[实用新型]一种双工作模式碳化硅功率器件结构

说明书

本实用新型公开了一种双工作模式碳化硅功率器件结构，该功率器件结构包括Bipolar部分及MOSFET部分，其具体包括N型衬底及设置在该N型衬底底部的集电极金属层，N型衬底的顶部设置有P‑base区，P‑base区上通过沟槽设置有若干栅极氧化层及竖直布置在对应栅极氧化层内的沟槽栅极；P‑base区内设置有若干N+注入区和P+注入区，P‑base区的顶部两侧对应于N+注入区和P+注入区的位置上设置有可浮动基级和发射极，且所述可浮动基级和发射极之间通过ILD外绝缘层进行隔离，该功率器件结构的制作包括生长外延层、生长场氧化层等步骤，工艺流程和普通碳化硅MOSFET的流程兼容，不需要增加新步骤。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种双工作模式碳化硅功率器件结构。

背景技术

碳化硅(SiC)是新型宽禁带半导体材料，具有出色的物理、化学和电性能。碳化硅的击穿电场强度是传统硅的10倍，导热率是硅的3倍，且具有更高的开关频率，可减小电路中储能元件的损耗和体积。理论上，碳化硅器件可以在高温环境下工作，且具有优异的抗辐射性能，大大提高了其高温稳定性。这使得基于碳化硅的功率半导体器件，在大功率和高温应用环境中非常具有吸引力和应用前景。碳化硅(SiC)器件的主要优点是宽禁带和高临界电场, 可以在同样的漂移区厚度内达到10倍于硅器件的崩溃电压值，从而大大降低漂移区厚度，降低导通电阻。

跟传统的硅IGBT相比，SiC MOSFET的优势在于：不存在开启拐点电压; 高临界电场（大约是硅的10倍）使得相同电压下SiC可以极大地缩小漂移区厚度；宽禁带（硅的3倍）使得SiC更容易达到175度甚至200度的最高工作结温。由于这些特性，SiC可以大大降低芯片导通压降和开关损耗。同时，由于SiC MOSFET本身有体二极管，不需要外部并联反向恢复二极管，极大地提高了系统的集成度。然而，由于碳化硅目前主流的器件是MOSFET，比较难做到像IGBT那样的大电流密度。采用SiC IGBT的技术可以解决这个问题，但是由于SiC的宽禁带特性，开启拐点电压远远大于Si IGBT，在低电流小负载情况下的功耗会大大增加。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可以兼顾低电流下的导通压降和承载高电流能力且制作工艺与普通碳化硅MOSFET的流程兼容的一种双工作模式碳化硅功率器件结构及其制作方法。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种双工作模式碳化硅功率器件结构，包括器件结构本体，所述器件结构本体包括Bipolar部分及MOSFET部分，且所述Bipolar部分及MOSFET部分均包括N型衬底及设置在该N型衬底底部的集电极金属层，所述N型衬底的顶部设置有P-base区，该P-base区上通过延伸至N型衬底内的沟槽设置有若干栅极氧化层及竖直布置在对应栅极氧化层内的沟槽栅极；所述P-base区的顶部设置有若干延伸至P-base区内的N+注入区和P+注入区，P-base区的顶部两侧对应于N+注入区和P+注入区的位置上设置有可浮动基级和发射极，且所述可浮动基级和发射极之间通过ILD外绝缘层进行隔离，所述栅极氧化层及沟槽栅极的顶部通过ILD内绝缘层与对应位置上的可浮动基级或发射极进行隔离。

进一步地，所述ILD外绝缘层内横向设置有若干布置在P-base区顶部的平面栅极，所述P-base区对应于平面栅极左右两端的位置上分别设置有一组N+注入区，所述平面栅极的左右两端分别通过ILD衬垫与对应位置上的N+注入区连接。

进一步地，所述Bipolar部分内的版图布置包括纵向布置的第一N+注入区、第二N+注入区及横向布置在两N+注入区之间的若干组平面栅极，且相邻两平面栅极之间的第一N+注入区上通过第一P+注入区进行隔离；所述MOSFET部分内的版图布置包括纵向布置的第三N+注入区、第四N+注入区及纵向布置在两N+注入区之间的第二P+注入区。