一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件及制造方法，所述器件包括依次设置的第一导电类型碳化硅衬底、第一导电类型碳化硅外延层、第一导电类型电流扩展层、第二导电类型基区和第一导电类型源区。所述器件还包括沟槽型栅电极和肖特基金属层，所述肖特基金属层位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧，所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述第二导电类型基区在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影毗邻。通过在垂直碳化硅器件内部集成肖特基二极管结构，改善器件的反向恢复特性，同时集成结构相比可以实现更小的芯片面积。片面积。片面积。

【技术实现步骤摘要】
一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件及制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体功率器件领域，具体涉及一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件及制造方法。

技术介绍

[0002]第三代半导体材料碳化硅(SiC)具有比硅更大的禁带宽度和更高的临界击穿场强，相比同等耐压等级的硅功率器件，碳化硅具有更高的掺杂浓度和更小的外延层厚度，因此正向导通电阻能够大大减小，功率损耗大幅度地降低；同时，碳化硅具有较高的热导率和耐高温能力且电子饱和速率较高，适合大电流大功率运用，能够降低散热设备的要求，缩小设备体积，提高可靠性，减小成本。所以碳化硅被认为是新一代高效能电力电子器件重要的发展方向。
[0003]碳化硅MOSFET器件与传统的硅材料器件不同，其具有较高的温度稳定性，同时具备低开通电阻，开关速度快，有利于应用于高频高温环境下，减少器件开关损耗，缩短开关瞬态时间，提高工作频率。由于碳化硅功率MOSFET器件的优秀性能，因此被大范围运用于新能源汽车、大功率电源以及航天航空等领域，现已成为新型功率器件中应用最广泛，市场前景最好的功率器件之一。
[0004]但传统的MOSFET结构存在许多问题，其体内寄生的二极管在器件关断时的反向恢复性能较差，这会限制其在高频方向的应用，而外部反向并联一个肖特基势垒二极管SBD，不仅会增大电路模块面积，还会引入额外的寄生效应。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件以及其制造方法，目的在于改善器件的反向恢复特性，同时集成结构相比可以实现更小的芯片面积。
[0006]为达上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件，包括：依次以层状结构依次叠加的第一导电类型碳化硅衬底、第一导电类型碳化硅外延层和第一导电类型电流扩展层，其中，所述第一导电类型碳化硅外延层位于所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧，所述第一导电类型电流扩展层位于所述第一导电类型碳化硅外延层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧。
[0008]所述器件还包括第二导电类型基区，所述第二导电类型基区位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧；第一导电类型源区，所述第一导电类型源区位于所述第二导电类型基区远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面。
[0009]沟槽型栅电极，所述沟槽型栅电极位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧，且所述沟槽型栅电极在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述第一导电类型源区在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影不交叠。
[0010]肖特基金属层，所述肖特基金属层位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第
一导电类型碳化硅衬底的一侧，所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述第二导电类型基区在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影毗邻，且所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述沟槽型栅电极在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影不交叠
[0011]第一绝缘层，所述第一绝缘层至少覆盖所述沟槽型栅电极和所述肖特基金属层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面，且至少部分暴露所述第一导电类型源区和第二导电类型基区。第一电极层和第二电极层，所述第一电极层位于所述第一绝缘层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧；所述第二电极层位于所述第一导电类型碳化硅衬底远离所述第一导电类型碳化硅外延层的一侧表面。
[0012]进一步的，所述器件还包括第二导电类型掺杂层，所述第二导电类型掺杂层位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面，所述第二导电类型掺杂层包括第一子部，所述第一子部在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影至少部分交叠。
[0013]进一步的，所述第一子部在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影覆盖所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影。
[0014]进一步的，所述第二导电类型掺杂层包括第二子部，所述第二子部在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述沟槽型栅电极在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影至少部分交叠。
[0015]进一步的，所述第一子部和所述第二子部掺杂浓度相同。
[0016]进一步的，所述器件还包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽至少贯穿所述第一导电类型源区、第二导电类型基区和至少部分第一导电类型电流扩展层；所述沟槽型栅电极设置在所述第一凹槽中，所述肖特基金属层设置在所述第二凹槽中。
[0017]进一步的，所述器件还包括栅极氧化层，所述栅极氧化层位于所述第一凹槽内，且所述栅极氧化层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影覆盖所述第一凹槽在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影。
[0018]进一步的，所述第二导电类型基区包括第二导电类型重掺杂部，所述第二导电类型重掺杂部在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影毗邻。
[0019]进一步的，所述第二导电类型基区还包括与所述第二导电类型重掺杂部毗邻的第二导电类型沟道部，所述第二导电类型重掺杂部的掺杂浓度高于所述第二导电类型沟道部的掺杂浓度，沿第一方向，所述第二导电类型沟道部的长度为0.5
‑
8μm，其中所述第一方向为所述第二导电类型重掺杂部指向所述沟槽型栅电极的方向。
[0020]进一步的，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
[0021]本专利技术通过在垂直的碳化硅器件重集成肖特基二极管，相较于传统器件中体内P型基区与N型漂移区形成的寄生PIN二极管，肖特基二极管结构不存在电导调制效应，能够较快地抽取器件中被存储的非平衡载流子，降低器件在关断状态的反向恢复电荷，从而提升器件的反向恢复能力。
[0022]本专利技术还通过在沟槽型栅电极的下方和肖特基金属层的下方加入第二导电类型掺杂层，该第二导电类型掺杂层起到了截断电场线的作用，沟槽下方区域的电场线在第二
子部内终止，从而避免电场线进入栅极氧化层，降低热电子效应，降低对阈值电压和跨导影响的同时，也降低了拐角处的氧化层电场。同时，本专利技术相邻的两个第二导电类型掺杂层之间会形成一个JFET效应，在降低栅氧电场尖峰的同时，还保护了肖特基金属与第一导电类型电流扩展层之间形成的肖特基结。
[0023]本专利技术还公开了一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件制造方法，包括以下步骤：
[0024]提供第一导电类型碳化硅衬底。
[0025]在所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面外延第一导电类型碳化硅外延层和第一导电类型电流扩展层结构。
[0026]在所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面制作第二导电类型基区。
[0027]通过区域化离子注入在所述第二导电类型基区远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面形成第一导电类型源区。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件，其特征在于，包括：第一导电类型碳化硅衬底；第一导电类型碳化硅外延层，所述第一导电类型碳化硅外延层位于所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧；第一导电类型电流扩展层，所述第一导电类型电流扩展层位于所述第一导电类型碳化硅外延层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧；第二导电类型基区，所述第二导电类型基区位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧；第一导电类型源区，所述第一导电类型源区位于所述第二导电类型基区远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面；沟槽型栅电极，所述沟槽型栅电极位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧，且所述沟槽型栅电极在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述第一导电类型源区在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影不交叠；肖特基金属层，所述肖特基金属层位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧，所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述第二导电类型基区在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影毗邻，且所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述沟槽型栅电极在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影不交叠；第一绝缘层，所述第一绝缘层至少覆盖所述沟槽型栅电极和所述肖特基金属层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面，且至少部分暴露所述第一导电类型源区和第二导电类型基区；第一电极层，所述第一电极层位于所述第一绝缘层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧；第二电极层，所述第二电极层位于所述第一导电类型碳化硅衬底远离所述第一导电类型碳化硅外延层的一侧表面。2.如权利要求1所述的一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件，其特征在于，还包括：第二导电类型掺杂层，所述第二导电类型掺杂层位于所述第一导电类型电流扩展层远离所述第一导电类型碳化硅衬底的一侧表面，所述第二导电类型掺杂层包括第一子部，所述第一子部在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影至少部分交叠。3.如权利要求2所述的一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件，其特征在于，所述第一子部在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影覆盖所述肖特基金属层在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影。4.如权利要求2所述的一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件，其特征在于，所述第二导电类型掺杂层包括第二子部，所述第二子部在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影与所述沟槽型栅电极在所述第一导电类型碳化硅衬底上的投影至少部分交叠。5.如权利要求4所述的一种集成肖特基二极管的垂直碳化硅器件，其特征在于，所述第一子部和所述第二子部掺杂浓度相同。
6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，黄汇钦，
申请(专利权)人：天狼芯半导体成都有限公司，
类型：发明
国别省市：