50)能在阻斷模式下有效降低柵槽氧化物中的電場以及肖特基接觸位置的電場，使得該集成SBD的SiC UMOSFET具有較高的阻斷能力，大大提高器件的高溫、高場可靠性。同時，調(diào)整主溝槽(80)、主溝槽(80’)與p+型埋層(50)和n型電流傳輸層(40)的相對位置，使得MOSFET在第一象限工作時，MOSFET導通特性并未發(fā)生明顯退化；在第三象限工作時，有效抑制MOSFET體內(nèi)寄生pn二極管的導通，為肖特基二極管導電模式。集成SBD的SiC UMOSFET相比于分立的SBD和MOSFET器件，具有較低的總芯片面積。

技術領域

本發(fā)明涉及一種集成SBD的SiC UMOSFET的結(jié)構(gòu)及制備方法，具體涉及一種具有p+型埋層的集成SBD的SiC UMOSFET的結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術

SiC具有優(yōu)越的物理和電學特性，如高臨界擊穿電場、寬禁帶、高電子飽和漂移速度，適用于高壓、高溫電力電子領域。垂直型MOS場效應晶體管包括雙注入平面柵型(DMOSFET)和溝槽柵型(UMOSFET)，而4H-SiC UMOSFET由于非極性面的高遷移率特性以及低元胞尺寸，理論上可以具有更小的導通電阻和更大的溝道密度，所以具有更廣泛的應用前景。SiC UMOSFET應用于一些電力電子領域，如電機驅(qū)動、逆變、DC-DC轉(zhuǎn)換等，需要其內(nèi)部寄生的pn型體二極管導通一段時間。一方面，體二極管會產(chǎn)生較高的開啟電壓(-2.7V)和反向恢復損耗；另一方面，SiC雙極器件導通會誘發(fā)電子-空穴復合所產(chǎn)生的堆疊層擴展，因而導致期間通態(tài)電阻的退化。為解決上述問題，通常在SiC UMOSFET外部反并聯(lián)SBD。

然而，在SiC UMOSFET外部反并聯(lián)SBD不利于功率模塊總芯片面積的降低；電路節(jié)點寄生的電感不利于SiC功率器件高頻性能的提升。因此，采用SiC UMOSFET可以降低三端器件的芯片面積，進一步地，在SiC UMOSFET中集成SBD器件可以極大地縮小功率模塊的總芯片面積，從而降低成本和封裝復雜度。但是，在SiC UMOSFET元胞中集成SBD器件，需要關注反向阻斷電壓下溝槽氧化物中電場過大的問題，特別是底部槽角處二維電場聚集；也需要關注肖特基接觸位置電場過大的問題，尤其是高溫工作條件下鏡像力所引起的肖特基二極管漏電流的升高，因此不利于集成芯片的高溫、高場可靠性的提升。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明的目的在于，提供一種集成SBD的SiC UMOSFET的結(jié)構(gòu)及制備方法。使該集成SBD的SiC UMOSFET在反相工作模式下，浮空式p+型埋層有效保護溝槽底部氧化物電場以及肖特基接觸位置的電場，使得所制備的集成SBD的SiC UMOSFET具有較高的阻斷能力；在第一、三象限正向?qū)Ｊ较拢瑑?yōu)化載流子導通路徑，使得SBD和MOSFET均具有較高導通電流密度。

(二)技術方案

本發(fā)明的提供了一種集成SBD的SiC UMOSFET的結(jié)構(gòu)，包括：

SiC n++型襯底10；

至少一個外延層，其外延生長在所述SiC n++型襯底10上，所述外延層包括n+緩沖層20，n-漂移層30以及n型電流傳輸層40；

p+型埋層50，其浮空于所述n型電流傳輸層40中；

有源區(qū)，其注入所述n型電流傳輸層40中和外延生長在所述n型電流傳輸層40上，所述有源區(qū)包括p型溝道層60、p++型基區(qū)層61、n++型源區(qū)導電層70、主溝槽80、主溝槽80’、源電極金屬接觸93、漏電極金屬接觸94、肖特基金屬接觸95以及源區(qū)金屬焊盤81。