[实用新型]一种集成肖特基二极管的碳化硅场效应管

说明书

本实用新型涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种集成肖特基二极管的碳化硅场效应管，包括衬底层和外延层，外延层背离衬底层的一侧具有栅极沟槽，栅极沟槽内具有栅极氧化层以及栅电极层，还包括与栅极介质层顶部相连的栅极；外延层中紧贴栅极沟槽的两侧具有P‑we l l阱区，P‑we l l阱区顶部具有源极接触N+区域；还包括设于外延层上表面的肖特基金属层。本实用新型通过在紧贴栅极沟槽处设置P‑we l l阱区，与现有技术相比，节省P‑we l l空间、提高器件整体的功率密度进而降低成本。此外通过设置肖特基金属层将SBD集成在本实用新型中，结合SBD和Si C‑MOS的优点，可以有效降低MOS的反向恢复电荷，提升反向开关特性及减少开关损耗。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种集成肖特基二极管的碳化硅场效应管。

背景技术

相较于以硅为代表的第一代半导体材料和以砷化镓为代表的第二代半导体材料，第三代半导体材料碳化硅具有更大的禁带宽度和更高的临界击穿场强。相比同等条件下的硅功率器件，碳化硅器件的耐压程度约为硅材料的10倍。另外，碳化硅器件的电子饱和速率较高、正向导通电阻小、功率损耗较低，适合大电流大功率运用，降低对散热设备的要求。相对于其它第三代半导体(如GaN)而言，碳化硅能够较方便的通过热氧化形成二氧化硅。所以碳化硅被认为是新一代高效能电力电子器件重要的发展方向，在新能源汽车、轨道交通、机车牵引、智能电网等领域具有广阔的应用前景。

目前，大功率碳化硅MOSFET器大多如中国专利CN109686667A（公开日期为2019年4月26日）公开的SiC-MOS，在各领域应用电路中都需要反并联二极管形成续流回路。现有技术中SiC-MOS所并联二极管主要的方式：一、靠自身体内结构形成寄生PN二极管，此方式寄生碳化硅二极管导通压降大和反向恢复特性差，导致开关损耗大。二、器件外接快恢复二极管使用，此方式导致成本变高和体积增大等缺点。此外，碳化硅价格较高，是推广过程主要的阻力之一。

可见，现有技术中的碳化硅MOS存在反向恢复特性差，制作成本高的问题亟待解决。

实用新型内容

为解决现有的碳化硅MOS如上所述的反向恢复特性差以及制作成本高的问题，本实用新型提供一种集成SBD（Schottky Barrier Diode，肖特基二极管）的碳化硅场效应管SiC-MOS。

一种集成SBD的SiC-MOS，包括衬底层和外延层，所述外延层背离所述衬底层的一侧具有栅极沟槽，所述栅极沟槽内具有栅极氧化层以及栅电极层，还包括与所述栅电极层顶部相连的栅极；

所述外延层中紧贴所述栅极沟槽的两侧具有P-well阱区，所述P-well阱区顶部具有源极接触N+区域；还包括设于所述外延层上表面的肖特基金属层，所述肖特基金属层与所述P-well阱区相连接。

进一步地，所述肖特基金属层的侧面还设有与所述P-well阱区相连接的源极欧姆接触金属；所述SiC-MOS还包括隔离介质层和源极，所述隔离介质层设于所述源极欧姆接触金属周围，所述源极与所述肖特基金属层和所述源极欧姆接触金属相连。

进一步地，所述SiC-MOS还包括漏极欧姆接触金属和漏极；所述漏极欧姆接触金属设于所述衬底层背离所述外延层一面；所述漏极与所述漏极欧姆接触金属相连接。

进一步地，所述栅极氧化层为所述栅极沟槽内表面厚度为30nm～80nm的SiO₂层；所述栅电极层为填充在所述栅极氧化层沟槽内的多晶硅。

进一步地，所述肖特基金属层材料为Au、Ti、Mo、Pt、Ni、Pd、W中的一种。