[发明专利]一种碳化硅MCT器件及其制造方法与应用

说明书

一种碳化硅MCT器件，其从下到上依次包括n型碳化硅衬底(1)、n型碳化硅缓冲层(2)、p型漂移层(3)、n型基区(4)；n型基区上部从左到右依次设有第一p型沟道区(5)、p型阳极区(7)和第二p型沟道区(5’)，第一p型沟道区(5)和第二p型沟道区(5’)分别包裹有第一n型阳极区(6)和第二n型阳极区(6’)；n型基区(4)顶部一侧设有沟槽，沟槽侧壁覆盖有沟槽栅氧化层(8)，沟槽内部填充第一栅电极(9)，形成沟槽栅结构；n型基区(4)顶部另一侧覆盖有平面栅氧化层(8’)，在平面栅氧化层(8’)上部填充第二栅电极(9)，形成平面栅结构。本发明的器件导通性能好，适合作为高压大功率电力电子领域的基础元器件。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别是涉及碳化硅MOS栅控晶闸管(MOS-Controlled Thyristor，MCT)器件及其制造方法与应用。

背景技术

MCT是一种新型双极复合器件，它是在普通晶闸管中集成MOS开关，通过MOS开关的通断来控制晶闸管的开启和关断。所以，MCT器件既有晶闸管良好的阻断和通态特性，又具有MOS场效应管输入阻抗高，驱动功率低和开关速度快的优点。MCT器件克服了晶闸管速度慢、不能自关断和高压MOS场效应管高导通压降大的缺点。当门极相施加正的脉冲电压，MCT的漏极电流使内部NPN晶体管导通，同时NPN晶体管的集电极电流使内部PNP晶体管导通，而PNP晶体管的集电极电流又促使了NPN晶体管的导通，这样的正反馈，使MCT迅速由截止转入导通，处于擎住状态；而当门极相对于阴极加负脉冲电压，PNP晶体管的基极－发射极被短路，使PNP晶体管截止，从而破坏了晶体管的擎住条件，使MCT关断。MCT的导通能力优于另一种常见的双极复合器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)，但其控制难度相比于IGBT更难，制作工艺更复杂。然而，在牵引和高压DC变换领域中，对大容量，高输入阻抗电力电子器件的迫切需要，激励着对MCT的研究。

目前硅基MCT器件的工艺已经逐渐成熟，而碳化硅MCT器件在国外尚处于预研中，尚未出现产品。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种碳化硅MCT器件及其制造方法与应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳化硅MCT器件，所述碳化硅MCT器件从下到上依次包括n型碳化硅衬底、n型碳化硅缓冲层、p型漂移层、n型基区；所述n型基区上部从左到右依次设有第一p型沟道区、p型阳极区和第二p型沟道区，所述第一p型沟道区和第二p型沟道区分别包裹有第一n型阳极区和第二n型阳极区；所述n型基区顶部一侧设有沟槽，所述沟槽侧壁覆盖有沟槽栅氧化层，所述沟槽内部填充第一栅电极，形成沟槽栅结构；所述n型基区顶部另一侧覆盖有平面栅氧化层，在所述平面栅氧化层上部填充第二栅电极，形成平面栅结构。

优选地，所述沟槽栅结构和所述平面栅结构上方均覆盖有介质层，所述介质层顶部设有阳极金属，所述n型碳化硅衬底背面设有阴极金属。

优选地，所述沟槽深度为2.5μm至3.5μm；所述沟槽深度大于所述n型基区深度，且小于所述p型漂移层深度。

优选地，所述n型基区掺杂浓度为1E16cm^-3至2E17cm^-3，所述第一p型沟道区和第二p型沟道区掺杂浓度均为1E16cm^-3至2E17cm^-3。

优选地，所述p型阳极区深度为0.4μm至1.2μm，所述第一p型沟道区和第二p型沟道区的深度为0.5μm至1μm，所述n型基区的深度为1.5μm至3μm，所述p型阳极区深度大于所述第一p型沟道区和所述第二p型沟道区深度，且小于所述n型基区深度。

优选地，所述沟槽栅氧化层和平面栅氧化层厚度均为30nm至60nm，且沟槽栅氧化层厚度与平面栅氧化层厚度相同；所述第一栅电极和第二栅电极的厚度为0.6μm至1μm。