[发明专利]一种集成凸块状肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件元胞结构

说明书

本发明公开了一种集成凸块状肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件元胞结构，所述碳化硅MOSFET器件元胞结构之间集成了凸块状肖特基二极管，并且所述凸块状肖特基二极管两侧的MOSFET元胞P‑well区边缘设置有P‑Plus的深注入区将凸块状肖特基二极管环绕在中间保护起来。本申请通过在MOSFET元胞之间集成了凸块状肖特基二极管，在器件工作时，起续流二极管的作用，提高了电路工作的效率与可靠性，降低了电路制作成本。而凸块状肖特基二极管在受到反向电压时，两侧MOSFET的深P‑Plus区会把肖特基凸块区域完全掩蔽，从而使凸块SBD能承受更高的耐压，实现高压大电流的器件优化设计。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种集成凸块状肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件元胞结构。

背景技术

SiC材料因其优良特性在高功率方面具有强大的吸引力，成为高性能功率MOSFET的理想材料之一。SiC垂直功率MOSFET器件主要有横向型的双扩散DMOSFET以及垂直栅槽结构的UMOSFET，其结构如图1所示。DMOSFET结构采用了平面扩散技术，采用难熔材料，如多晶硅栅作掩膜，用多晶硅栅的边缘定义P基区和N+源区。DMOS的名称就源于这种双扩散工艺。利用P型基区和n+源区的侧面扩散差异来形成表面沟道区域。而垂直栅槽结构的UMOSFET，其命名源于U型沟槽结构。该U型沟槽结构利用反应离子刻蚀在栅区形成。

SiC基功率器件的理论最高工作电压范围大于10kV，高于硅基绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件的工作电压；作为单极性器件，其开关速度快于双极型的硅基IGBT，所需外延层更是由于SiC十倍于硅基的临界击穿电场而减小，因此被视为替代硅基IGBT器件的理想选择。对于可控开关型的电力电子器件如：IGBT、金属氧化层半导体场效应晶体管(MOSFET)等，其在应用时，往往与二极管反并联以在电路中起续流作用。硅基IGBT一般是将反并联的二极管同时封装成为功率模块，而硅基MOSFET则由于P阱与漂移区自然形成了反并联二极管，因此不需额外增加二极管来并联封装。

SiC基功率MOSFET虽然也具有自然形成的反并联二极管，但是由于SiC的禁带宽度高，其PN结二极管的开启电压高，达到3V左右，当使用SiC MOSFET内部的反并联二极管时，会大大的增加电路中的功耗；同时，由于SiC材料中的基矢面位错会由于PN结的工作诱导出层错(也被称为bipolar degradation)，因此，采用其内部PN结二极管作反并联二极管会影响器件的可靠性。使用SiC MOSFET器件时，一般需要在其外部反并联SiC肖特基二极管，但是这样会增加器件的制作成本。业界有研究在SiC MOSFET的cell之间的N型区上直接制作肖特基金属集成平面型SBD，但这样形成的SBD区域的面积有限，耐压和可靠性在高压大电流器件中受到严重的制约和挑战。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成凸块状肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件元胞结构，其通过在MOSFET元胞之间集成了凸块状肖特基二极管，在器件工作时，起续流二极管的作用，提高了电路工作的效率与可靠性，降低了电路制作成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种集成凸块状肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件元胞结构，所述碳化硅MOSFET器件元胞结构之间集成了凸块状肖特基二极管，并且所述凸块状肖特基二极管两侧的MOSFET元胞P-well区边缘设置有P-Plus的深注入区将凸块状肖特基二极管环绕在中间保护起来。

进一步，所述碳化硅MOSFET器件元胞结构为平面栅结构或者V槽、U槽沟槽栅结构。

进一步，所述凸块状肖特基二极管的凸块区的N型区可以是先表面高浓度注入然后直接刻蚀形成，也可以是二次外延稍高浓度的N-Epi层后再刻蚀形成，掺杂浓度高于其底下MOSFET区域的N-epi漂移区，以优化肖特基势垒和减小肖特基区的导通阻抗。

本发明具有以下有益技术效果：