一种具有同型异质结续流通道的SiC超结MOS及制备方法与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos及制备方法。

背景技术：

1、第三代半导体材料碳化硅具有带隙宽、击穿场强高、热导率高、饱和电子迁移速率高、物理化学性能稳定等特性，可适用于高温，高频，大功率和极端环境。碳化硅具有更大的禁带宽度和更高的临界击穿场强。相比同等条件下的硅功率器件，碳化硅器件的耐压程度约为硅材料的10倍。另外，碳化硅器件的电子饱和速率较高、正向导通电阻小、功率损耗较低，适合大电流大功率运用，降低对散热设备的要求。sic具有独特的物理、化学及电学特性，是在高温、高频、大功率及抗辐射等极端应用领域极具发展潜力的半导体材料。而sic功率器件具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高耐高压等一系列优点，在开关稳压电源、高频以及功率放大器等方面取得了广泛的应用。使用sic材料制造的mosfet与相同功率等级的si mosfet相比，sic mosfet导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性，已成为电动汽车和光伏逆变器等高功率应用中硅绝缘栅双极晶体管(igbt)的有力竞争对手。

2、当功率器件工作在高频开关电路时，对于si mosfet来说，常常采用体二极管来降低寄生电感，起到续流作用，对于sic mosfet，由于sic材料禁带更宽，导致sic mosfet体二极管开启电压过高(2.7-3.0v)，远高于si mosfet的体二极管的开启电压(约1.5v)，在反向偏置下难以起到续流保护mosfet的作用。在现有技术中，sic mosfet通常通过反并联肖特基二极管或jfet短路体二极管来增强器件续流能力，但两种方法均会占用额外的面积并且其工艺较为复杂，容易引起可靠性问题，由于集成肖特基二管器件的反向漏电大，如果在mosfet设计时肖特基二极管占有的面积过大，会影响mosfet的反向击穿电压。且肖特基二极管在大电流时的自身压降过大，会使得当续流的电流较大时，在肖特基二极管上的压降损耗非常大。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos及制备方法，该超结mos在mosfet反向导通时，电流能够从源极流向n型通道，然后从n型通道流向n-drift层，最后从n-drift层流向漏极，n型通道的开启电压远低于体二极管，相较于现有技术使用集成sbd提供反向续流通道的方法，本发明对工艺上的要求更低，只需要在常规sic超结mos的生产工艺中增加一道n型通道注入工艺，能够大大减少生产成本的同时使得sic超结mos具有更好的反向性能。

2、一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，包括：p柱和n型通道；

3、所述n型通道与栅极氧化层和源极邻接；

4、所述n型通道与所述源极和n-drift层构成导电通道；

5、所述p柱位于n-drift层的两侧并与n-drift层、p-well层、p+层和衬底邻接。

6、优选地，所述n型通道的掺杂浓度小于所述n-drift层的掺杂浓度。

7、优选地，所述n型通道的掺杂浓度为8×1016cm-3。

8、优选地，所述n-drift层的掺杂浓度为1×1017cm-3。

9、优选地，所述n型通道的厚度为80-100nm。

10、优选地，还包括：p-well层；

11、所述p-well包括位于所述n-drift层与所述p+层和所述n+层之间的第一部分和位于所述n+层与所述n-drift层之间的的第二部分。

12、优选地，所述p-well层的掺杂浓度为5×1018cm-3。

13、优选地，还包括：源极、漏极、栅极、衬底、p+层和n+层；

14、所述漏极位于所述衬底下方；

15、所述衬底位于所述n-drift层和所述p柱下方；

16、所述p+层位于所述p柱上方并与所述n+层邻接；

17、所述n+层位于p-well层上方；

18、所述栅极位于所述n型通道上方；

19、所述源极位于所述p+层和所述n+层上方。

20、优选地，还包括：csl层；

21、所述csl层位于所述n型通道和所述n-drift层之间并与所述p-well层、所述n-drift层和所述n型通道邻接。

22、一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos制备方法，包括：

23、在n-drift层上层和p柱上方离子注入形成p-well层；

24、在n-drift层上层和p-well层中离子注入形成p+层、n+层和n型通道；

25、沉积栅极、源极和漏极。

26、本发明通过在源极和栅极下方设置一个n型通道，与n-drift层构成反向续流通道，使得电流能够从源极流向n型通道后再从n-drift层流向漏极，电子在经过n型通道和n-drift层构成的同型异质结需要克服的势垒要远低于经过体二极管pn结所需要克服的势垒，在sic mosfet反向导通时更容易开启，能够提高sic mosfet的反向续流能力，并且相比于现有技术中采用集成sbd或者jfet提供反向续流回路的方法来说，集成sbd或者jfet工艺较为复杂，容易引起可靠性问题，本发明对工艺的要求低，生产成本低，并且更容易控制反向续流通道，生产难度低，良品率高。

技术特征：

1.一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，包括：p柱和n型通道；

2.根据权利要求1所述的一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，所述n型通道的掺杂浓度小于所述n-drift层的掺杂浓度。

3.根据权利要求2所述的一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，所述n型通道的掺杂浓度为8×1016cm-3。

4.根据权利要求2所述的一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，所述n-drift层的掺杂浓度为1×1017cm-3。

5.根据权利要求1所述的一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，所述n型通道的厚度为80-100nm。

6.根据权利要求1所述的一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，还包括：p-well层；

7.根据权利要求6所述的一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，所述p-well层的掺杂浓度为5×1018cm-3。

8.根据权利要求1所述的一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，还包括：源极、漏极、栅极、衬底、p+层和n+层；

9.根据权利要求1所述的一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos，其特征在于，还包括：csl层；

10.一种具有同型异质结续流通道的sic超结mos制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明的目的是提供一种具有同型异质结续流通道的SiC超结MOS及制备方法，该超结MOS包括：P柱和N型通道；所述N型通道与栅极氧化层和源极邻接；所述N型通道与所述源极和N‑drift层构成导电通道；所述P柱位于N‑drift层的两侧并与N‑drift层、P‑well层、P+层和衬底邻本发明在反向导通时，电流能够从源极流向N型通道，然后从N型通道流向N‑drift层，最后从N‑drift层流向漏极，N型通道的开启电压远低于体二极管，相较于现有技术使用集成SBD提供反向续流通道的方法，本发明对工艺上的要求更低，只需要在常规SiC超结MOS的生产工艺中增加一道N型通道注入工艺，能够大大减少生产成本的同时使得SiC超结MOS具有更好的反向性能。

技术研发人员：乔凯
受保护的技术使用者：天狼芯半导体（成都）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25