[發(fā)明專利]溝槽型碳化硅逆阻MOSFET器件及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112687743B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 張金平;王鵬蛟;蘭逸飛;劉競秀;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/08;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發(fā)明屬于功率半導體器件技術領域，具體涉及一種溝槽型碳化硅逆阻MOSFET器件及其制備方法。本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的溝槽型碳化硅MOSFET，去掉了其N型碳化硅襯底，在器件源區(qū)一側引入了第一N型碳化硅緩沖層，在器件漏區(qū)一側引入了第二N型碳化硅緩沖層，并且在器件漏區(qū)一側引入了結型肖特基勢壘二極管結構。所述器件結構可以使溝槽型碳化硅MOSFET在獲得大的正反向對稱耐壓的同時，具有較小的正向導通壓降。此外，為了進一步解決該器件柵氧化層可靠性問題及柵漏電容較大問題，給出了幾種相應的衍生結構。

技術領域

本發(fā)明屬于功率半導體器件技術領域，具體涉及一種溝槽型碳化硅逆阻MOSFET器件及其制備方法。

背景技術

逆變器是將直流電轉換為交流電的器件，其應用場景比較廣泛，比如光伏逆變器、不間斷電源、軌道交通和無軌電車、變頻器等。多電平逆變器具有低損耗、低噪聲以及輸出波形接近正弦波等優(yōu)良特性，因此其應用場景更加廣闊。矩陣逆變器是一種新型的電力轉換器，它可以直接實現(xiàn)交流-交流的轉換。與傳統(tǒng)的交流-直流-交流變頻方式相比，矩陣逆變器不需要直流電容進行中間儲能，提高了整個系統(tǒng)的可靠性，并且降低了成本。

具有正反向導通能力和阻斷能力的雙向開關是多電平逆變器和矩陣逆變器的核心器件。逆阻型絕緣柵雙極型晶體管(RB-IGBT)是一種具有雙向阻斷能力的新型IGBT，將兩個RB-IGBT反向并聯(lián)便可以構成一個雙向開關。傳統(tǒng)的雙向開關通常由兩個普通IGBT和兩個快恢復二極管構成，與之相比，由RB-IGBT構成的雙向開關元件數(shù)目更少，導通損耗更低。常規(guī)的RB-IGBT通常采用非穿通型(NPT)結構，這種結構的IGBT漂移區(qū)較長，因此電流拖尾嚴重，關斷損耗較大。如何降低雙向開關的功率損耗是目前的研究熱點之一。

碳化硅作為第三代半導體材料的典型代表之一，具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、熱導率高等優(yōu)良特性。與相同耐壓等級的IGBT相比，碳化硅MOSFET擁有更低的導通壓降和關斷損耗。因此，如果碳化硅MOSFET能夠實現(xiàn)雙向阻斷，其性能相比RB-IGBT會優(yōu)越很多。圖1是傳統(tǒng)的溝槽型碳化硅MOSFET，該結構具備較大的正向阻斷能力和較低的導通壓降。然而，該結構并不具備反向阻斷能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決如何讓溝槽型碳化硅MOSFET具備大的正反向對稱耐壓，以及如何降低其導通壓降的問題。傳統(tǒng)的溝槽型碳化硅MOSFET如圖1所示，并不具備反向阻斷能力。本發(fā)明提出了兩種技術方案。技術方案1如圖2所示，本技術方案中去掉了傳統(tǒng)的溝槽型碳化硅MOSFET結構中的碳化硅襯底，在源區(qū)一側引入了第一N型碳化硅緩沖層，在漏區(qū)一側引入了第二N型碳化硅緩沖層，并且在漏區(qū)一側引入結型勢壘肖特基二極管結構(JBS)。該器件結構使溝槽型碳化硅MOSFET具備了反向阻斷能力，同時獲得較低的正向導通壓降。技術方案2如圖3所示，技術方案2中也去掉了傳統(tǒng)的溝槽型碳化硅MOSFET結構中的碳化硅襯底，在源區(qū)一側引入了第一N型碳化硅緩沖層，在漏區(qū)一側引入了第二N型碳化硅緩沖層，與技術方案1不同的地方是其器件背部結構，在本技術方案中，第二N型碳化硅緩沖層與漏極金屬之間形成肖特基接觸，P型浮空區(qū)并不與漏極金屬之間形成接觸。本技術方案同樣使溝槽型碳化硅MOSFET具備了反向阻斷能力，同時獲得較低的正向導通壓降。此外，本發(fā)明還提供了兩種技術方案中器件的制備方法，制作工藝簡單可控，與現(xiàn)有工藝兼容性強。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術方案如下：

一方案一

一種溝槽型碳化硅逆阻MOSFET，其半元胞包括：

包括：從下至上依次層疊設置的背部漏極金屬1、第二N型碳化硅緩沖層21、N型碳化硅外延層3，