一种内建SBD保护结构的SiC-TMOS器件及其制作方法技术

一种内建SBD保护结构的SiC‑TMOS器件及其制作方法，该SiC‑TMOS器件包括自下而上设置的N+基底、N‑漂移层，还包括AOD层和第一金属层，AOD层设于N‑漂移层的上表面并与第一金属层接触形成SBD，在AOD层的侧面设有对称分布的保护结构以对SBD进行耐压保护。第一方面，在AOD层的侧面设置对称分布的保护结构，使得本申请的SiC‑TMOS器件具有双沟道的导通效果，可有效降低导通电阻并增强导通的稳定性；第二方面，由于保护结构中设有P型区域、沟槽栅极区域和P+屏蔽层，使得其具备了三层的耐压保护特性，每个保护层都可形成电荷耦合并在耗尽时减少漏电，提升器件的阻断电压能力也减小了SiC‑TMOS器件在内置SBD时的基础性能所受的影响，具有较好的应用前景。

A SiC-TMOS device with built-in SBD protection structure and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种内建SBD保护结构的SiC-TMOS器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体制造领域，具体涉及一种内建SBD保护结构的SiC-TMOS器件及其制作方法。
技术介绍
在电力电子行业的发展过程中，半导体技术起到了决定性作用，其中功率半导体器件一直被认为是电力电子设备的关键组成部分。随着电力电子技术在工业、医疗、交通、消费等行业的广泛应用，功率半导体器件直接影响着这些电力电子设备的成本和效率。传统的功率半导体器件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、肖特基势垒二极管、功率MOSFET以及绝缘栅场效应晶体管为主，在全功率范围内均得到了广泛的应用。然而，这类器件的性能均已接近硅材料的理论极限，已经很难通过对硅基功率器件的设计和优化达到性能上的大幅度提升。以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的宽禁带半导体材料具备优异的材料特性，被视为下一代半导体材料。宽紧带半导体材料其相比于硅材料具有较大的禁带宽度、较高的热导率、较高的电子饱和漂移速度，以及十倍于硅材料的临界击穿电场，使其在高温、高频、大功率、抗辐射应用场合下成为十分理想的半导体材料，可显著降低电子设备的能耗。当前，宽禁带半导体器件因其相对于硅基功率器件具有更加优越的性能，已在多个领域得到应用。在高电压和大功率应用方面，基于SiC的器件备受瞩目，SiC-MOSFET器件不但具有单极化的工作机制，还具有设计和制造工艺的便宜性质，因此该类器件已被接受和应用。虽然，SiC材料具有较高的阻挡电压和导通电阻，但较大的禁带宽度会导致SiC-MOSFET器件有较大的开启电压，对自身的体二极管的操作时可能引起双极退化的问题。因此，在多数电力电子系统设计中，会采取与SiC-MOSFET器件反向并行的SiC-SBD的外接方法来解决问题，由于高功率密度的应用要求，往往采用外接SiC-SBD与SiC-MOSFET器件相结合的方法来提高器件的反向导电性能，然而，如何将SiC-SBD与SiC-MOSFET器件相结合而不影响MOSFET器件的性能仍是领域内的技术挑战。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是如何减小内建SBD时对SiC-TMOS器件的性能影响。为解决上述技术问题，本申请提供一种内建SBD保护结构的SiC-TMOS器件及其制作方法。根据第一方面，一种实施例中提供一种内建SBD保护结构的SiC-TMOS器件，其包括自下而上设置的N+基底、N-漂移层，还包括AOD层和第一金属层；所述AOD层设于所述N-漂移层的上表面，与所述第一金属层接触形成SBD，所述AOD层的侧面设有对称分布的保护结构，所述保护结构用于对所述SBD进行耐压保护。所述保护结构包括顺序设置的第一保护层、第二保护层和第三保护层；所述第一保护层包括P型区域，用于形成电荷耦合并在耗尽时减少漏电，为所述SBD提供第一层的耐压保护；所述第二保护层包括沟槽栅极区域，用于形成电荷耦合并在在耗尽时减少漏电，为所述SBD提供第二层的耐压保护；所述第三保护层包括P+屏蔽层，用于形成电荷耦合并在耗尽时减少漏电，为所述SBD提供第三层的耐压保护。所述P型区域包括P基，以及P基之上的由外向内并排设置的N+掺杂区、P+掺杂区，所述P基为所述SBD提供耐压保护。所述第二保护层中的沟槽栅极区域延伸至所述SiC-TMOS器件的顶端，所述P型区域设于所述沟槽栅极区域的外侧，所述P型区域中的所述P基和所述N+掺杂区与所述沟槽栅极区域接触，所述第三保护层中的P+屏蔽层设于所述沟槽栅极区域的下表面；所述第一金属层设于所述SiC-TMOS器件的顶端，所述AOD层通过所述对称分布的保护结构的中间区域延伸至所述第一金属层，所述AOD层分别与所述P+屏蔽层、所述沟槽栅极区域、所述P型区域的一个或多个侧面相接触。所述第一金属层覆盖所述P型区域的上表面，与所述N+掺杂区、所述P+掺杂区相接触，所述P+掺杂区用于对所述N+掺杂区和所述AOD层进行隔离，所述N+掺杂区用于形成所述SiC-TMOS器件的源极；所述N+基底的下表面设有第二金属层，所述第二金属层与所述N+基底接触形成欧姆接触，所述第二金属层用于形成所述SiC-TMOS器件的漏极；所述沟槽栅极区域的侧壁上设有氧化层，侧壁以内设有多晶硅层，所述多晶硅层用于形成所述SiC-TMOS器件的栅极。根据第二方面，一种实施例中提供一种SiC-TMOS器件的制作方法，包括以下步骤：设置N+基底，采用外延工艺在所述N+基底上表面制得N-漂移层；在所述N-漂移层上外延形成AOD层；采用掺杂工艺、蚀刻工艺、氧化工艺和沉积工艺，在所述AOD层的侧面构建对称分布的保护结构，所述保护结构用于对所述SiC-TMOS器件进行耐压保护。所述采用掺杂工艺、蚀刻工艺、氧化工艺和沉积工艺，在所述AOD层的侧面构建对称分布的保护结构，包括：在所述AOD层的侧面上注入P型掺杂的材料，形成预设宽度和厚度的P基；从所述AOD层的顶部边沿处向下蚀刻，形成沟槽，使得所述沟槽的宽度小于所述P基的宽度，以及使得所述沟槽的深度大于所述P基的厚度；在所述沟槽的底部掺杂形成P+屏蔽层，且避免所述P+屏蔽层与所述N-漂移层接触；对所述P基进行掺杂和退火形成P型区域，所述P型区域的下层为P基，上层为由外向内并排的N+掺杂区、P+掺杂区；对所述沟槽进行氧化生长和多晶硅沉积，形成沟槽栅极区域，所述沟槽栅极区域包括侧壁上的氧化层和侧壁以内的多晶硅层。所述AOD层通过所述对称分布的保护结构的中间区域延伸至所述SiC-TMOS器件的顶端，分别与所述P+屏蔽层、所述沟槽栅极区域、所述P型区域的一个或多个侧面相接触。上述的制作方法还包括：在所述SiC-TMOS器件的顶端堆积第一金属层，所述第一金属层覆盖所述P型区域中的N+掺杂区和P+掺杂区，以及覆盖延伸至所述SiC-TMOS器件的顶端的AOD层，所述第一金属层与所述AOD层接触以形成SBD，所述P+掺杂区用于对所述N+掺杂区和所述AOD层进行隔离，所述N+掺杂区用于形成所述SiC-TMOS器件的源极；在所述N+基底的下表面堆积第二金属层，所述第二金属层与所述N+基底相接触以形成欧姆接触，所述第二金属层用于形成所述SiC-TMOS器件的漏极；所述沟槽栅极区域的多晶硅层用于形成所述SiC-TMOS器件的栅极。所述P型区域构成所述保护结构的第一保护层，用于形成电荷耦合并在耗尽时减少漏电，为所述SBD提供第一层的耐压保护；所述沟槽栅极区域构成所述保护结构的第二保护层，用于形成电荷耦合并在在耗尽时减少漏电，为所述SBD提供第二层的耐压保护；所述P+屏蔽层构成所述保护结构的第三保护层，用于形成电荷耦合并在耗尽时减少漏电，为所述保护结构提供第三层的耐压保护。本申请的有益效果是：依据上述实施例的一种内建SBD保护结构的SiC-TMOS器件及其制作方法，该SiC-TMOS器件包括自下而上设置的N+基底、N-漂移层，还包括AOD层和第一金属层，该AOD层设于N-漂移层的上表面，与第一金属层接触形成SBD，AOD层的侧面设有对称分布的保护结构，该保护结构用于对形成的SBD进行耐压保护；该制作方法包括：设置N+基底，采用外延工艺在所述N+基底上表面制得N-漂移层，在N-漂移层上外延形成AOD层，采用掺杂工艺、蚀刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内建SBD保护结构的SiC‑TMOS器件，其包括自下而上设置的N+基底、N‑漂移层，其特征在于，还包括AOD层和第一金属层；所述AOD层设于所述N‑漂移层的上表面，与所述第一金属层接触形成SBD，所述AOD层的侧面设有对称分布的保护结构，所述保护结构用于对所述SBD进行耐压保护。

【技术特征摘要】
1.一种内建SBD保护结构的SiC-TMOS器件，其包括自下而上设置的N+基底、N-漂移层，其特征在于，还包括AOD层和第一金属层；所述AOD层设于所述N-漂移层的上表面，与所述第一金属层接触形成SBD，所述AOD层的侧面设有对称分布的保护结构，所述保护结构用于对所述SBD进行耐压保护。2.如权利要求1所述的SiC-TMOS器件，其特征在于，所述保护结构包括顺序设置的第一保护层、第二保护层和第三保护层；所述第一保护层包括P型区域，用于形成电荷耦合并在耗尽时减少漏电，为所述SBD提供第一层的耐压保护；所述第二保护层包括沟槽栅极区域，用于形成电荷耦合并在在耗尽时减少漏电，为所述SBD提供第二层的耐压保护；所述第三保护层包括P+屏蔽层，用于形成电荷耦合并在耗尽时减少漏电，为所述SBD提供第三层的耐压保护。3.如权利要求2所述的SiC-TMOS器件，其特征在于，所述P型区域包括P基，以及P基之上的由外向内并排设置的N+掺杂区、P+掺杂区，所述P基用于为所述SBD提供耐压保护。4.如权利要求3所述的SiC-TMOS器件，其特征在于，所述第二保护层中的沟槽栅极区域延伸至所述SiC-TMOS器件的顶端，所述P型区域设于所述沟槽栅极区域的外侧，所述P型区域中的所述P基和所述N+掺杂区与所述沟槽栅极区域接触，所述第三保护层中的P+屏蔽层设于所述沟槽栅极区域的下表面；所述第一金属层设于所述SiC-TMOS器件的顶端，所述AOD层通过所述对称分布的保护结构的中间区域延伸至所述第一金属层，所述AOD层分别与所述P+屏蔽层、所述沟槽栅极区域、所述P型区域的一个或多个侧面相接触。5.如权利要求4所述的SiC-TMOS器件，其特征在于，所述第一金属层覆盖所述P型区域的上表面，与所述N+掺杂区、所述P+掺杂区相接触，所述P+掺杂区用于对所述N+掺杂区和所述AOD层进行隔离，所述N+掺杂区用于形成所述SiC-TMOS器件的源极；所述N+基底的下表面设有第二金属层，所述第二金属层与所述N+基底接触形成欧姆接触，所述第二金属层用于形成所述SiC-TMOS器件的漏极；所述沟槽栅极区域的侧壁上设有氧化层，侧壁以内设有多晶硅层，所述多晶硅层用于形成所述SiC-TMOS器件的栅极。6.一种SiC-TMOS器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：设置N+基底，采用外延工艺在所述N+基底上表面制得N-漂移层；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：林信南，钟皓天，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44