一种低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件制造技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，具体提供一种低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件；本发明专利技术采用多晶硅/碳化硅异质结、硅/碳化硅异质结、氧化镍/碳化硅异质结或集成肖特基二极管结构来改善碳化硅MOSFET的反向恢复特性，实现自我可逆导，进而实现更低的反向恢复损耗和更高的反向恢复性能，最终降低反向恢复损耗以及避免使用片外续流二极管，降低了应用成本和系统的体积；与此同时，进一步引入高k绝缘体和/或超结结构、氧化镍/碳化硅异质结超结结构、以及氧化镍/绝缘层/碳化硅超结结构，这些新型结构在增大击穿电压的同时，能够有效降低比导通电阻，从而降低了导通损耗，极大地改善器件的性能。器件的性能。器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件。

技术介绍

[0002]碳化硅作为第三代半导体材料，由于其超宽的禁带(3.26eV)约为硅(1.1eV)的3倍，所以在更加苛刻的工作环境下例如高温拥有更稳定的性能，而且能够承受更大的耐压；并且碳化硅材料的理论临界击穿电场为3MV/cm，远高于硅的0.3MV/cm，所以碳化硅器件拥有更高的耐压等级；碳化硅的本征载流子浓度比硅低很多，本征载流子浓度越小，器件在同等条件下的泄漏电流就越小；碳化硅的热导率比硅要高很多，因此散热特性更好；碳化硅的电子饱和速率接近硅的两倍，因此碳化硅器件具有更高的开关速度。由此可见，基于碳化硅材料的功率器件具有极好的应用前景。
[0003]但是，碳化硅金属
‑
氧化物
‑
半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)存在着一些问题，一是比导通电阻与击穿电压之间的折衷关系远未到过“碳化硅极限”，仍然需要进一步优化，即在保证器件耐压的同时，尽可能降低比导通电阻；另外一个重要的问题是SiC MOSFET自身的体PN结二极管的开启压降大(2.8V左右)，同时体PN结二极管有少子存储效应以及双极性退化效应，导致反向恢复性能差，反向恢复损耗大，通常需要片外反并联续流二极管，增加了应用成本和系统的体积。找到解决这些问题的方法成为了亟待解决的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对
技术介绍
存在的缺陷，提供一种低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件；本专利技术采用多晶硅/碳化硅异质结、硅/碳化硅异质结、氧化镍/碳化硅异质结或集成肖特基二极管结构来改善碳化硅MOSFET的反向恢复特性，实现自我可逆导，降低反向恢复损耗以及避免使用片外续流二极管，来降低应用成本和系统的体积；同时，本专利技术中的部分结构在其中采用了高介电系数(高k)绝缘体和超结结构，这些结构可以增大击穿电压的同时降低比导通电阻，进而降低器件的导通损耗、以及提升器件的优值。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件，包括：第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1，设置于第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1下的金属化漏极11，设置于第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1上的第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2；其特征在于，
[0007]所述第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2上设置有第二导电类型掺杂碳化硅基区7、以及位于第二导电类型掺杂碳化硅基区7两侧的半导体异质区3与槽栅，所述第二导电类型掺杂碳化硅基区7上设置有第二导电类型重掺杂碳化硅源极接触区5与第一导电类型重掺杂碳化硅源极接触区6，所述半导体异质区3、第二导电类型重掺杂碳化硅源极接触区5与第一导电类型重掺杂碳化硅源极接触区6上均覆盖源极金属4，所述槽栅由位于槽壁的氧化层9与填充于槽内的多晶硅栅极8构成，所述槽栅下还设置有第二导电类型重掺杂碳化硅屏蔽
区10；所述半导体异质区3为第一导电类型重掺杂多晶硅区、第二导电类型重掺杂多晶硅区、第一导电类型重掺杂硅区、第二导电类型重掺杂硅区或第二导电类型重掺杂氧化镍区，相应的半导体异质区3与第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2分别形成多晶硅/碳化硅异质结、硅/碳化硅异质结或氧化镍/碳化硅异质结结构。
[0008]优选的，上述两个碳化硅场效应功率晶体管器件中还设置有高k绝缘体12，所述高k绝缘体12设置于半导体异质区3与第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1之间。
[0009]优选的，上述两个碳化硅场效应功率晶体管器件中还设置有二氧化硅体13与第二导电类型掺杂碳化硅漂移区14，所述二氧化硅体13与第二导电类型掺杂碳化硅漂移区14并列设置于半导体异质区3与第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1之间、且第二导电类型掺杂碳化硅漂移区14位于第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2一侧。
[0010]优选的，上述两个碳化硅场效应功率晶体管器件中还设置有高k绝缘体12与第二导电类型掺杂碳化硅漂移区14，所述高k绝缘体12与第二导电类型掺杂碳化硅漂移区14并列设置于半导体异质区3与第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1之间、且第二导电类型掺杂碳化硅漂移区14位于第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2一侧。
[0011]优选的，上述两个碳化硅场效应功率晶体管器件中还设置有第二导电类型掺杂氧化镍漂移区15，所述第二导电类型掺杂氧化镍漂移区15设置于半导体异质区3与第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1之间，第二导电类型掺杂氧化镍漂移区15与第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2形成氧化镍/碳化硅异质结结构。
[0012]优选的，上述两个碳化硅场效应功率晶体管器件中还设置有第二导电类型掺杂氧化镍漂移区15和绝缘层16，所述第二导电类型掺杂氧化镍漂移区设置于半导体异质区3下方，所述绝缘层设置于第二导电类型掺杂氧化镍漂移区与第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1、第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2之间，第二导电类型掺杂氧化镍漂移区、绝缘层与第一导电类型掺杂碳化硅漂移区形成氧化镍/绝缘层/碳化硅超结结构。
[0013]进一步的，在上述5个优选的技术方案中，所述半导体异质区3替换为填充有源极金属4的源极槽，源极金属4与第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2、第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1、金属化漏极11共同组成肖特基二极管结构。
[0014]进一步的，上述两个碳化硅场效应功率晶体管器件中，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型，值得指出的是，第一导电类型和第二导电类型根据设计需要可以相互切换。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0016]本专利技术提供一种低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件，采用集成多晶硅/碳化硅异质结、硅/碳化硅异质结、氧化镍/碳化硅异质结二极管或集成肖特基二极管结构来改善碳化硅MOSFET的反向恢复特性，实现自我可逆导，进而实现更低的反向恢复损耗和更高的反向恢复性能，最终降低反向恢复损耗以及避免使用片外续流二极管，降低了应用成本和系统的体积；与此同时，进一步引入高k绝缘体和/或超结结构、氧化镍/碳化硅异质结超结结构、以及氧化镍/绝缘层/碳化硅超结结构，这些新型结构在增大击穿电压的同时，能够有效降低比导通电阻，从而降低了导通损耗，极大地改善器件的性能。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例1提供的低损耗可逆导的多晶硅(硅、或氧化镍)/碳化硅异质结场效应晶体管功率器件示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例2提供的具有高k绝缘体的低损耗可逆导的多晶硅(硅或氧化镍)/碳化硅异质结场效应晶体管功率器件示意图。
[0019]图3为本专利技术实施例3提供的具有超结结构的低损耗可逆导的多晶硅(硅或氧化镍)/碳化硅异质结场效应晶体管功率器件示意图。
[0020]图4为本专利技术实施例4提供的具有高k绝缘体和超结结构的低损耗可逆导的多晶硅(硅或氧化镍)/碳化硅异质结场效应晶体管功率器件示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件，包括：第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1，设置于第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1下的金属化漏极11，设置于第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1上的第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2；其特征在于，所述第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2上设置有第二导电类型掺杂碳化硅基区7、以及位于第二导电类型掺杂碳化硅基区7两侧的半导体异质区3与槽栅，所述第二导电类型掺杂碳化硅基区7上设置有第二导电类型重掺杂碳化硅源极接触区5与第一导电类型重掺杂碳化硅源极接触区6，所述半导体异质区3、第二导电类型重掺杂碳化硅源极接触区5与第一导电类型重掺杂碳化硅源极接触区6上均覆盖源极金属4，所述槽栅由位于槽壁的氧化层9与填充于槽内的多晶硅栅极8构成，所述槽栅下还设置有第二导电类型重掺杂碳化硅屏蔽区10；所述半导体异质区3为第一导电类型重掺杂多晶硅区、第二导电类型重掺杂多晶硅区、第一导电类型重掺杂硅区、第二导电类型重掺杂硅区或第二导电类型重掺杂氧化镍区，相应的半导体异质区3与第一导电类型掺杂碳化硅漂移区2分别形成多晶硅/碳化硅异质结、硅/碳化硅异质结或氧化镍/碳化硅异质结结构。2.按权利要求1所述低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件，其特征在于，所述碳化硅场效应功率晶体管器件中还设置有高k绝缘体12，所述高k绝缘体设置于半导体异质区3与第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1之间。3.按权利要求1所述低损耗可逆导的碳化硅场效应功率晶体管器件，其特征在于，所述碳化硅场效应功率晶体管器件中还设置有二氧化硅体13与第二导电类型掺杂碳化硅漂移区14，所述二氧化硅体与第二导电类型掺杂碳化硅漂移区并列设置于半导体异质区3与第一导电类型重掺杂碳化硅衬底区1之间、且第二导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔谋夫，胡泽伟，陈宗棋，高佳成，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：