碳化硅半导体器件及其制备方法技术

本申请提供一种碳化硅半导体器件及其制备方法，包括衬底、设置于衬底上的外延层，和若干元胞单元，该元胞单元由设置在外延层中的两个相互连接的第一元胞和第二元胞组成，且第一元胞的第一结型场效应区与第二元胞中的第二肖特基电场区相连，每个元胞单元通过在第一结型场效应区与第二肖特基电场区之间设置一个与第一导电类型的外延层的导电类型相反的第二导电类型的注入区，以此利用该注入区与外延层产生空间电荷耗尽区，实现对结型场效应区和肖特基电场区接触的边缘起到电场的屏蔽和保护作用，提高器件的击穿电压以及可靠性。提高器件的击穿电压以及可靠性。提高器件的击穿电压以及可靠性。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅半导体器件及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及碳化硅半导体器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅具有高禁带宽度、高的临界电场、高热导率和高电子饱和速度等优异特性，是下一代功率半导体器件最突出的候选者。
[0003]但由于碳化硅半导体器件中寄生的场效应二极管(PiN二极管)的开启压降通常较高，相应的损耗也大。因此当前的一些碳化硅半导体器件在应用中往往反并联一个肖特基二极管，肖特基二极管的开启电压低，且反向恢复时间更小，因此更适用于碳化硅半导体器件的反并联使用。
[0004]然而，集肖特基二极管的碳化硅半导体器件，在器件处于反向耐压状态时，肖特基接触金属其中边缘存在电场集中效应，边缘处的电场最高，导致边缘处的肖特基势垒降低，导致器件的反向泄漏电流明显增加，并导致器件的击穿电压降低；另外，在器件处于反向耐压时，栅极边缘存在电场集中效应，栅极边缘电场明显高于其余位置，导致栅极可靠性降低，以致器件提前失效的问题发生。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种碳化硅半导体器件及其制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅半导体器件，其特征在于，包括：衬底、设置于所述衬底上的外延层，和若干元胞单元，其中，所述衬底和所述外延层具有第一导电类型；所述元胞单元由设在所述外延层中的第一元胞和第二元胞组成，所述第一元胞和所述第二元胞在所述外延层中连接；所述第一元胞包括：第一肖特基电场区和第一结型场效应区，设置于所述外延层中且彼此间隔，所述第一肖特基电场区和所述第一结型场效应区具有第一导电类型，所述第一肖特基电场区和所述第一结型场效应区从所述外延层向所述衬底延伸；第一阱区，设置于所述外延层中且从所述外延层向所述衬底延伸，所述第一阱区具有第二导电类型，且所述第一阱区和所述第一结型场效应区相连；第一阱区接触结构，设置于所述外延层中且从所述外延层向所述衬底延伸，且具有第二导电类型，所述第一阱区接触结构位于所述第一阱区远离所述第一结型场效应区的一侧，且与所述第一肖特基电场区相连；第一源区，设置于所述外延层中且从所述外延层向所述衬底延伸，且具有第一导电类型，所述第一源区设置在所述第一阱区内，且与所述第一阱区接触结构相连；第一肖特基接触电极，设置与所述第一肖特基电场区上；第一欧姆接触电极，设置在所述第一阱区接触结构上且设置在部分所述第一源区上；第一栅极结构，包括第一栅极和包覆所述第一栅极的第一层间介质层，所述第一栅极结构设置在第一结型场效应区上且延伸设置在部分所述第一源区上，所述第一栅极从部分的所述第一结型场效应区向所述第一源区延伸至部分的所述第一源区上；所述第二元胞包括：第二肖特基电场区和第二结型场效应区，设置于所述外延层中且彼此间隔，所述第二肖特基电场区和所述第二结型场效应区具有第一导电类型，所述第二肖特基电场区和所述第二结型场效应区从所述外延层向所述衬底延伸；第二阱区，设置于所述外延层中且从所述外延层向所述衬底延伸，所述第二阱区具有第二导电类型，且所述第二阱区和所述第二结型场效应区相连；第二阱区接触结构，设置于所述外延层中且从所述外延层向所述衬底延伸，且具有第二导电类型，所述第二阱区接触结构位于所述第二阱区远离所述第一结型场效应区的一侧，且与所述第二肖特基电场区相连；第二源区，设置于所述外延层中且从所述外延层的所述第一表面向衬底方向延伸，且具有第一导电类型，所述第二源区设置在所述第二阱区内，且与所述第二阱区接触结构相连；第二肖特基接触电极，设置与所述第二肖特基电场区上；第二欧姆接触电极，设置在所述第二阱区接触结构上且设置在部分所述第二源区上；第二栅极结构，包括第二栅极和包覆所述第二栅极的第二层间介质层，所述第二栅极结构设置在第二结型场效应区上且延伸设置在部分所述第二源区上，所述第二栅极从部分的所述第二结型场效应区向所述第二源区延伸至部分的所述第二源区上；其中，在所述外延层中，所述第一元胞中的所述第一结型场效应区与所述第二元胞中的所述第二肖特基电场区相连；且每个元胞单元包括一个设置于外延层中且具有第二导电
类型的注入区，所述注入区从所述外延层向所述衬底延伸，在所述第一结型场效应区与所述第二肖特基电场区布设方向上，所述注入区包括相对的第一端和第二端，所述注入区的第一端与所述第一栅极靠近所述第二肖特基电场区的一端的边缘相接，所述注入区的第二端与所述第二肖特基接触电极靠近所述第一结型场效应区的一端的边缘相接。2.根据权利要求1所述的碳化硅半导体器件，其特征在于，在从所述外延层向所述衬底的延伸方向上，所述注入区的厚度小于所述第一源区和所述第二源区的厚度。3.根据权利要求2所述的碳化硅半导体器件，其特征在于，在从所述外延层的所述第一表面向所述衬底的延伸方向上，所述注入区的厚度为0.05
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0.4微米。4.根据权利要求1所述的碳化硅半导体器件，其特征在于，所述注入区包括与所述第一栅极在所述衬底上的正投影重叠的第一重叠区，和与所述第二肖特基接触电极在所述衬底上的正投影重叠的第二重叠区；其中，所述第一重叠区的横向宽度小于所述第二重叠区的横向宽度。5.根据权利要求4所述的碳化硅半导体器件，其特征在于，所述第一重叠区的横向宽度为0
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0.5微米，所述第二重叠区的横向宽度为0.05
‑
0.5微米。6.根据权利要求4所述的碳化硅半导体器件，其特征在于，所述注入区还包括位于所述第一重叠区和所述第二重叠区之间的第三重叠区；其中，在从所述外延层向所述衬底的延伸方向上，所述第一重叠区、所述第二重叠区、所述第三重叠区的厚度相同；或在从所述外延层向所述衬底的延伸方向上，所述第一重叠区与所述第二重叠区的厚度相同，且大于所述三重叠区的厚度；或在从所述外延层向所述衬底的延伸方向上，所述第二重叠区的厚度大于所述第一重叠区的厚度，且所述第一重叠区的厚度大于所述第三重叠区的厚度。7.根据权利要求1所述的碳化硅半导体器件，其特征在于，所述第一导电类型为N型掺杂半导体，所述第二导电类型为P型掺杂半导体。8.根据权利要求1所述的碳化硅半导体器件，其特征在于，所述外延层为轻掺杂的外延层；所述第一源区和所述第二源区为重掺杂的源区；所述第一阱区和所述第二阱区为轻掺杂的阱区；所述第一阱区接触结构和所述第二阱区接触结构为重掺杂的阱区接触结构；所述注入区为重掺杂的注入区。9.一种碳化硅半导体器件，其特征在于，包括：衬底，具有第一导电类型；外延层，设置在所述衬底上，所述外延层具有第一导电类型；若干个掺杂区，间隔设置于所述外延层内且具有第二导电类型，每一所述掺杂区包括：阱区和阱区接触结构，且所述阱区与所述阱区接触结构均从所述外延层向所述衬底延伸；若干个结型场效应区和若干个肖特基电场区，其中，相邻的所述掺杂区之间形成有一个相连的所述结型场效应区和所述肖特基电场区，且所述结型场效应区与与其相连的所述掺杂区中的所述阱区相连，所述肖特基电场区与与其相连的所述掺杂区中的所述阱区接触结构相连；若干个源区，具有第一导电类型，且分别设置在对应的一个所述掺杂区内，所述源区与对应的所述阱区接触结构相连，所述源区从所述外延层向所述衬底延伸；
若干个肖特基接触电极，分别设置在对应的一个所述肖特基电场区上；若干个欧姆接触电极，分别设置在对应的一个阱区接触结构上且延伸设置在对应的部分所述源区上；若干个栅极结构，分别设置在对应的一个结型场效应区上且延伸设置在对应的部分所述源区上，所述栅极结构包括：栅极和包裹所述栅极的层间介质层，所述栅极从对应的部分所述结型场效应区向对应的所述源区延伸且延伸至对应的部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立均，郭元旭，王敏，周豪，陶永洪，
申请(专利权)人：湖南三安半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：