[发明专利]集成高速续流二极管的沟槽碳化硅MOSFET及制备方法

说明书

本发明公开了一种集成高速续流二极管的沟槽碳化硅MOSFET及制备方法，属于功率半导体器件技术领域，本发明的MOSFET为沟槽结构，为了解决沟槽底部拐角处的电场集中问题，我们在MOSFET旁边加入了沟槽型的栅控二极管，并且沟槽底部均加入了P型埋层，借此削弱彼此的电场强度。此外，栅控二极管与器件原有的体二极管并联，大幅度降低了体二极管的导通压降，从而降低了反向续流工作模式下的损耗。另外，栅控二极管为单极型器件不存在少子存储效应，可以完全消除体二极管的反向恢复电流，从而降低动态损耗。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及集成高速续流二极管的沟槽碳化硅MOSFET及其制备方法。

背景技术

宽禁带半导体材料SiC是制备高压电力电子器件的理想材料，相对于Si材料，SiC材料具有击穿电场强度高（4×10⁶V/cm）、载流子饱和漂移速度高(2×10⁷cm/s)、热导率高、热稳定性好等优点，因此特别适合用于大功率、高压、高温和抗辐射的电子器件中。

SiC VDMOS是SiC功率器件中较为常用的一种器件，相对于双极型的器件，由于SiCVDMOS没有电荷存储效应，所以其拥有更好的频率特性以及更低的开关损耗。同时SiC材料的宽禁带使得SiC VDMOS的工作温度可以高达300℃。

但是平面型SiC VDMOS存在两个问题，其一是JFET区的密度较大，引入了较大的密勒电容，增加了器件的动态损耗；其二是寄生的SiC体二极管导通压降太高，并且其为双极型器件，存在较大的反向恢复电流，此外碳化硅BPD缺陷造成的双极退化现象使得该体二极管的导通压降随着使用时间的增长持续升高，因此，SiC VDMOS的体二极管无法直接作为续流二极管使用。

为了解决这两个问题，本发明提出了所述的集成高速续流二极管的沟槽碳化硅MOSFET。本发明的MOSFET为沟槽结构，沟槽MOSFET的多晶硅底部栅氧化层较厚，并且在本设计中为沟槽底部加入P型掺杂埋层，相对于平面VDMOS可以大幅度降低起密勒电容，降低其开关损耗。为了解决沟槽底部拐角处的电场集中问题，我们在MOSFET旁边加入了沟槽型的栅控二极管，并且沟槽底部均加入了P型埋层，借此削弱彼此的电场强度。此外，栅控二极管与器件原有的体二极管并联，大幅度降低了体二极管的导通压降，从而降低了反向续流工作模式下的损耗。另外，栅控二极管为单极型器件不存在少子存储效应，可以完全消除体二极管的反向恢复电流，从而降低动态损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，针对碳化硅功率半导体的高频开关应用需求，提供了集成高速续流二极管的沟槽碳化硅MOSFET及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

一种集成高速续流二极管的沟槽碳化硅MOSFET，包括背面欧姆接触合金1，N型掺杂碳化硅衬底2，N型掺杂碳化硅外延层3，第一P型掺杂埋层41，第二P型掺杂埋层42，第三P型掺杂埋层43，第一栅氧化层51，第二栅氧化层52，第一多晶硅61，第二多晶硅62，第一P型掺杂井区71，第二P型掺杂井区72，第三P型掺杂井区73，第一N型掺杂源区81，第二N型掺杂源区82，P型掺杂源区9，层间介质10，正面欧姆接触合金11；