[发明专利]碳化硅平面MOSFET器件及制备方法

说明书

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种碳化硅平面MOSFET器件及其制备方法。本发明相对于传统的平面型碳化硅MOSFET，去掉了其N型碳化硅衬底，在器件源区一侧引入了第一N型碳化硅缓冲层，在器件漏区一侧引入了第二N型碳化硅缓冲层，并且在器件漏区一侧引入了P型多晶硅/N型碳化硅异质结以及不相连的P型区域。所述器件结构可以使平面型碳化硅MOSFET在获得大的正反向对称耐压的同时，具有较小的正向导通压降。此外，为了进一步提升器件耐压以及导通特性，给出了几种相应的衍生结构。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种碳化硅平面MOSFET器件及其制备方法。

背景技术

逆变器是将直流电转换为交流电的器件，其应用场景比较广泛，比如光伏逆变器、不间断电源、轨道交通和无轨电车、变频器等。多电平逆变器具有低损耗、低噪声以及输出波形接近正弦波等优良特性，因此其应用场景更加广阔。矩阵逆变器是一种新型的电力转换器，它可以直接实现交流-交流的转换。与传统的交流-直流-交流变频方式相比，矩阵逆变器不需要直流电容进行中间储能，提高了整个系统的可靠性，并且降低了成本。

具有正反向导通能力和阻断能力的双向开关是多电平逆变器和矩阵逆变器的核心器件。逆阻型绝缘栅双极型晶体管(RB-IGBT)是一种具有双向阻断能力的新型IGBT，将两个RB-IGBT反向并联便可以构成一个双向开关。传统的双向开关通常由两个普通IGBT和两个快恢复二极管构成，与之相比，由RB-IGBT构成的双向开关元件数目更少，导通损耗更低。常规的RB-IGBT通常采用非穿通型(NPT)结构，这种结构的IGBT漂移区较长，因此电流拖尾严重，关断损耗较大。如何降低双向开关的功率损耗是目前的研究热点之一。

碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表之一，具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、热导率高等优良特性。与相同耐压等级的IGBT相比，碳化硅MOSFET拥有更低的导通压降和关断损耗。因此，如果碳化硅MOSFET能够实现双向阻断，其性能相比RB-IGBT会优越很多。图1是传统的平面型碳化硅MOSFET，该结构具备较大的正向阻断能力和较低的导通压降。然而，该结构并不具备反向阻断能力。

发明内容

本发明的目的是为了解决如何让平面型碳化硅MOSFET具备大的正反向对称耐压，以及如何降低其导通压降的问题。传统的平面型碳化硅MOSFET如图1所示，并不具备反向阻断能力。本发明提出了三种技术方案。技术方案1如图2所示，本技术方案中去掉了传统的平面型碳化硅MOSFET结构中的碳化硅衬底，在源区一侧引入了第一N型碳化硅缓冲层，在漏区一侧引入了第二N型碳化硅缓冲层，并且在第二N型碳化硅缓冲层中引入了不相邻分布的P型区域，同时引入了P型多晶硅区域从而形成P型多晶硅/N型碳化硅异质结，其中P型区域和P型多晶硅区域都与漏极金属直接相接。该器件结构使平面型碳化硅MOSFET获得了大的正反向对称耐压，同时获得了较低的正向导通压降。技术方案2如图3所示，技术方案2中也去掉了传统的平面型碳化硅MOSFET结构中的碳化硅衬底，在源区一侧引入了第一N型碳化硅缓冲层，在漏区一侧引入了第二N型碳化硅缓冲层，与技术方案1不同的地方是其器件背部结构，在本技术方案中，P型区域并不直接与漏极金属相接，而是浮空在第二N型碳化硅缓冲层中，同时，相比于技术方案1，P型多晶硅区域的位置也发生了一定的变化，即P型多晶硅区域的位置与P型区域相对应，但宽度略小于P型区域，这使得器件在反向阻断时的漏电流进一步减小，同时具备较低的正向导通压降。技术方案3如图4所示，技术方案3中也去掉了传统的平面型碳化硅MOSFET结构中的碳化硅衬底，在源区一侧引入了第一N型碳化硅缓冲层，在漏区一侧引入了第二N型碳化硅缓冲层，与前两种技术方案有所不同的是，本技术方案中P型多晶硅区域在第二N型碳化硅缓冲层中经过刻蚀形成刻蚀槽之后通过淀积工艺形成的。本发明还提供了三种技术方案中器件的制备方法，制作工艺简单可控，与现有工艺兼容性强。

一方案一

1、一种碳化硅平面MOSFET器件，其元胞结构包括：