[发明专利]一种增强型碳化硅MOSFET器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种增强型碳化硅MOSFET器件，自下而上依次为：背面金属，N+型重掺杂SiC衬底，N‑外延层，绝缘介质层以及正面金属。本发明将肖特基二极管集成到MOSFET器件当中通过灵活增减肖特基势垒金属层的面积来调整和适配MOSFET及肖特基二极管的电流和规格，从而起到增加MOSFET开关速度，降低开关损耗等作用，可以大幅提升器件性能和可靠性，并降低器件应用成本。采用沟槽型SiC MOSFET设计，将导电沟道从传统的水平方向变更为垂直方向，从而消除了传统MOSFET的原胞之间的JFET效应，提升器件的电流能力。沟槽底部的栅底P区可以保护减弱沟槽底部电场，对槽底栅氧起到一定的静电屏蔽的作用，提升器件的可靠性。同时对器件耐压也有一定的帮助。

技术领域

本发明属于半导体芯片制造工艺技术领域,具体涉及一种增强型碳化硅MOSFET器件及其制造方法。

背景技术

第三代半导体材料碳化硅(SiC)具有不同于传统硅半导体材料的诸多特点，其能带间隙为硅的2.8倍,达到3.09电子伏特；其绝缘击穿场强为硅的5.3倍,高达3.2MV/cm，其导热率是硅的3.3倍,为49w/cm·K。从而使其在高温、高频、大功率、抗辐射应用场合下成为十分理想的半导体材料。由于碳化硅功率器件可显著降低电子设备的能耗，故碳化硅功率器件在新能源领域内得到了广泛的应用。

金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)是下一代高效电力电子器件技术的核心器件。SiC MOSFET相比于Si-MOSFET导通电阻更小、开关电压更高、应用频率更高、温度性能更好，特别适用于功率开关应用。SiC MOSFET经过领域内多年的研究，已经有一些现有技术能够制备出SiC MOSFET器件。在很多的实际应用场景中存在着SiC MOSFET器件的开关速度较慢以及开关损耗过大的问题，另外，器件的电流能力也不够可靠。因此，现有技术中提出一种解决方案，即在SiCMOSFET器件中反并联一个二极管一起工作。这样可以提升开关器件的开关速度，降低开关损耗，提升器件的电流能力及可靠性。

然而，现有技术中存在以下问题：

1.现有技术中往往将源极与p阱进行了电连接短路，这种器件设计方式实际上等同于并联了一个源极及沟道之间的反偏二极管。由于SiC材料禁带宽度高，反并联的PN二极管的开启电压非常高，相应的损耗也大。

2.现有技术中反并联的PN二极管的降低器件电流驱动能力同时也会增大损耗。

因此，目前需要一种解决方案能够使得器件的开关速度加快，开关损耗降低，提升器件电流驱动能力。提升器件整体可靠性。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种增强型碳化硅MOSFET及其制造方法。该增强型碳化硅MOSFET器件采用沟槽型结构，相比较传统的平面型结构，其导电沟道从水平方向变为垂直沟道，原胞与原胞之间的寄生JFET电阻变更肖特基器件，对碳化硅MOSFET器件起到增加开关速度，降低开关损耗等正面作用。并且因为结构的差异，传统结构中的寄生JFET电阻不再存在，从而可以起到降低MOSFET导通电阻的作用，从而提升MOSFET的电流能力。