[发明专利]一种异质集成二极管的SiC MOSFET器件

说明书

本发明公布了一种异质集成二极管的SiC MOSFET器件，其特征在于，包括自下而上依次设置有漏极、N+衬底、N‑外延层、P阱区的元胞结构；所述P阱区的表面设置有金属源极；所述N‑外延层的表面设置有半导体异质结结构；所述半导体异质结结构正面与金属源极连接；所述半导体异质结结构的两侧设置有栅极结构；所述栅极结构位于金属源极和N‑外延层之间；所述P阱区中具有N阱区；所述元胞结构最外侧的P阱区中还具有P+区，所述P+区和N阱区的引出端均与金属源极相连。本发明同时实现MOSFET正向导通特性和异质结二极管的反向续流特性，制备工艺与现有技术具有高度兼容性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体为一种异质集成二极管的SiC MOSFET器件。

背景技术

电力电子技术是实现电能变换的一项关键技术，广泛应用于几乎所有的与电能使用相关的领域。在电力电子技术中，电力电子器件是实现电能变换的关键核心元件。近年来，随着第三代半导体材料（SiC、GaN等）不断发展成熟，第三代半导体器件也开始逐渐应用于各种电力电子装备中，比如电动汽车、充电桩等。在新一代的半导体器件中，SiC MOSFET是其中发展最为成熟且在市场上最被接受的功率开关器件。然而，SiC MOSFET在使用过程中存在双极性退化的问题，尤其采用其体二极管作为续流二极管使用时，双极性退化问题将会更加严重。在绝大部分的电力电子应用系统中，通常都需要续流通道来导通SiCMOSFET关断时的反向电流，因此续流二极管在电力电子应用系统具有很大的应用需求。

虽然SiC MOSFET的体二极管不适合作为续流二极管使用，但需要说明的是，SiCMOSFET在导通时具有双向通流的能力，也即可以采用额外的SiC MOSFET形成续流通道。不过，该方法会增加电力电子应用系统中的功率半导体成本，且该方法在实际使用过程中还需要十分严格的死区时间控制，否则很容易引起“桥臂直通”的现象，损坏电力电子应用系统。事实上，常见的做法是在SiC MOSFET上反并联一个二极管作为续流通道，但该方法仍然会增加系统成本，且由于元件互连，会在电路中引入额外的杂散参数，降低系统的动态性能。

众所周知，近年来多种新型的SiC MOSFET结构相继被发明出来，但都是在传统的SiC MOSFET元胞之间额外引入二极管结构。如发明专利 201810991192.5中提供一种碳化硅MOSFET器件及其制造方法，通过在普通碳化硅UMOSFET结构的基础上，通过形成不连续的沟槽栅极结构，并于两沟槽栅极结构之间引入两碳化硅深P注入区，同时于两碳化硅深P注入区之间引入金属或多晶硅。该金属或多晶硅与碳化硅N外延直接接触，形成具有整流特性的肖特基接触或者异质结接触，该改进对传统碳化硅UMOSFET基本特性有大幅优化作用的同时，实现了多子整流器件的集成，优化了器件第三象限工作性能。虽然该专利实现了续流二极管的单片集成，但其所形成的异质结在两相邻的沟槽栅之间，必然加宽了原有的碳化硅传统MOSFET元胞尺寸，也即需要占用传统MOSFET的芯片面积来实现续流二极管，使得原有的碳化硅UMOSFET的有效面积降低，器件的通流能力随之降低。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种异质集成二极管的SiC MOSFET器件结构，在平面栅MOSFET上集成异质结二极管，不仅同时实现MOSFET正向导通特性和异质结二极管的反向续流特性，而且不需要占用额外的芯片面积，同时其制备工艺和SiC MOSFET具有高度的兼容性，无需增加制备成本的同时获得高性能的器件特性。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：