【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，具体涉及低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件及其制造方法。
技术介绍
1、随着电力电子技术朝着高功率密度、低开关损耗、小型化的方向不断发展，功率半导体器件的性能亟需提高。sic功率器件在高功率、高温等领域卓越的性能优势给电力电子领域带来了新的希望，备受国内外公司及科研机构的关注。
2、在sic功率器件中，sic金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）因其栅极驱动简单、单极导通等优点得到了广泛应用。然而作为电源系统的核心器件，sic功率mosfet器件不仅需要良好的正向导通特性，也必须具备优异的反向导通性能。虽然sic功率mosfet器件内部存在体二极管，可在第三象限工作条件下续流，但是体二极管的开启电压高达2v~3v，不可避免地产生较大的导通损耗。另外在反向导通状态下，电子与空穴复合所产生的能量会导致堆垛位错在sic外延层中的基平面位错处蔓延，进而产生双极退化效应，致使器件的电学性能退化。
3、业界常用的一种解决方案是将sic mosfet器件与外部二极管反并联使用，但该方案会增加额外的寄生电容和电感，金属连线也会降低器件的可靠性。
技术实现思路
1、针对上述sic mosfet功率器件的不足，本专利技术提供一种低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件及其制造方法。本专利技术的目的是在平面栅型sic mosfet功率器件中集成沟道二极管，进而实现第三象限特性的优化。
2、低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件，
3、漏极电极；
4、第一导电类型碳化硅衬底，位于所述漏极电极之上；
5、第一导电类型碳化硅外延层，位于所述第一导电类型碳化硅衬底之上；
6、第二导电类型阱区，位于所述第一导电类型碳化硅外延层之中；
7、第一导电类型源区，位于所述第二导电类型阱区之中；
8、特征沟槽，位于所述第一导电类型碳化硅外延层之中；
9、第二导电类型沟道二极管阱区，位于所述第一导电类型碳化硅外延层之中，所述特征沟槽两侧；
10、第一导电类型沟道二极管源区，位于所述第二导电类型沟道二极管阱区之中，所述特征沟槽两侧；
11、第一介质层，位于所述第一导电类型碳化硅外延层之上；
12、第二介质层，位于所述特征沟槽的两侧侧壁；
13、第三介质层，位于所述特征沟槽的底部；
14、栅极电极，位于所述第一导电类型碳化硅外延层及第一介质层之上，栅极电极的一侧边缘位于所述第一导电类型源区之上；
15、沟道二极管控制栅，位于所述特征沟槽之中、所述第二介质层之间；
16、第四介质层，位于所述第一导电类型碳化硅外延层之上，完全包围栅极电极；
17、源极电极，位于所述第四介质层的两侧及之上。
18、低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件的制备方法，包括以下步骤：
19、步骤1. 在第一导电类型碳化硅衬底上外延生长形成第一导电类型碳化硅外延层；
20、步骤2. 通过外延工艺或离子注入工艺形成第二导电类型阱区和第二导电类型沟道二极管阱区；
21、步骤3. 通过外延工艺或离子注入工艺形成第一导电类型源区和第一导电类型沟道二极管源区；
22、步骤4. 对第一导电类型碳化硅外延层进行刻蚀，形成贯穿第一导电类型沟道二极管源区和第二导电类型沟道二极管阱区的特征沟槽；
23、步骤5. 在第一导电类型碳化硅外延层之上形成介质层，在特征沟槽的底部形成第三介质层，在特征沟槽的侧壁形成第二介质层，在第二介质层之间形成沟道二极管控制栅；
24、步骤6. 在第一导电类型碳化硅外延层表面的介质层之上淀积栅极电极材料，通过光刻及刻蚀工艺形成栅极电极和第二介质层；
25、步骤7. 在栅极电极之上及两侧形成完全包围栅极电极的第四介质层，在第四介质层的两侧及之上形成源极金属，形成源极欧姆接触，在第一导电类型碳化硅衬底的底层淀积金属层，形成漏极欧姆接触，在源极欧姆接触表面形成源极电极，在漏极欧姆接触表面形成漏极电极。
26、本专利技术采用上述技术方案，具有如下有益效果：
27、（1）本专利技术提出的低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件，于平面栅型碳化硅mosfet功率器件中集成沟道二极管，反向导通状态下，通过沟道二极管续流通路实现单极型导电，防止体二极管开启，规避了双极退化效应，有效提升了器件的反向恢复特性及可靠性。
28、（2）本专利技术提出的低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件，通过设置沟道二极管，有效减小了栅漏交叠面积，显著降低了栅漏电容，进而大幅降低了器件的开关损耗，提升了开关特性。
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1.低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，所述沟道二极管控制栅与所述源极电极充分接触，所述第一介质层的厚度为30nm~100nm，所述第二介质层的厚度为5nm~35nm，所述第三介质层的厚度为20nm~150nm。
3.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，所述第二导电类型沟道二极管阱区深度与所述第一导电类型沟道二极管源区深度之差等于沟道二极管的沟道长度，二者之差不小于0.3µm。
4.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，所述第一导电类型沟道二极管源区的宽度小于第二导电类型沟道二极管阱区的宽度，且二者之差不小于0.3µm。
5.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，所述第二导电类型沟道二极管阱区与所述第二导电类型阱区在x方向的距离不小于0.3µm，所述第二导电类型沟道二极管阱区与所述第二导电类型阱区的深度相同，所述特征沟槽的
6.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，所述第一介质层数量为若干个，位于部分第二导电类型沟道二极管阱区之上、部分第一导电类型源区之上、第二导电类型阱区之上和部分第一导电类型碳化硅外延层之上，即第一介质层位于栅极电极和MOSFET的正向导电沟道之间。
7.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，所述第一导电类型源区的宽度小于第一导电类型沟道二极管源区的宽度，二者之差不小于0.5µm。
8.根据权利要求1所述低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，步骤4采用ICP刻蚀工艺，采用的刻蚀气体SF6、HBr、Cl2、O2、Ar气体中的一种或多种组合。
10.根据权利要求8所述低功耗平面栅型碳化硅MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，步骤5采用热氧化工艺，所形成的第二介质层的厚度为5nm~35nm，第三介质层的厚度为15nm~200nm。
...【技术特征摘要】
1.低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件，其特征在于，所述沟道二极管控制栅与所述源极电极充分接触，所述第一介质层的厚度为30nm~100nm，所述第二介质层的厚度为5nm~35nm，所述第三介质层的厚度为20nm~150nm。
3.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件，其特征在于，所述第二导电类型沟道二极管阱区深度与所述第一导电类型沟道二极管源区深度之差等于沟道二极管的沟道长度，二者之差不小于0.3µm。
4.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件，其特征在于，所述第一导电类型沟道二极管源区的宽度小于第二导电类型沟道二极管阱区的宽度，且二者之差不小于0.3µm。
5.根据权利要求1所述的低功耗平面栅型碳化硅mosfet功率器件，其特征在于，所述第二导电类型沟道二极管阱区与所述第二导电类型阱区在x方向的距离不小于0.3µm，所述第二导电类型沟道二极管阱区与所述第二导电类型阱区的深度相同，所述特征沟槽的深度大于所述沟道二极管控制栅的深度，所述沟道二极管控制栅...
【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，柏松，李士颜，张腾，宋晓峰，黄润华，杨勇，
申请(专利权)人：南京第三代半导体技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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