[发明专利]一种在元胞内集成续流二极管的沟槽SiC MOSFET

说明书

本发明公开了一种在元胞内集成续流二极管的沟槽SiC MOSFET，属于半导体技术领域。该结构中的续流二极管由N型源极多晶硅和SiC的P型屏蔽区形成的异质结二极管，与沟道二极管两部分构成，正向导通时，续流二极管提前开启于体内的寄生体二极管，使得体二极管导通被抑制，避免了因为体二极管的退化而引起的可靠性问题；同时，该结构将沟槽底部P型屏蔽区接地，避免了传统结构中浮动P型屏蔽区电极引起的器件可靠性问题，提高了器件长期使用中可靠性，同时优化了栅极氧化物底部的电场分布。且基于P型屏蔽区的浓度设计，在满足续流二极管开启电压要求的同时，对MOSFET沟槽氧化物以及底部续流二极管起到保护作用。

技术领域

本发明涉及一种在元胞内集成续流二极管的沟槽SiC MOSFET，属于半导体技术领域。

背景技术

电力电子系统的发展对开关器件的耐压级别和电流能力提出了更高的要求。作为高频开关器件，SiC MOSFET凭借着宽禁带半导体的材料特性，与同耐压级别的硅器件相比，具有工作频率高、导通电阻小、开关损耗低、极限工作温度高等优势，受到了越来越多的关注。

虽然SiC MOSFET具有良好的静态特性和动态特性，但由于器件内部寄生的体二极管开启电压较大(约为3V)，且体二极管导通会导致器件漂移区内的缺陷增多，引起器件的双极退化，进而导致器件的电学性能退化。这些问题严重地影响了器件的长期稳定工作性能和使用寿命。因此，当电路系统中产生反向瞬态大电流时，通常采用在开关器件的源漏端并联外部SiC续流二极管来避免SiC MOSFET内部体二极管的开启，但外部续流二极管额外引入寄生电容和寄生电感，影响了SiC MOSFET器件的开关性能，也制约了电力电子系统向高频化和小型化的发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种在元胞内集成续流二极管的沟槽SiCMOSFET器件，所述MOSFET器件的元胞结构包括由下至上依次层叠设置的漏极金属1、第一导电类型衬底层2、第一导电类型外延层3、JFET区4和源极金属13；

所述JFET区4上方具有沟槽结构、P-基区11、P-源区10、N-源区9、P型屏蔽区5；其中，所述沟槽结构中包括源极多晶硅6、源极多晶硅6左右两侧的栅极多晶硅7、栅极沟槽氧化物8、续流管氧化物12、阻断氧化物14；且所述源极多晶硅6呈倒T型，底部中间段贯穿沟槽底部的续流管氧化物12与P型屏蔽区5相连，底部两端呈圆弧状；

所述栅极多晶硅7位于倒T型的源极多晶硅6上半狭窄部分的两侧；两侧的栅极多晶硅7的上方与阻断氧化物14相连、下方和左右两侧与对应的栅极沟槽氧化物8相连；

所述P-基区11位于沟槽的两侧，P-源区10、N-源区9左右相贴位于所述P-基区11两端上方，其中N-源区9位于靠近沟槽的一侧，P-源区10位于远离沟槽的一侧；

所述源极金属13位于P-源区10、N-源区9、阻断氧化物14、源极多晶硅6的上方，且贯穿阻断氧化物14与源极多晶硅6相连。

可选的，所述续流管氧化物12的厚度小于所述栅极沟槽氧化物8的厚度。

可选的，所述栅极沟槽氧化物8厚度为40nm～100nm；所述续流管氧化物12厚度为10nm～40nm。

可选的，所述源极金属13与源极多晶硅6的接触孔长度为0.4μm～1μm。

可选的，所述P型屏蔽区5与源极多晶硅6的接触孔长度为0.4μm～1μm。

可选的，所述P型屏蔽区5的掺杂类型为P型掺杂，掺杂浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3，且中间部分的掺杂浓度高于上下两端的掺杂浓度。