[发明专利]一种碳化硅TrenchMOS器件及其制作方法

说明书

本发明公开了碳化硅Trench MOS器件及其制作方法，属于功率半导体技术领域。本发明鉴于通过外部反并联一个快恢复二极管(FRD)以及直接使用碳化硅Trench MOS器件的寄生二极管均存在不足，通过在传统器件的P⁺接触区增设多晶硅区，使得多晶硅与碳化硅外延层材料形成Si/SiC异质结，进而在器件内部集成了一个二极管。本发明显著降低了器件二极管应用时的结压降；并且二极管应用时的导电模式由双极导电转变为单极导电，因此还具有反向恢复时间短，反向恢复电荷少的优点；本发明器件结构仍具有寄生碳化硅二极管反向漏电低，击穿电压高和器件温度稳定性能好的优点，因此本发明在逆变电路、斩波电路等电路中具有广阔前景。

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种碳化硅Trench MOS器件及其制作方法。

背景技术

功率器件及其模块为实现多种电能形式之间的转换提供了有效的途径，在国防建设、交通运输、工业生产、医疗卫生等领域得到了广泛应用。自上世纪50年代第一款功率器件应用以来，每一代功率器件的推出，都使得能源更为高效地转换和使用。故而，功率半导体器件的历史，也就是功率半导体器件推陈出新的历史。

传统功率器件及模块由硅基功率器件主导，主要是以晶闸管、功率PIN器件、功率双极结型器件、功率MOSFET以及绝缘栅场效应晶体管等器件为主，并且在全功率范围内均得到了广泛的应用，同时凭借其悠久历史、十分成熟的设计技术和工艺技术占领了功率半导体器件的主导市场。然而，随着功率半导体技术发展的日渐成熟，硅基功率器件其特性已逐渐逼近其理论极限。因而，研究人员在硅基功率器件狭窄的优化空间中努力寻求更佳参数的同时，也注意到了SiC、GaN等第三代宽带隙半导体材料在大功率、高频率、耐高温、抗辐射等领域中优异的材料特性。

碳化硅材料诸多吸引人的特性，如十倍于硅材料的临界击穿电场强度、高的热导率、大的禁带宽度以及高电子饱和漂移速度等，使得碳化硅材料成为了国际上功率半导体器件的研究热点，并在高功率应用场合，如高速铁路、混合动力汽车、智能高压直流输电等，碳化硅器件均被赋予了很高的期望。同时，碳化硅功率器件降低功率损耗效果显著，使得碳化硅功率器件被誉为带动新能源革命的绿色能源器件。

碳化硅Trench MOS器件凭借其高热导率、高临界击穿电场、抗辐射性能极佳以及高电子饱和速度等特点，在逆变电路、斩波电路等电路中得到了广泛的应用。碳化硅TrenchMOS器件在传统逆变电路、斩波电路等电路应用中一般需要与一个反并联二极管共同发挥作用，通常有以下两种方式：其一为：直接使用器件Pbase区与N-外延层及N+衬底形成的碳化硅寄生PIN二极管；所形成碳化硅PN结具有约为3V的结压降，若直接利用该PIN二极管，则将导致较大的正向导通压降、功率损耗以及较低的电路应用效率，这不仅导致了器件发热引发的可靠性问题，同时对于能源资源的浪费也应被引起重视；其二是在器件外部反并联一个快恢复二极管(FRD)使用，然而该方法引起系统成本的上升、体积的增大以及金属连线增加后可靠性降低等问题，使得碳化硅Trench MOS器件在传统逆变电路、斩波电路等应用中的推广受到了一定的阻碍。

综上所述，如何实现碳化硅Trench MOS器件在逆变电路、斩波电路等电路中广泛应用，并解决现有应用所存在的功率损耗高、工作效率低，系统成本高等问题，成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种碳化硅Trench MOS器件及其制作方法，通过在传统器件的P⁺接触区增设多晶硅区，使得多晶硅与碳化硅外延层材料形成Si/SiC异质结，进而在器件内部集成了一个二极管。运用本发明碳化硅Trench MOS器件于上述电路中能够克服现有技术所存在的功率损耗高、工作效率低、生产成本高等问题。

为实现上述目的，一方面，本发明公开了一种碳化硅Trench MOS器件的技术方案，具体技术方案如下：

技术方案1：