[发明专利]集成二极管的沟槽栅碳化硅MOSFET器件及制造方法

说明书

本发明提供了一种集成二极管的沟槽栅碳化硅MOSFET器件及其制造方法，器件结构包括：N+衬底、N型漂移区、P‑well区、横向N+源区、纵向倒L型N+源区、N型沟道层、P‑base区、栅介质、多晶硅栅、源极、漏极。本发明在沟槽栅碳化硅MOSFET器件结构的沟槽底部深P‑well区引入一个N型沟道层和纵向倒L型N+源区，利用N型沟道层和栅氧化层界面处存在的低势垒，集成了具有低导通压降的二极管，显著改善了器件第三象限性能，抑制了体二极管开通引起的双极退化问题。此外，碳化硅MOSFET器件正向导通时，沟槽底部深P‑well区的N型沟道区作为积累型沟道与P‑base区中反型层沟道并联，提高了器件正向导通电流能力，降低了器件导通电阻。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体是一种集成二极管的沟槽型碳化硅MOSFET器件。

背景技术

碳化硅是一种化合物半导体，作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表之一，它拥有3倍于硅的禁带宽度，10倍于硅的临界击穿电场，并且还有电子饱和漂移速度高、热导率高等优点，这使得碳化硅器件在高压、大功率、高温电力电子领域有着广阔的应用前景。

碳化硅MOSFET是目前市场上应用最为广泛的碳化硅功率器件。由于碳化硅MOSFET是单极型功率器件，没有少子存储效应，因此有更好的频率特性，再加上其低功耗和耐高温的优点，深受新能源汽车、光伏发电等领域的青睐。碳化硅MOSFET有两种典型栅极结构：平面栅和沟槽栅。由于沟槽栅器件没有JFET区，元胞面积小，因此有效提高了芯片集成度，大大降低了导通电阻，发展潜力巨大。

碳化硅MOSFET器件作为电源系统的核心器件，不仅需要优异的第一象限特性，而且也需要优异的第三象限性能。虽然碳化硅MOSFET器件内部存在寄生体二极管，可在第三象限工作时导通续流，但是开启电压高达2～3V，因此碳化硅MOSFET体二极管导通时会带来较大损耗。同时由于碳化硅外延层存在基平面位错(BPD)，体二极管导通时电子和空穴复合所释放的能量将会导致堆垛层错在BPD处蔓延，从而产生双极退化现象，导致碳化硅MOSFET电学性能的退化，比如导通电阻增加，阻断状态下泄漏电流增大等，这给整个系统的性能和可靠性带来了严峻挑战。

发明内容

本发明提出一种集成二极管的沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制造方法，在沟槽底部深P-well区引入一个N型沟道层和纵向倒L型N+源区，通过降低二极管势垒高度，改善了器件第三象限性能，使其具有较低的开启电压和导通损耗，显著改善器件第三象限性能，抑制了体二极管开通引起的双极退化问题。同时，由于沟槽栅碳化硅MOSFET器件内部集成了低导通压降的二极管，去除了系统应用中碳化硅MOSFET器件需要外部反并联的肖特基二极管，节约了芯片面积，降低了成本。此外，碳化硅MOSFET器件正向导通时，沟槽底部深P-well区的N型沟道区作为积累型沟道与P-base区中反型层沟道并联，提高了器件正向导通电流能力，降低了器件导通电阻。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种集成二极管的沟槽栅碳化硅MOSFET器件，包括：