[發(fā)明專利]一種溝槽型碳化硅MOSFET器件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910203535.1
• 申請(qǐng)日: 2019-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN109920838B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧小川;高蜀峰;柏松;楊麗萍;李軒;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/10;H01L29/78;H01L27/06;H01L21/336;H01L21/82
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發(fā)明提供一種溝槽型碳化硅MOSFET器件及其制備方法，器件包含源極歐姆接觸區(qū)、漏極歐姆接觸區(qū)、碳化硅N+襯底、碳化硅N?漂移區(qū)、Pbase區(qū)、N+源區(qū)、P+源區(qū)、柵溝槽區(qū)，本發(fā)明在碳化硅溝槽MOSFET器件內(nèi)部集成二極管，避免引入外接二極管，減小元胞尺寸，顯著提高電流密度，降低導(dǎo)通電阻，器件工作在第三象限時(shí)，源極加正壓，P+區(qū)與N?漂移區(qū)的耗盡層減小，形成從N+歐姆接觸區(qū)域、N^?漂移區(qū)、碳化硅N+襯底到漏極歐姆接觸的電流通路，實(shí)現(xiàn)了低電壓開啟，本次發(fā)明器件既保持了低導(dǎo)通電阻和高阻斷電壓特性，又提高了器件的第三象限性能，降低了器件寄生電感和系統(tǒng)損耗，功率密度進(jìn)一步提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種涉及集成二極管的溝槽型碳化硅MOSFET器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

碳化硅(Silicon Carbide)材料作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的代表之一，具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高和電子飽和漂移速度高等特點(diǎn)，使其在大功率、高溫及高頻電力電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

碳化硅功率MOSFET器件結(jié)構(gòu)的發(fā)展從LDMOS(橫向平面雙擴(kuò)散MOSFET)，VVMOS(V型槽MOSFET)到平面VDMOS(垂直雙擴(kuò)散MOSFET)，再到溝槽MOSFET(Trench MOSFET)。LDMOS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但擴(kuò)散區(qū)和溝道區(qū)在晶片表面，芯片面積利用率不高。VVMOS是在晶片的背面形成漏極，可以大大提高芯片的導(dǎo)通電流，但其V型槽尖刺會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)集中而降低擊穿電壓特性。碳化硅溝槽MOSFET與VDMOS器件相比，導(dǎo)電溝道位于垂直方向，消除了平面VDMOS的寄生JFET電阻，減小了元胞尺寸，使得電流密度顯著提高，同時(shí)也降低了導(dǎo)通電阻，但是碳化硅溝槽MOSFET存在柵氧易擊穿問(wèn)題。而新型的SiC溝槽MOSFET器件為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用理想的晶向制備MOS溝道，從而獲得更高的溝道遷移率，并且柵槽底部被P+區(qū)域部分包裹，能夠有效緩解柵氧底部的尖峰電場(chǎng)。

碳化硅禁帶寬度較寬，其體二極管的開啟電壓非常高(室溫下2.5～3V)，遠(yuǎn)高于硅基功率器件的體二極管(室溫下0.7～0.8V)，使得碳化硅MOSFET的體二極管作為續(xù)流二極管時(shí)的損耗較大。而且更重要的是，由Pbase區(qū)和N-漂移區(qū)組成的體二極管很可能引起雙極性退化，這樣的退化問(wèn)題給碳化硅MOSFET長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，也給整個(gè)電力電子系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。在當(dāng)前先進(jìn)的電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，一般采用反并聯(lián)碳化硅二極管作為續(xù)流二極管，保證系統(tǒng)在處于死區(qū)狀態(tài)時(shí)電流流過(guò)該碳化硅二極管，從而有效地降低死區(qū)損耗和提高系統(tǒng)的可靠性。雖然近年來(lái)全碳化硅模塊，即若干碳化硅MOSFET和其反并聯(lián)的碳化硅二極管實(shí)現(xiàn)不同功能的模塊設(shè)計(jì)與優(yōu)化已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是由于一個(gè)功率開關(guān)始終要反向并聯(lián)一個(gè)二極管，該外接二極管自身會(huì)引入額外的寄生電容，同時(shí)其連接的鍵合線會(huì)引入雜散電感，使得碳化硅模塊在高頻化，小型化始終受到了制約。因此，近一兩年來(lái)，以美國(guó)通用電氣和日本羅姆為代表的該領(lǐng)域頂尖企業(yè)，希望充分利用SiC MOSFET第三象限的性能，運(yùn)用同步整流技術(shù)，摒棄反并聯(lián)二極管，采用集成肖特基二極管，由于肖特基接觸的勢(shì)壘高度低于歐姆接觸的勢(shì)壘高度，因此能夠有效地降低導(dǎo)通電壓，然而其工藝需要額外的肖特基金屬接觸工藝，與現(xiàn)有碳化硅MOSFET工藝不相兼容。本發(fā)明提出的碳化硅溝槽MOSFET器件采用歐姆接觸，簡(jiǎn)化了工藝流程，使其與現(xiàn)有碳化硅MOSFET器件制造工藝相兼容，并且提高了器件的第三象限性能，使寄生電感和器件損耗進(jìn)一步降低，提高了電力電子模塊的功率密度等性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種集成比肖特基管二極管更低導(dǎo)通電壓的溝槽型碳化硅MOSFET器件及其制備方法。該器件既實(shí)現(xiàn)了低導(dǎo)通電阻，高阻斷電壓，又提高了器件的第三象限性能，使得器件寄生電感進(jìn)一步降低，系統(tǒng)損耗進(jìn)一步降低，功率密度進(jìn)一步提高，并且簡(jiǎn)化工藝流程，與現(xiàn)有碳化硅MOSFET器件工藝相兼容。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：