[发明专利]一种高击穿电压的沟槽功率器件及其制造方法

权利要求书

1.一种高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件，其特征在于：该功率器件的结构为：从下至上顺序设有漏极金属(1)、N型衬底(2)、N型缓冲层(3)、N型外延层(4)，在N型外延层(4)上的四个角上分别设有P型外延柱(10)，在N型外延层(4)上的P型外延柱(10)之间设有呈方形阵列排布的多晶硅栅(8)，多晶硅栅(8)的外围设有栅氧化层(6)，栅氧化层(6)两侧设有P型体区(5)和N型源区(7)，P型体区(5)上方设有P型源区(9)，N型源区(7)、P型源区(9)和P型外延柱(10)的上方设有源极金属(11)。

2.根据权利要求1所述的高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件，其特征在于，所述P-外延柱(10)为方形，P-外延柱(10)位于方形器件原胞的四角，处于位于沿不同方向排布的多晶硅栅(8)的交汇处。

3.根据权利要求1所述的高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件，其特征在于，所述P-外延柱(10)的掺杂浓度为5×10¹⁷/cm^-3～5×10¹⁸/cm^-3。

4.根据权利要求1所述的高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件，其特征在于，所述P-外延柱(10)的顶部宽度能灵活设计，其宽度小于多晶硅栅(8)的宽度，或等于多晶硅栅(8)的宽度，或大于多晶硅栅(8)的宽度；P-外延柱(10)的高度为1.5μm～2.5μm，比多晶硅栅(8)深0.5μm～1μm；P-外延柱(10)的形状不限于规则立方体，P-外延柱(10)的底部可比顶部宽，以延伸到栅氧化层(6)的底部。

5.根据权利要求1所述的高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件，其特征在于，所述P-外延柱(10)上方直接与源极金属(11)相连。

6.根据权利要求1所述的高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件，其特征在于，所述P型体区(5)和N型源区(7)与源极金属(11)相连。

7.根据权利要求1所述的高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件，其特征在于，所述P-外延柱(10)的底部与N型外延层(4)接触，形成PN结，以降低沟槽尖角处氧化层内的电场强度，将器件的击穿点从沟槽尖角处转移到P-外延柱(10)与N-外延层(4)形成的PN结，提高器件的击穿电压，提升器件的可靠性。

8.一种如权利要求1所述的高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件的制备方法，其特征在于，该制备方法为：

第一步：使用外延工艺在N型半导体衬底(2)上生长一定厚度的N型缓冲层(3)；

第一步：使用外延工艺在N型缓冲层(3)上生长一定厚度的N型外延层(4)；

第二步：使用离子注入工艺形成P-外延柱薄层；

第三步：多次重复第一步和第二步，直到N型外延层(4)的厚度达到要求；

第四步：使用退火工艺形成最终的P-外延柱(10)；

第五步：使用刻蚀工艺在外延层上表面形成沟槽；

第六步：使用化学气相沉积工艺在沟槽侧壁和底部形成栅氧化层(6)；

第七步：使用化学气相沉积工艺在沟槽内形成多晶硅栅(8)；

第八步：使用离子注入工艺在沟槽两侧形成P型体区(5)、N型源区(7)和P源区(9)；

第九步：使用溅射工艺分别在N型源区(6)和P型源区(9)上表面和N型衬底(2)下表面形成源极金属(11)和漏极金属(1)。

9.根据权利要求8所述的高击穿电压的沟槽碳化硅功率器件的制备方法，其特征在于，所述P-外延柱(10)是在衬底外延过程中采用多次离子注入和外延工艺与N型外延层(4)同步形成；其工艺步骤为：a.生长一定厚度的N型外延层(4)，b.在P-外延柱(10)的对应区域进行P型离子注入，c.重复进行N型外延层的生长和对应区域的P型离子注入，d.通过热退火工艺形成P-外延柱(10)。