一种碳化硅TrenchMOS器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了碳化硅Trench MOS器件及其制作方法，属于功率半导体技术领域。本发明专利技术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

Silicon carbide TrenchMOS device and manufacturing method thereof

The invention discloses a silicon carbide Trench MOS device and manufacturing method thereof, and belongs to the field of power semiconductor technology. In view of the invention by external anti parallel a fast recovery diode (FRD) and direct the use of silicon carbide Trench MOS devices are limited by the parasitic diode, in the traditional P device

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅TrenchMOS器件及其制作方法
本专利技术属于功率半导体
，具体涉及一种碳化硅TrenchMOS器件及其制作方法。
技术介绍
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、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅Trench MOS器件，其元胞结构包括：自下而上依次设置的金属漏电极(7)、N

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅TrenchMOS器件，其元胞结构包括：自下而上依次设置的金属漏电极(7)、N+衬底(6)及N-外延层(5)；其特征在于：所述N-外延层(5)上层两端分别具有左右对称设置的第一P+多晶硅区(11)和第二P+多晶硅区(111)，第一P+多晶硅区(11)和第二P+多晶硅区(111)上表面分别设有第一金属电极(12)和第二金属电极(121)；在两个P+多晶硅区(11、111)之间的N-外延层(5)具有Trench栅结构，所述Trench栅结构包括多晶硅栅(9)、设于多晶硅栅(9)底面及侧壁的栅氧化层(10)以及设于多晶硅栅(9)上表面的金属栅极(8)；在第一P+多晶硅区(11)与Trench栅结构之间N-外延层(5)上层还具有第一Pbase区(4)；所述第一Pbase区(4)中具有相互独立的第一N+源区(3)和第一P+接触区(2)，第一N+源区(3)及第一P+接触区(2)上表面具有第一金属源极(1)；在第二P+多晶硅区(111)与Trench栅结构之间N-外延层(5)上层还具有第二Pbase区(41)；所述第二Pbase区(41)中具有相互独立的第二N+源区(31)和第二P+接触区(21)，第二N+源区(31)及第二P+接触区(21)上表面具有第二金属源极(1a)；所述Pbase区(4、41)的深度小于P+多晶硅区(11、111)的深度和Trench栅结构的深度；所述第一金属源极(1)与第一金属电极(12)相接触，第二金属源极(1a)和第二金属电极(121)相接触；各电极之间通过介质相互隔离形成左右对称的元胞结构。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅TrenchMOS器件，其特征在于，第一P+多晶硅区(11)和第二P+多晶硅区(111)分别在器件两侧的横向方向上连续或者不连续分布，使得元胞排列为条形排列、方形排列、品字型排列、六角形排列或者原子晶格排列。3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅TrenchMOS器件，其特征在于，第一P+多晶硅区(11)和第二P+多晶硅区(111)下方还具有与之相接触的第一P+碳化硅区(14)和第二P+碳化硅区(141)；所述P+碳化硅区(14、141)的深度大于Trench栅结构的深度。4.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅TrenchMOS器件，其特征在于，第一P+多晶硅区(11)和第二P+多晶硅区(111)下方还具有与之相接触的第一介质层区(13)和第二介质层区(131)；所述介质层区(13、131)的深度大于Trench栅结构的深度。5.根据权利要求3所述的一种碳化硅TrenchMOS器件，其特征在于，P+碳化硅区(14、141)的宽度大于或者等于P+多晶硅区(11、111)的底部宽度。6.根据权利要求4所述的一种碳化硅TrenchMOS器件，其特征在于，介质层区(13、131)的宽度大于或者等于P+多晶硅区(11、111)的底部宽度。7.根据权利要求1或2或5或6或所述的一种碳化硅TrenchMOS器件，其特征在于，各结构层的掺杂类型互换。8.一种碳化硅TrenchMOS器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：采用外延工艺，在碳化硅N+衬底(6)上表面制作N-外延层(5)；第二步：采用离子注入工艺，在N-外延层(5)上方注入P型半导体杂质形成Pbase区；第三步：采用光刻和离子注入工艺，在Pbase区上层两端注入P型半导体杂质，分别形成两个左右对称的P+接触区；第四步：采用光刻和离子注入工艺，在两个P+接触区之间的Pbase区上层注入N型半导体杂质，分别形成与P+接触区相独立的N+源区，通过高温退火激活上述注入的杂质；第五步：采用两次刻蚀工艺，在N-外延层中间位置及N-外延层两侧位置刻蚀出沟槽，进而得到第一Pbase区(4)和第二Pbase区(41)以及第一N+源区(3)和第二N+源区(31)；刻蚀得到的沟槽深度均大于Pbase区的深度，并且N-外延层两侧位置刻蚀出的沟槽深度大于中间位置沟槽的深度；第六步：采用热氧化或者淀积和刻蚀工艺，在N-外延层中间位置的底面及侧壁热氧化或者淀积生成一层栅介质材料，刻蚀去除多余栅介质材料，制得栅介质层(10)；第七步：采用淀积和刻蚀工艺，在器件表面淀积一层P+多晶硅，刻蚀去除多余P+多晶硅材料，在N-外延层中间位置的沟槽内形成由栅介质层包围的多晶硅栅(9)，在N-外延层两侧位置的沟槽内形成第一P+多晶硅区(11)和第二P+多晶硅区(111)；第八步：采用淀积和刻蚀工艺，在器件表面淀积一层金属层，刻蚀完成后，在第一P+接触区和第一N+源区表面形成第一源极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金平，邹华，刘竞秀，李泽宏，任敏，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51