[发明专利]一种非对称异质结碳化硅槽型场氧功率MOS器件

说明书

本发明属于半导体功率器件领域，涉及一种非对称异质结碳化硅槽型场氧功率MOS器件，包括依次线性布置的漏极金属、N型衬底层、N型漂移区、N型载流子扩散区、P型沟道层、源极金属；还包括与源极金属连通的槽型栅电极、槽型源电极以及N型源区；所述槽型源电极包括源极P型多晶硅；所述槽型栅电极和槽型源电极上设有P保护层；所述源极P型多晶硅与N型载流子扩散区采用异质结二极管结构。本发明在槽型栅电极和槽型源电极上分别使用P保护层的同时，在槽型源电极中布置源极P型多晶硅，能有效降低器件的导通压降、增加器件的击穿电压以及降低器件的开关损耗。

技术领域

本发明属于半导体功率器件领域，涉及一种非对称异质结碳化硅槽型场氧功率MOS器件。

背景技术

碳化硅功率器件由于其更高的功率密度、更高的开关频率和更低的开关损耗而成为研究和工程中的热点，已广泛应用于电源系统中，但是高芯片成本和可靠性问题仍然限制它们取代Si IGBT的地位。而碳化硅MOS器件中体二极管劣化所带来的器件稳定性问题引起了人们长期关注，并由此提出众多解决该问题的方案，其中在器件中嵌入异质结二极管被认为是能够有效解决该问题的结构之一。

典型的具有保护层的碳化硅槽型场氧功率MOS器件结构较传统槽型器件可大大降低沟槽底部拐角处的峰值电场，并且减少栅极电容，增加了器件开关速度。碳化硅槽型场氧功率MOS器件结构内部具有P型沟道区，漂移区和衬底形成一个寄生体二极管。在逆变电路运用时，可充分利用此寄生体二极管导电，从而省略外接快恢复二极管，达到系统小型化的目的。

然而，作为碳化硅基器件，与硅基器件相比，碳化硅二极管的内建电势较高，而且在大电流导电的情况下，体二极管会劣化，导致整个器件可靠性降低。因此，为了抑制体二极管的劣化，相关研究者提出了具有肖特基势垒二极管的碳化硅MOS器件结构。然而，这又会带来额外的光刻和其他复杂的工艺，最重要的是，肖特基金属的面密度极大地影响了碳化硅MOS器件的阈值电压和状态特性。

因此为了进一步降低具有肖特基二极管结构的碳化硅槽型场氧器件的工艺制造难度，缓解器件击穿电压与导通电阻之间的矛盾，解决由于体二极管劣化带来的可靠性问题，具有异质结二极管结构的碳化硅槽型场氧器件的进一步研究成为了碳化硅功率MOS器件的研究热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非对称异质结碳化硅槽型场氧功率MOS器件，在槽型栅电极和槽型源电极上分别使用P保护层的同时，在槽型源电极中布置源极P型多晶硅，能有效降低器件的导通压降、增加器件的击穿电压以及降低器件的开关损耗。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种非对称异质结碳化硅槽型场氧功率MOS器件，包括依次线性布置的漏极金属、N型衬底层、N型漂移区、N型载流子扩散区、P型沟道层、源极金属；还包括与源极金属连通的槽型栅电极、槽型源电极以及N型源区；所述槽型源电极包括源极P型多晶硅；所述槽型栅电极和槽型源电极上设有P保护层；所述源极P型多晶硅与N型载流子扩散区采用异质结二极管结构。

可选的，所述槽型栅电极包括栅氧层与栅极多晶硅。

可选的，所述栅极多晶硅为N型多晶硅或者栅极P型多晶硅。

可选的，所述栅极P型多晶硅和/或源极P型多晶硅的材料为镍、钛、金或者银中的一种金属或多种金属的组合。

可选的，所述槽型栅电极与所述源极金属、N型源区、P型沟道层相接触。

可选的，所述槽型栅电极与所述源极金属的下部、N型源区的侧面、P型沟道层的侧面接触。

可选的，所述源极P型多晶硅的上部与所述源极金属的下部接触，所述源极P型多晶硅的侧面与N型载流子扩散区的侧面接触，所述源极P型多晶硅的下部与源极一侧P保护层的上部接触。