[发明专利]一种碳化硅TMBS器件结构及其制造方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅TMBS器件结构。所述结构包括一n型掺杂碳化硅衬底，其上方有一n型掺杂碳化硅外延层，在碳化硅外延层的顶部有若干沟槽，所述沟槽的侧壁和底部有氧化层，所述沟槽中填充有p型掺杂多晶硅，每两个相邻的沟槽之间有p型沟槽保护区，p型沟槽保护区包裹对应的两个沟槽的内边缘。本发明同时公开了该器件的制造方法。与常规的TMBS器件结构及制造方法相比，本发明结合了碳化硅材料的特点，通过引入沟槽保护区的结构，以在正向大电流状态下起到双极型导通的作用，提高了器件允许的最大浪涌电流。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种碳化硅TMBS器件结构及其制造方法。

背景技术

碳化硅肖特基二极管是最早实现商业化的碳化硅基电力电子器件结构，因其优良的器件性能，在通讯电源和光伏逆变等领域被广泛的使用。传统的碳化硅肖特基二极管为平面型结构，利用漂移区顶部注入的p型区域，减小器件顶部的电场；在浪涌工作条件下，p型注入区域与n型漂移区的np结开启，导通大的浪涌电流。

沟槽型JBS器件是一种改进的碳化硅肖特基二极管结构，使用沟槽+p型注入的方法，进一步降低阻断状态下的表面电场，从而使器件漂移区能够采用更高的掺杂浓度，提高器件的导通特性。然而沟槽型JBS器件结构仅仅降低了接触表面的最大场强，并未提高碳化硅漂移区的击穿电压。

在硅器件中，最新的肖特基二极管器件结构为沟槽型MOS势垒肖特基二极管(TMBS)，其利用槽内电极与外延层之间形成的MOS势垒的电荷耦合效应，在器件承受反向耐压不变的基础上，可以使用更高掺杂浓度的外延层，从而大幅降低器件的通态电阻，能够突破材料的单极型性能极限。

然而，硅器件TMBS结构不能直接转移到碳化硅器件中，主要有两方面因素：第一，使用碳化硅器件制备传统结构的TMBS，阻断状态下二氧化硅会发生提前击穿；第二，传统的TMBS结构中没有双极性电流路径，浪涌特性较差，在硅器件中不明显，但在碳化硅器件中是突出的缺陷。

发明内容

本发明提出一种碳化硅TMBS器件结构及其制造方法，利用电荷耦合效应，降低肖特基接触表面电场，提高外延层的掺杂浓度，降低器件的通态电阻，通过引入沟槽保护结构，降低阻断状态下栅氧最大场强，保护结构同时起到浪涌电流双极型通路的作用，提高了器件的浪涌能力。

在第一方面，本发明提出了一种硅衬底上3C碳化硅器件结构，包括一n型掺杂碳化硅衬底，其上方有一n型掺杂碳化硅外延层，在碳化硅外延层的顶部有若干沟槽，所述沟槽的侧壁和底部有氧化层，所述沟槽中填充有p型掺杂多晶硅，每两个相邻的沟槽之间有p型沟槽保护区，p型沟槽保护区包裹对应的两个沟槽的内边缘。

优选地，所述p型沟槽保护区的深度大于所述沟槽的深度，且所述p型沟槽保护区包裹对应的两个沟槽彼此相靠近一侧的内边缘。

优选地，所述沟槽的深度为0.5μm至1μm。

优选地，所述氧化层的厚度为30nm至100nm。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种碳化硅TMBS器件的制造方法，包括如下步骤：

S1、在碳化硅衬底上生长碳化硅外延层；

S2、进行p型离子注入，以在所述碳化硅外延层的顶部形成若干P型注入区；

S3、通过刻蚀工艺在每个P型注入区的两侧刻蚀沟槽，并使得沟槽部分刻蚀于所述p型注入区内；

S4、通过氧化工艺在沟槽的侧壁及底部形成氧化层；

S5、在上述结构的表面沉积p型掺杂多晶硅，以填充所述沟槽；

S6、在上述结构的正面溅射肖特基接触金属，背面溅射欧姆接触金属，激光退火后形成碳化硅TMBS器件结构。