一种沟槽型SiCMOSFET元胞结构、制备方法及功能电路与流程

本发明属于半导体领域，尤其是涉及一种沟槽型sic mosfet元胞结构、制备方法及功能电路。

背景技术：

1、sic（碳化硅）材料相比传统的si（硅）材料具有很多优势，具有更高的热导率，更高的临界击穿电场强度，更高的电子饱和漂移速度等，广泛应用在高温、高频、大功率场合。sic mosfet器件近些年快速发展，特别是具有更高电流密度和更低导通电阻的沟槽型sicmosfet受到了广泛关注。常规的沟槽型sic mosfet器件虽然在性能上具有很大的优势，但依然存在着一些问题。沟槽型sic mosfet底部栅氧化层电场强度过高，会带来长期可靠性问题。同时，其寄生体二极管为pin二极管，正向导通压降大且反向恢复特性差，损耗高，这不利于传统逆变电路、斩波电路等应用。通常的做法是将器件搭配外部一个快恢复二极管反并联使用，但这会增加系统的体积和成本，使得沟槽型sic mosfet器件的推广受到了一定的限制。

技术实现思路

1、本发明在此的目的在于提供一种沟槽型sic mosfet元胞结构，该结构能够提升器件的可靠性，并改善其体二极管的性能。

2、本发明提供的沟槽型sic mosfet元胞结构在栅沟槽之间增加一个源沟槽，所述源沟槽的底部形成若干间隔的p岛，所述源沟槽内填充肖特基金属；所述p岛在sic mosfet承受反向耐压时，sic mosfet的耗尽层扩展，降低栅沟槽底部的电场强度，提升器件的可靠性，且所述源沟槽内的肖特基金属与所述p岛形成欧姆接触，与n-外延区域的非p岛区形成肖特基接触，使体二极管的阳极同时包含有肖特基和欧姆接触。

3、本发明的第二个目的提供了一种沟槽型sic mosfet元胞制备方法，该方法用于制备的沟槽型sic mosfet元胞在栅沟槽之间增加一个源沟槽，所述源沟槽的底部形成若干间隔的p岛，所述源沟槽内填充肖特基金属；所述p岛在sic mosfet承受反向耐压时，sicmosfet的耗尽层扩展，降低栅沟槽底部的电场强度，提升器件的可靠性，且所述源沟槽内的肖特基金属与所述p岛形成欧姆接触，与n-外延区域的非p岛区形成肖特基接触，使体二极管的阳极同时包含有肖特基和欧姆接触；该制备方法包括以下步骤：

4、步骤一：选取碳化硅衬底，并在所述碳化硅衬底上延伸形成碳化硅n-外延层；

5、步骤二：在碳化硅n-外延层栅沟槽和源沟槽所在位置进行沟槽掩膜并对掩膜部分进行光刻后刻蚀，形成栅沟槽和源沟槽；

6、步骤三：通过光刻和高能铝离子注入形成作为体区的p-区和在源沟槽底部形成p岛；

7、步骤四：通过光刻和高能氮离子注入于所述p-区上形成n+区，作为源区；

8、步骤五：高温退火，对注入的离子进行激活；

9、步骤六：对所述栅沟槽和所述源沟槽表面进行热生长氧化层，作为栅氧化层；

10、步骤七：淀积掺磷多晶硅作为栅极，并回刻至硅表面；

11、步骤八：去除所述源沟槽内的多晶硅和栅氧化层，并淀积肖特基金属，使所述源沟槽内填满肖特基金属，并进行快速热退火处理，使肖特基金属与所述源沟槽底部的p岛形成良好的欧姆接触，与非p岛区形成肖特基接触；

12、步骤九：形成绝缘介质层，并于所述绝缘介质层上形成接触孔，接触孔内沉淀正面金属层作为源极和栅极连接金属；

13、步骤十：溅射或蒸发背面金属于所述碳化硅衬底背面作为背面漏极金属层，完成制备。

14、本发明的第三个目的提供了一种功能电路，该电路包括mos管，所述mos管的元胞结构为本发明所述的沟槽型sic mosfet元胞结构。

15、采用本发明的技术方案，所达到的技术效果至少包括：

16、1）本发明提供的沟槽型sic mosfet元胞结构的体二极管的元胞结构同时包含有肖特基和欧姆接触，即为肖特基二极管和pn结二极管的结合，相比于普通的体二极管（pn结二极管，欧姆接触），正向导通时，电流主要通过肖特基结（肖特基结势垒比pn结势垒低），从而降低了正向导通压降，同时，减小了正面注入效率，降低了反向恢复损耗。

17、2）本发明优化了沟槽型sic mosfet底部栅氧化层电场强度，提升了器件的可靠性，同时改善了其体二极管的性能，无需增加外部快恢复二极管即可应用在传统逆变器等电路中，节省了系统的体积和成本。

18、3）本发明元胞结构使得体二极管的阳极同时包含有肖特基和欧姆接触，相比于常规器件“p-n-”结体二极管，减小了正向导通压降，同时优化了反向恢复特性，降低了损耗。

技术特征：

1.一种沟槽型sic mosfet元胞结构，其特征在于，该元胞结构在栅沟槽之间增加一个源沟槽，所述源沟槽的底部形成若干间隔的p岛，所述源沟槽内填充肖特基金属；所述p岛在sic mosfet承受反向耐压时，sic mosfet的耗尽层扩展，降低栅沟槽底部的电场强度，提升器件的可靠性，且所述源沟槽内的肖特基金属与所述p岛形成欧姆接触，与n-外延区域的非p岛区形成肖特基接触，使体二极管的阳极同时包含有肖特基和欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的沟槽型sic mosfet元胞结构，其特征在于，所述源沟槽呈倒梯形。

3.一种沟槽型sic mosfet元胞制备方法，其特征在于，该方法用于制备的沟槽型sicmosfet元胞在栅沟槽之间增加一个源沟槽，所述源沟槽的底部形成若干间隔的p岛，所述源沟槽内填充肖特基金属；所述p岛在sic mosfet承受反向耐压时，sic mosfet的耗尽层扩展，降低栅沟槽底部的电场强度，提升器件的可靠性，且所述源沟槽内的肖特基金属与所述p岛形成欧姆接触，与n-外延区域的非p岛区形成肖特基接触，使体二极管的阳极同时包含有肖特基和欧姆接触；该制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的沟槽型sic mosfet元胞制备方法，其特征在于，所述p岛的掺杂浓度为：1×1017~1×1018cm-3。

5.根据权利要求3所述的沟槽型sic mosfet元胞制备方法，其特征在于，注入掺杂浓度1×1019~1×1020cm-3高能氮离子形成n+区。

6.根据权利要求3所述的沟槽型sic mosfet元胞制备方法，其特征在于，所述栅氧化层形成的厚度为50~150nm。

7.根据权利要求3所述的沟槽型sic mosfet元胞制备方法，其特征在于，采用lpcvd方式淀积成厚度为800nm~1000nm，磷掺杂浓度1×1019~1×1020cm-3掺磷多晶硅作为栅极。

8.一种功能电路，其特征在于，该电路包括mos管，所述mos管的元胞结构为权利要求1-2所述的沟槽型sic mosfet元胞结构。

技术总结
本发明公开了一种沟槽型SiC MOSFET元胞结构、制备方法及功能电路，该元胞结构在栅沟槽之间增加一个源沟槽，所述源沟槽的底部形成若干间隔的P岛，所述源沟槽内填充肖特基金属；所述P岛在SiC MOSFET承受反向耐压时，SiC MOSFET的耗尽层扩展，降低栅沟槽底部的电场强度，提升器件的可靠性，且所述源沟槽内的肖特基金属与所述P岛形成欧姆接触，与N‑外延区域的非P岛区形成肖特基接触，使体二极管的阳极同时包含有肖特基和欧姆接触。本发明提供的沟槽型SiC MOSFET元胞结构的体二极管的元胞结构同时包含有肖特基和欧姆接触，降低了正向导通压降，同时，减小了正面注入效率，降低了反向恢复损耗。

技术研发人员：张伟,廖光朝
受保护的技术使用者：重庆云潼科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12