一种集成SBD的槽型裂源SiCVDMOS结构及制造方法与流程

本发明属于半导体领域，具体涉及一种集成sbd的槽型裂源sic vdmos结构及制造方法。

背景技术：

1、目前，在大多数的大功率变流器应用中，mos开关器件都需要一个续流二极管在mos关断时提供电流通路。二极管从续流时的导通状态到关断状态会经历反向恢复过程，如果反向恢复特性较差，不但可能产生极大的反向尖峰电流破坏电路的可靠性，还会影响电路开关特性，增大开关功耗，降低电路的效率。另外二极管的正向导通压降vf值应尽量小，利于降低导通损耗。

2、4h-sic mosfet的体二极管与si快恢复二极管或者sic肖特基势垒二极管(sbd)的反向恢复性能相当，能够充当续流二极管使用。但当器件工作在更高的环境温度或者随着内部结温的升高，体二极管的反向恢复性能与sic sbd相比明显变差。同时sic双极器件一直存在双极退化的问题。长时间正向导通后，体二极管的导通特性会发生退化甚至会引起mosfet导通电阻和阻断能力的退化，这极大阻碍了体二极管的应用。另外由于4h-sic材料禁带宽度是si材料的3倍，故4h-sic mosfet体二极管的正向导通压降vf值远大于si快恢复二极管，增加了体二极管的导通损耗。因此在某些对sic mosfet体二极管功能要求比较高的应用中，都会反向并联一个sic sbd来替代体二极管的功能。但是外部反向并联sic sbd无疑会增大电路规模，引入更多寄生的电容电感。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术中所存在的技术问题，提出了一种集成sbd的槽型裂源sicvdmos结构，该结构不仅能够避免额外的寄生效应，降低器件的封装成本，提高开关效率，而且还能有效降低器件漏电流。

2、该sic vdmos结构包括导电类型的衬底和形成于衬底上侧的外延层，外延层经蚀刻形成至少两个间隔的沟槽，沟槽之间的外延层的表面形成sbd接触层；在位于端部的沟槽的外侧形成p+阱区，与p+阱区相接触的n+阱区，以及与p+阱区下表面、n+阱区的侧面及下表面相接触的p-阱区；n+阱区一部分的上表面和p+阱区的上表面分别形成欧姆接触区，n+阱区另一部分上表面上侧和p-阱区上侧形成介质层，介质层内形成栅极金属；介质层、欧姆接触区、沟槽和sbd接触层的上侧溅射有金属层，该金属层经蚀刻形成源极金属；衬底背面金属溅射蒸发形成漏极金属。

3、在一些实施方式中，所述沟槽的槽深1～2um，所述sbd接触层宽度为2～4um，以保证反偏耗尽时屏蔽肖特基接触位置，从而降低反偏漏电。

4、在一些实施方式中，所述沟槽内侧形成栅氧化层，或沟槽内侧形成p+阱区。

5、在一些实施方式中，所述沟槽采用干法刻刻蚀制成，其深度深于高温注入形成的p-阱区结深；沟槽是采用干法刻蚀制成，且深度深于高温注入形成的p-结深，沟槽耗尽展宽能力更强，漏电更小。

6、本发明还提供了集成sbd的槽型裂源sic vdmos的制造方法，该方法包括：

7、提供导电类型的衬底，在衬底上生长一定厚度的外延层；

8、对外延层进行p-版光刻，注入离子形成p-阱区；

9、在p-阱区进行光刻注入离子形成n+阱区；

10、在p-阱区进行光刻注入离子，形成p+阱区；

11、激活退火；

12、在p+阱区之间形成若干沟槽，沟槽内生长栅氧化层，或形成p+阱区后，多晶硅poly将沟槽填满；

13、形成介质层和栅极金属；

14、接触孔光刻及刻蚀，正面金属淀积及刻蚀，形成源极金属；

15、衬底背面金属溅射蒸发形成漏极金属；

16、相邻沟槽之间的正面金属与外延层相接触处形成sbd接触层，p+阱区和n+阱区与正面金属相接触处形成欧姆接触区。

17、本sic vdmos结构将vdmosfet元胞p阱表面的p+欧姆接触区裂开，引入n≥2个间隔的沟槽，沟槽之间形成sbd接触层，在n型漂移区处表面形成肖特基接触，器件的其他部分不变。此结构相当于在sic vdmos中集成了一个沟槽式肖特基势垒二极管(tmbs)结构。在器件反偏耐压时，槽栅进行电荷耦合，夹断肖特基接触位置下方的电流通道，降低了器件漏电。

18、本sic vdmos结构将肖特基势垒二极管集成在器件内部，搭建电路时无需外部搭建二极管，有效地避免了额外的寄生效应，降低器件的封装成本，提高开关效率。

19、本发明的有益效果至少包括有：本sic vdmos结构降低了器件漏电，有效地避免了额外的寄生效应，降低了器件的封装成本，提高开关效率；且同芯片面积能集成更高规格的sbd。

技术特征：

1.一种集成sbd的槽型裂源sic vdmos结构，其特征在于，包括导电类型的衬底(1)和形成于衬底(1)上侧的外延层(2)，外延层(2)经蚀刻形成至少两个间隔的沟槽(3)，沟槽(3)之间的外延层(2)的表面形成sbd接触层(5)；在位于端部的沟槽(3)的外侧形成p+阱区(5)，与p+阱区(5)相接触的n+阱区(6)，以及与p+阱区(5)下表面、n+阱区(6)的侧面及下表面相接触的p-阱区(7)；n+阱区(6)一部分的上表面和p+阱区(5)的上表面分别形成欧姆接触区(8)，n+阱区(6)另一部分上表面上侧和p-阱区(7)上侧形成介质层(9)，介质层(9)内形成栅极金属(10)；介质层(9)、欧姆接触区(8)、沟槽(3)和sbd接触层(4)的上侧溅射有金属层，该金属层经蚀刻形成源极金属(11)；衬底(1)背面金属溅射蒸发形成漏极金属(12)。

2.根据权利要求1所述的集成sbd的槽型裂源sic vdmos结构，其特征在于，所述沟槽(3)的槽深1～2um，所述sbd接触层(4)宽度为2～4um，以保证反偏耗尽时屏蔽肖特基接触位置，从而降低反偏漏电。

3.根据权利要求1所述的集成sbd的槽型裂源sic vdmos结构，其特征在于，所述沟槽(3)内侧形成栅氧化层(13)，或沟槽(3)内侧形成p+阱区。

4.根据权利要求1所述的集成sbd的槽型裂源sic vdmos结构，其特征在于，所述沟槽(3)采用干法刻刻蚀制成，其深度深于高温注入形成的p-阱区(7)结深。

5.集成sbd的槽型裂源sic vdmos的制造方法，其特征在于，该方法包括：

6.根据权利要求5所述的集成sbd的槽型裂源sic vdmos的制造方法，其特征在于，所述p-阱区(7)经多次注入铝离子形成，表面掺杂浓度为5e16～1e17 cm-3，深度0.6um。

7.根据权利要求5所述的集成sbd的槽型裂源sic vdmos的制造方法，其特征在于，所述n+阱区(6)经多次注入氮离子形成，表面掺杂浓度约为1e20 cm-3,深度0.3um。

8.根据权利要求5所述的集成sbd的槽型裂源sic vdmos的制造方法，其特征在于，所述p+阱区(5)经多次注入氮离子形成，表面掺杂浓度约为4e20 cm-3,深度0.6um。

9.根据权利要求5所述的集成sbd的槽型裂源sic vdmos的制造方法，其特征在于，所述沟槽(3)采用干法刻刻蚀制成，其深度深于高温注入形成的p-阱区(7)结深。

技术总结
本发明公开了一种集成SBD的槽型裂源SiC VDMOS结构，包括导电类型的衬底(1)和形成于衬底(1)上侧的外延层(2)，外延层(2)经蚀刻形成至少两个间隔的沟槽(3)，沟槽(3)之间的外延层(2)的表面形成SBD接触层(4)。本SiC VDMOS结构将VDMOSFET元胞P阱表面的P+欧姆接触区裂开，引入n≥2个间隔的沟槽，沟槽之间形成SBD接触层，在N型漂移区处表面形成肖特基接触，器件的其他部分不变。此结构相当于在SiC VDMOS中集成了一个沟槽式肖特基势垒二极管(TMBS)结构。在器件反偏耐压时，槽栅进行电荷耦合，夹断肖特基接触位置下方的电流通道，降低了器件漏电。

技术研发人员：田甜,廖光朝
受保护的技术使用者：重庆云潼科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13