[发明专利]集成沟道二极管的碳化硅槽栅MOSFET器件及制造方法

说明书

本发明公开了一种集成沟道二极管的碳化硅槽栅MOSFET器件及制造方法，器件包括第一沟槽、第二沟槽、第一导电类型衬底、外延层、源区和沟道二极管源区、第二导电类型阱区、沟道二极管阱区。本发明于第一沟槽中形成栅极电极，于第一沟槽和第二沟槽中形成沟道二极管控制栅，在不增加元胞尺寸的前提下，于元胞中集成沟道二极管。在第三象限工作条件下，沟道二极管充当器件的续流二极管，抑制了体二极管的导通，避免了双极退化效应，有效减小了功率损耗。同时，沟道二极管的引入明显减小了器件的栅电容，有效改善了器件的开关特性。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种集成沟道二极管的碳化硅槽栅MOSFET器件及制造方法。

背景技术

电力电子系统的发展对半导体器件在高温、高频、抗辐照、高压等方面的性能提出了更高的要求。传统的硅材料器件制作工艺成熟，但材料本身的性能限制了硅器件在极端工作环境下的应用。与硅材料相比，碳化硅（SiC）材料因其更高的热导率、更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场强度等优点，成为制作能够适应极端环境的大功率器件的最重要半导体材料之一。

SiC功率器件中，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）因其栅极驱动简单、开关速度快等优点得到广泛应用。常规的平面栅型SiC MOSFET器件存在寄生结型场效应晶体管结构，且沟道迁移率较低，这两点使得器件的导通电阻较大。而沟槽型SiC MOSFET器件通过在沟槽侧壁形成沟道，既提高了沟道迁移率，又消除了JFET效应，使得器件导通电阻大大减小，并且缩小了元胞尺寸，增大了功率密度。但沟槽型SiC MOSFET器件在实际制作和应用中存在以下两个问题：其一是在高压下，沟槽底部的电场集中效应会影响栅介质的可靠性，导致器件提前击穿；其二是沟槽型SiC MOSFET器件的栅电容较大，导致其开关特性较差。

另外，SiC MOSFET器件在应用中，通常需要与一个二极管反并联使用，目前一般有两种方案。其一，使用SiC MOSFET器件内部的寄生二极管，但寄生二极管的开启电压较高、反向恢复特性较差、功率损耗较大。其二，将SiC MOSFET器件与外部二极管反并联使用，但该方案会增加成本，且金属连线会降低器件的可靠性。

发明内容

技术目的：针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种集成沟道二极管的碳化硅槽栅MOSFET器件及其制造方法，在不增加元胞尺寸的前提下，在元胞中集成沟道二极管，从而提升沟槽型SiC MOSFET器件栅介质可靠性，降低栅电容，同时避免体二极管导通引起的双极退化问题。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种集成沟道二极管的碳化硅槽栅MOSFET器件，包括，

漏极电极；

第一导电类型衬底，位于所述漏极电极之上；

第一导电类型外延层，位于所述第一导电类型衬底之上；

第二导电类型沟道二极管阱区，位于所述第一导电类型外延层之中；

第一导电类型沟道二极管源区，位于所述第二导电类型沟道二极管阱区之中；

第二沟槽，位于所述第一导电类型沟道二极管源区和第二导电类型沟道二极管阱区之上；

第一沟槽，位于所述第二沟槽之上；

第二导电类型阱区，位于所述第一导电类型外延层之中；

第一导电类型源区，位于所述第二导电类型阱区之中；

第一栅极电极和第二栅极电极，分别位于所述第一沟槽左右两侧；

沟道二极管控制栅，位于所述第一沟槽、第二沟槽之中；

第一栅介质层，位于所述第二沟槽之中，所述沟道二极管控制栅的底部；

第二栅介质层，位于所述第一沟槽之中、所述第一栅极电极远离沟道二极管控制栅的一侧、所述第二栅极电极远离沟道二极管控制栅的一侧；