一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件制造技术

本发明专利技术提出一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件，元胞在第一表面为多边形或圆形布局设计，结构包含衬底、源极和漏极，还包括第一N型碳化硅区域，位于衬底上方；与所述第一N型碳化硅区域相邻的JFET区域；第一P型碳化硅区域，位于所述第一N型碳化硅区域上方、JFET区域的一侧；第一源极区域，位于所述第一N型碳化硅区域上方、JFET区域的另一侧；第一隔离栅极区域，位于第一P型碳化硅区域、JFET区域和第一源极区域上方。这种结构能实现在不牺牲MOSFET的工作性能的同时，增强体二极管的导通性能和抗浪涌电流能力，获得器件性能与可靠性之间的优化与平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件
本专利技术涉及一种半导体器件，尤其涉及一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件。
技术介绍
传统硅基半导体器件的性能已经逐渐接近材料的物理极限，而采用以碳化硅为代表的第三代半导体材料所制作的器件具有高频、高压、耐高温、抗辐射等优异的工作能力，能够实现更高的功率密度和更高的效率。SiCMOSFET作为SiC开关器件的代表，具有开关损耗低、工作频率高、易驱动、适合并联使用等优点，现已逐渐在电动汽车、充电桩、新能源发电、工业控制、柔性直流输电等应用场景中得到推广和使用。图1为传统功率MOSFET元胞的截面图000。所述传统功率MOSFET器件包括漏极1、源极11、第一隔离栅极区域13、衬底2、第一N型碳化硅区域3、第一源极区域12、JFET区域7。所述衬底2具有第二表面15。所述第一N型碳化硅区域3，位于衬底2上方，具有第一表面14，具有第一N型掺杂浓度；所述JFET区域7与所述第一N型碳化硅区域3相邻；所述第一源极区域12，位于所述第一N型碳化硅区域3上方、JFET区域7两侧，所述第一源极区域12包括第二N型碳化硅区域5、第二P型碳化硅区域4、第三P型碳化硅区域6，所述第二N型碳化硅区域5具有第二N型掺杂浓度，所述第二P型碳化硅区域4具有第二P型掺杂浓度，所述第三P型碳化硅区域6具有第三P型掺杂浓度；所述第一隔离栅极区域13，位于JFET区域7和第一源极区域12上方，所述第一隔离栅极区域13包括栅氧层8、栅电极层9、钝化层10；所述源极11包括第一金属化层，所述第一金属层在第一表面14上方延伸并且与第一源极区域12直接接触形成欧姆接触001。所述漏极1包括第二金属化层，所述第二金属化层在第二表面下方15延伸并且与衬底2形成欧姆接触002。与传统SiIGBT模块相比，SiCMOSFET因其具有更低的导通损耗和更快的开关频率，可以提高系统效率，且因其内部自带体二极管可以免外接续流二极管，从而降低电路设计复杂度和系统成本。然而，在电力电子装备技术的发展过程中，追求工作效率和功率密度的同时，系统的稳定性和可靠性是另一个重要的考量指标。当电力电子系统出现故障时，在保护电路来不及做出反应或者没有保护电路的情况下，SiCMOSFET器件本身需要承受浪涌的冲击，而浪涌电流主要流通SiCMOSFET的体二极管，该过程虽然很短暂，但对器件的要求却很高。有研究表明，当浪涌电流超过器件的承受能力时，SiCMOSFET器件发生了栅源短路，解剖之后发现了芯片表面铝电极发生熔化、源极欧姆接触层消失、Pwell区出现退化等现象。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的一个或多个技术问题，本专利技术提出一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件。根据本专利技术一实施例提出了一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件，包括：至少一个体二极管增强元胞，所述体二极管增强元胞呈多边形或圆形排布于所述碳化硅功率MOSFET器件内，所述体二极管增强元胞包括：衬底；N型碳化硅区域，具有第一N型掺杂，位于所述衬底上方；JFET区域或沟槽隔离区域，位于所述N型碳化硅区域内；金属化层，位于所述N型碳化硅区域上方；P型碳化硅区域或肖特基区域，所述P型碳化硅区域具有P型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述P型碳化硅区域与所述金属化层直接接触形成欧姆接触，所述肖特基区域具有N型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述肖特基区域与所述金属化层直接接触形成肖特基接触；以及传统源极区域，位于所述JFET区域的另一侧。根据本专利技术一实施例提出了一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件，包括：多个体二极管增强元胞，所述体二极管增强元胞呈多边形或圆形排布于所述碳化硅功率MOSFET器件内，每个体二极管增强元胞包括：衬底；N型碳化硅区域，具有第一N型掺杂，位于所述衬底上方；JFET区域或沟槽隔离区域，位于所述N型碳化硅区域内；金属化层，位于所述N型碳化硅区域上方；P型碳化硅区域或肖特基区域，所述P型碳化硅区域具有P型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述P型碳化硅区域与所述金属化层直接接触形成欧姆接触，所述肖特基区域具有N型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述肖特基区域与所述金属化层直接接触形成肖特基接触；以及传统源极区域，位于所述JFET区域的另一侧，所述传统源极区域包括P型体区和N型源区，所述传统源极区域与所述金属化层直接接触形成欧姆接触；其中当两个体二极管增强元胞相邻排布时，两个体二极管增强元胞的传统源极区域接触，或者两个增强型元胞的P型碳化硅区域或肖特基区域接触。根据本专利技术又一实施例提出了一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件的制作方法，包括：在衬底上生长一层第一N型碳化硅区域，所述第一N型碳化硅区域具有第一N型掺杂浓度；在第一N型碳化硅区域上注入生成第一P型碳化硅区域，所述第一P型碳化硅区域具有第一P型掺杂浓度；在第一N型碳化硅区域上多次注入生成第一源极区域，所述第一源极区域与第一P型区域之间形成JFET区域，所述第一源极区域包括第二N型碳化硅区域、第二P型碳化硅区域、第三P型碳化硅区域，所述第二N型碳化硅区域具有第二N型掺杂浓度，所述第二P型碳化硅区域具有第二P型掺杂浓度，所述第三P型碳化硅区域具有第三P型掺杂浓度；在第一N型碳化硅区域上制备隔离栅极区域；在第一N型碳化硅区域和隔离栅极区域上生长第一金属化层；以及在衬底下方生长第二金属化层。所述增强体二极管的碳化硅功率MOSFET功率器件及其制造方法能显著提高体二极管的面积，增强体二极管导通性能和抗浪涌能力，同时不会影响碳化硅MOSFET的导通能力，实现不牺牲MOSFET的工作性能的同时增强体二极管的导通性能和抗浪涌电流能力，获得器件性能与可靠性之间的优化与平衡，在实验室和工业生产的条件下可行性较高，应用前景较好。附图说明图1为传统碳化硅功率MOSFET元胞000截面图；图2-1为根据本专利技术一实施例的体二极管增强元胞100截面图；图2-2为根据本专利技术一实施例的碳化硅功率MOSFET器件100-1俯视图，所述MOSFET器件100-1包括多个如图2-1所示的体二极管增强元胞100，所述体二极管增强元胞呈六边形，在多个方向上周期性排布于所述碳化硅功率MOSFET器件100-1内；图3-1为根据本专利技术又一实施例的体二极管增强元胞200的截面图；图3-2为根据本专利技术又一实施例的碳化硅功率MOSFET器件200-1的俯视图，所述MOSFET器件200-1包括多个如图3-1所示的体二极管增强元胞200，所述体二极管增强元胞呈六边形，在多个方向上周期性排布于所述碳化硅功率MOSFET器件200-1内；图4-1为根据本专利技术又一实施例的碳化硅功率MOSFET器件300的俯视图，所述MOSFET器件300包括多个如图2-1所示的体二极管增强元胞100以及传统碳化硅MOSFET元胞000，所述体二极管增强元胞和传统碳化硅MOSFET元胞呈六边形，在多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件，包括：/n至少一个体二极管增强元胞，所述体二极管增强元胞呈多边形或圆形排布于所述碳化硅功率MOSFET器件内，所述体二极管增强元胞包括：/n衬底；/nN型碳化硅区域，具有第一N型掺杂，位于所述衬底上方；/nJFET区域或沟槽隔离区域，位于所述N型碳化硅区域内；/n金属化层，位于所述N型碳化硅区域上方；/nP型碳化硅区域或肖特基区域，所述P型碳化硅区域具有P型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述P型碳化硅区域与所述金属化层直接接触形成欧姆接触，所述肖特基区域具有N型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述肖特基区域与所述金属化层直接接触形成肖特基接触；以及/n传统源极区域，位于所述JFET区域的另一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件，包括：
至少一个体二极管增强元胞，所述体二极管增强元胞呈多边形或圆形排布于所述碳化硅功率MOSFET器件内，所述体二极管增强元胞包括：
衬底；
N型碳化硅区域，具有第一N型掺杂，位于所述衬底上方；
JFET区域或沟槽隔离区域，位于所述N型碳化硅区域内；
金属化层，位于所述N型碳化硅区域上方；
P型碳化硅区域或肖特基区域，所述P型碳化硅区域具有P型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述P型碳化硅区域与所述金属化层直接接触形成欧姆接触，所述肖特基区域具有N型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述肖特基区域与所述金属化层直接接触形成肖特基接触；以及
传统源极区域，位于所述JFET区域的另一侧。


2.如权利要求1所述的碳化硅功率MOSFET器件，还包括：传统碳化硅MOSFET元胞，所述传统碳化硅MOSFET元胞呈多边形或圆形排布于所述碳化硅功率MOSFET器件内。


3.如权利要求1或2所述的碳化硅功率MOSFET器件，其中所述多边形为四边形、六边形或八边形。


4.如权利要求1所述的碳化硅功率MOSFET器件，其中所述沟槽隔离区域包括栅氧层、栅电极层和钝化层，所述栅氧层位于所述N型碳化硅区域与所述栅电极层之间，所述钝化层位于所述栅电极层上表面。


5.如权利要求1所述的碳化硅功率MOSFET器件，包括多个所述体二极管增强元胞，所述多个体二极管增强元胞在多个方向上周期性排布。


6.如权利要求5所述的碳化硅功率MOSFET器件，其中各个方向上的体二极管增强元胞之间间隔插有传统碳化硅MOSFET元胞。


7.如权利要求5所述的碳化硅功率MOSFET器件，其中所述多个方向中的某一方向上的最小元胞数量周期为4。


8.一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件，包括：
多个体二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛况，任娜，郭清，朱郑允，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33