[发明专利]一种基于双MOS栅控的P型碳化硅晶闸管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于双MOS栅控的P型碳化硅晶闸管，包括：钝化层(1)、阳极接触金属(2)、关断栅极接触金属(3)、开启栅极接触金属(4)、栅氧化层(5)、N+短路区(6)、P+阳极区(7)、N‑漂移区(8)、P‑漂移区(9)、缓冲层(10)、衬底(11)以及阴极接触金属(12)。本发明通过引入双MOS栅结构，将器件的驱动控制从传统的电流型转变为电压型，有利于前端控制电路的设计、实现以及功耗的降低；且开启栅和关断栅独立工作，分别控制器件的开启和关断，有利于器件在开关或脉冲工作状态下的快速导通和关断，可以显著提高器件的工作频率。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于双MOS栅控的P型碳化硅晶闸管及其制备方法。

背景技术

随着的半导体技术的快速发展，第三代半导体材料以其优异的特性引起了人们的兴趣，其中，碳化硅由于具有载流子饱和迁移率高、耐高温、热导率高等优点，使得碳化硅器件在高温、高压、高速等条件下更有优势，从而得到广泛应用。

碳化硅晶闸管作为高压大功率器件具有非常高的电压阻断能力、出色的电流处理能力以及高通态di/dt能力，因而被广泛应用于大功率逆变器、高压脉冲开关、不间断电源等电力电子设备中。传统的碳化硅晶闸管结构如图1所示，其中，区域1为阳极接触金属，区域2为P+阳极区，区域3为栅极接触金属，区域4为阴极接触金属，其主要是通过在栅极上施加脉冲电流信号控制器件的开启和关断，再此过程中，两边的栅极金属所起的作用相同。

然而，由于需要电流驱动控制，传统碳化硅晶闸管的前端控制电路较为复杂且功耗较高；此外，传统碳化硅晶闸管的PN结型栅极结构使得器件开启时间和关断时间的优化十分困难，不利于器件在高速工作状态下的导通以及关断。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于双MOS栅控的P型碳化硅晶闸管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于双MOS栅控的P型碳化硅晶闸管，包括：钝化层、阳极接触金属、关断栅极接触金属、开启栅极接触金属、栅氧化层、N+短路区、P+阳极区、N-漂移区、P-漂移区、缓冲层、衬底以及阴极接触金属，其中，

所述缓冲层、所述P-漂移区、所述N-漂移区、所P+阳极区依次设置于所述衬底上表面，所述阴极接触金属设置于所述衬底的下表面；

所述N+短路区设置在所述N+阳极区内部右上方且与所述P+阳极区的上表面平齐；

所述栅氧化层包括彼此间隔的两部分，其一部分设置在所述P+阳极区的右侧并延伸至所述N+短路区上部和N-漂移区上部，另一部分设置在所述N-漂移区(8)的左侧并延伸至所述P+阳极区上部和所述P-漂移区上部；

所述开启栅极接触金属和所述关断栅极接触金属分别设置在所述栅氧化层的表面并部分覆盖所述栅氧化层；

所述阳极接触金属设置在所述P+阳极区和所述N+短路区的上表面，并位于所述栅氧化层的两部分之间；

所述钝化层设置在所述关断栅极接触金属、所述开启栅极接触金属、以及所述阳极接触金属的部分上表面。

在本发明的一个实施例中，还包括通过在器件开启栅区域进行碳注入和表面薄层Si₃N₄工艺形成的高寿命区。

在本发明的一个实施例中，所述开启栅极接触金属与所述关断栅极接触金属的面积比为3:1～5:1。

本发明的另一个实施例还提供了一种基于双MOS栅控的P型碳化硅晶闸管的制备方法，包括以下步骤：

(a)在N+碳化硅衬底上依次外延生长缓冲层、P-漂移区、N-漂移区以及P+阳极区；

(b)刻蚀所述碳化硅衬底以形成关断栅台面和开启栅台面；