[实用新型]一种高效率高可靠度的碳化硅MOS管

说明书

技术领域

一种高效率高可靠度的碳化硅MOS管，属于半导体制造技术领域。

背景技术

第一代的半导体材料以硅、锗为代表，随着半导体技术的不断发展，目前以碳化硅材料为代表的第三代半导体材料已经受到广泛应用。相比较以硅、锗为代表第一代半导体材料，以碳化硅材料为代表的第三代半导体材料具有禁带宽且耐高温、高电压的优点，从而大大的提高了半导体器件的性能和品质。

以常见的沟槽式MOS为例，沟槽式MOS管的结构如图8所示，包括N+型衬底9，在N+型衬底9的上方依次设置有N型漂移区8、P型基区5、在P型基区5的上表面并排开设有若干沟槽，沟槽穿过P型基区5进入N型漂移区8，在沟槽的外圈形成N+型源区2，在沟槽的顶部设置顶层氧化物层3，形成MOS结构，并在顶层氧化物层3的上部和N+型衬底9的下部分别设置顶层金属层1和底层金属层10，然后引出MOS管的栅极、源极、和漏极。在现有技术中，MOS管中的N型漂移区8的掺杂浓度和厚度是按照MOS管在耐电压的情况下，N型漂移区8和P型基区5之间形成的PN结上下空乏时所承受的电压而设计的，因此N型漂移区8的阻抗也随之确定。在现有技术中，为提高MOS管内的PN结空乏时所承受的电压，N型漂移区8的掺杂浓度往往较低，因此也同时导致了N型漂移区8的阻抗较高，即电流的导通效率较低。

虽然碳化硅材料制成的MOS管与硅材料制成的MOS管在结构上区别较小，但是碳化硅材料在制成中，其对工艺的要求更为苛刻，具体而言：硅材料的MOS管在制造P型基区5和N+型源区2时都是通过离子注入的方式形成，对于硅材料的MOS管而言，离子注入的过程较为成熟，但是对于碳化硅材料而言，在制作P型基区5和N+型源区2若通过离子注入的方式实现，则需要用到大于1MeV的超高能量，同时需要600℃左右或以上的高温，即使在满足上述两个条件下，离子注入的深度也只有0.5μm至1μm左右，完成离子注入后还需要用约1600℃的高温退火以修复高能离子注入时造成的晶圆损伤，激活离子的电性，并且在1600℃的高温环境下离子在碳化硅内扩散非常缓慢。由上述可知，碳化硅材料在制造过程中对工艺的发生条件要求极为苛刻，在目前国内，仅仅在一些科研机构以及高校实验室中拥有可以满足部分要求的设备，而在大部分企业中，鉴于成本的考虑，极少数企业会投入极大的资金用于设备的引进，因此大大限制了碳化硅材料半导体器件的发展。针对现有技术的不足，目前急需一种导电效能高、可靠度高的技术方案。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置氧化硅柱，氧化硅柱的外圈与漂移区之间形成辅助空乏区，使得MOS管内部的漏流大大减小，从而可以降低漂移区的厚度并增加其浓度，使漂移区的阻抗降低，同时降低了栅氧层所承受的电场压力的高效率高可靠度的碳化硅MOS管。

本实用新型该高效率高可靠度的碳化硅MOS管，包括碳化硅衬底以及衬底上方的漂移区，在漂移区的上方依次形成基区、源区以及顶层氧化物层，设置有穿过源区、基区并进入漂移区的沟槽，在沟槽内填充多晶硅并形成MOS结构，其特征在于：在所述的衬底的上方并排设置若干氧化硅柱，氧化硅柱自源区的上表面向下穿过源区、基区以及漂移区延伸至衬底的上表面处，所述的沟槽开设在工作区的氧化硅柱内部，在工作区内相邻的氧化硅柱之间开设有接触孔，接触孔自上而下穿过顶层氧化物层、源区并进入基区，表层金属通过接触孔把相邻沟槽之间的源区及基区相连接形成源极。

优选的，在所述顶层氧化物层的上方设置有顶层金属层。

优选的，在所述衬底的下方设置有底层金属层。

优选的，所述的衬底为N+型衬底，所述的漂移区为N型漂移区，所述的基区为P型基区，所述的源区为N+型源区。

优选的，在最外侧开设有沟槽的氧化硅柱外侧的氧化硅柱形成终止区。

优选的，所述的沟槽低于漂移区上表面0.1~0.5μm。

优选的，所述的接触孔底端低于基区上表面0.1~0.5μm。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

1、在本高效率高可靠度的碳化硅MOS管中，由于氧化硅柱向下延伸至衬底处，因此氧化硅柱的外圈与漂移区之间会形成辅助空乏区，因此MOS管内部的漏流大大减小。同时由于氧化硅柱的外圈与漂移区之间形成的空乏区起到了辅助空乏的作用，因此在相同耐压要求的前提下，可以降低漂移区的厚度并增加其掺杂浓度，因此漂移区的阻抗降低，提高了MOS管正向导通时的导电效率。