平面型碳化硅晶体管的结构、制造方法及电子设备与流程

本申请属于半导体，尤其涉及一种平面型碳化硅晶体管的结构、制造方法及电子设备。

背景技术：

1、碳化硅（sic）功率金属-氧化-半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，mosfet)由于其更快的开关速度、更低的开关损耗和更高的工作温度范围，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。在实际应用中，mosfet 需要反并联二极管来处理反向电流，硅基mosfet常采用体二极管来降低寄生电感，起到续流作用，但是对于sic mosfet，其材料带隙较宽，体二极管开启电压（约2.7v）远高于硅基mosfet（约1.5v），导通损耗较大。

2、相关的碳化硅晶体管将sic mosfet与sbd或jfet反并联集成可以起到反向续流作用，但通常并联在平面，其会使芯片面积有所增大；也有相关的碳化硅晶体管通过分裂栅在反向时控制续流通道开启的结构，但其存在栅极可靠性、工艺复杂以及电流密度低的问题。

3、故相关的碳化硅晶体管存在导通损耗大、芯片面积大、可靠性差、工艺复杂以及电流密度低的缺陷。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种平面型碳化硅晶体管的结构、制造方法及电子设备，旨在解决相关的氮化镓功率器件导通损耗大、芯片面积大、可靠性差、工艺复杂以及电流密度低的问题。

2、本申请实施例提供了一种平面型碳化硅晶体管的结构，包括左右对称的两个栅源结构、衬底、漂移层以及第一有源区，左右对称的切面为矢状面；

3、所述漂移层设置于所述衬底的上表面的；

4、两个所述栅源结构和所述第一有源区均位于所述漂移层的上表面且间隔设置；

5、所述栅源结构包括：

6、设置于所述漂移层的上表面的第一阱；其中，所述第一阱与所述矢状面之间设置预设距离；

7、设置于所述第一阱中且位于所述第一阱上表面的第一有源层；

8、覆盖所述第一阱的顶部的栅极结构；

9、所述平面型碳化硅晶体管的结构还包括：

10、设置于两个所述栅极结构之间的多个第二有源层；

11、其中，所述衬底、所述第二有源层和所述第一阱为第一类型；所述漂移层、所述第一有源区和所述第一有源层的为第二类型。

12、在其中一个实施例中，所述平面型碳化硅晶体管的结构还包括：

13、设置于所述第一阱远离所述矢状面一侧的两个第二有源区。

14、在其中一个实施例中，所述平面型碳化硅晶体管的结构包括：

15、位于所述第二有源区和所述第一有源区之间且位于所述漂移层上表面的第三有源区。

16、在其中一个实施例中，所述平面型碳化硅晶体管的结构包括：

17、设置于两个所述第一阱之间的电荷存储区。

18、在其中一个实施例中，所述第一类型为p型，所述第二类型为n型；或者

19、所述第一类型为n型，所述第二类型为p型。

20、在其中一个实施例中，还包括：

21、覆盖所述第一有源层和所述第二有源层的第一金属层；

22、位于所述第一有源区的上表面的第二金属层；

23、与所述栅极结构连接的第三金属层；

24、所述第一金属层为所述平面型碳化硅晶体管的源极电极，所述第二金属层为所述平面型碳化硅晶体管的漏极电极，所述第三金属层为所述平面型碳化硅晶体管的栅极电极。

25、在其中一个实施例中，所述栅极结构的材料包括二氧化硅和多晶硅；所述第二有源层的材料包括多晶硅；所述漂移层、所述第一有源区、所述第一有源层和所述第一阱的材料包括碳化硅。

26、本申请实施例还提供一种平面型碳化硅晶体管的制造方法， 所述制造方法包括：

27、在衬底的上表面形成漂移层；

28、在所述漂移层第一侧的上表面形成左右对称的两个第一阱；其中，左右对称的切面为矢状面，所述第一阱与所述矢状面之间设置预设距离；

29、分别在两个所述第一阱中且位于所述第一阱上表面形成两个第一有源层，并在所述漂移层第二侧的上表面形成第一有源区；

30、分别在两个所述第一阱的顶部形成两个栅极结构；

31、在两个所述栅极结构之间形成多个第二有源层。

32、在其中一个实施例中，所述在所述漂移层的上表面形成左右对称的两个第一阱之后还包括：

33、在两个所述第一阱远离所述矢状面一侧分别形成两个第二有源区。

34、在其中一个实施例中，所述在两个所述第一阱远离所述矢状面一侧分别形成两个第二有源区之后还包括：

35、在所述第二有源区和所述第一有源区之间且在所述漂移层上表面形成第三有源区。

36、在其中一个实施例中，所述在两个所述栅极结构之间形成多个第二有源层之后还包括：

37、在第一有源层的上表面和第二有源层的上表面形成第一金属层；

38、在所述第一有源区的上表面形成第二金属层；

39、形成与所述栅极结构连接的第三金属层。

40、本申请实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的平面型碳化硅晶体管的结构。

41、本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于第一有源区作为漏极，第一阱作为栅极，第一有源层作为源极。第二有源层与漂移层构成异质结。当平面型碳化硅晶体管加正向电压时，漏极和源极导通，异质结反偏，异质结的耗尽层扩展夹断续流通道；当平面型碳化硅晶体管加反向电压时，漏极和源极关断，异质结正偏，异质结的耗尽层扩展夹断续流导通，从而无需将sic mosfet与肖特基势垒二极管（schottky barrier diode,sbd)或结型场效应管（junction field-effect transistor，jfet）反并联集成即可以起到反向续流作用，减小了导通损耗和芯片面积，增大了可靠性和电流密度，简化了工艺。

技术特征：

1.一种平面型碳化硅晶体管的结构，其特征在于，包括左右对称的两个栅源结构、衬底、漂移层以及第一有源区，左右对称的切面为矢状面；

2.如权利要求1所述的平面型碳化硅晶体管的结构，其特征在于，所述平面型碳化硅晶体管的结构还包括：

3.如权利要求2所述的平面型碳化硅晶体管的结构，其特征在于，所述平面型碳化硅晶体管的结构包括：

4.如权利要求1所述的平面型碳化硅晶体管的结构，其特征在于，所述平面型碳化硅晶体管的结构包括：

5.如权利要求1所述的平面型碳化硅晶体管的结构，其特征在于，所述第一类型为p型，所述第二类型为n型；或者

6.如权利要求1至5任意一项所述的平面型碳化硅晶体管的结构，其特征在于，还包括：

7.如权利要求1至5任意一项所述的平面型碳化硅晶体管的结构，其特征在于，所述栅极结构的材料包括二氧化硅和多晶硅；所述第二有源层的材料包括多晶硅；所述漂移层、所述第一有源区、所述第一有源层和所述第一阱的材料包括碳化硅。

8.一种平面型碳化硅晶体管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

9.根据权利要求8所述的平面型碳化硅晶体管的制造方法，其特征在于，所述在所述漂移层的上表面形成左右对称的两个第一阱之后还包括：

10.根据权利要求9所述的平面型碳化硅晶体管的制造方法，其特征在于，所述在两个所述第一阱远离所述矢状面一侧分别形成两个第二有源区之后还包括：

11.根据权利要求8所述的平面型碳化硅晶体管的制造方法，其特征在于，所述在两个所述栅极结构之间形成多个第二有源层之后还包括：

12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至7任意一项所述的平面型碳化硅晶体管的结构。

技术总结
一种平面型碳化硅晶体管的结构、制造方法及电子设备，属于半导体技术领域，包括左右对称的两个栅源结构、衬底、漂移层、第一有源区以及多个第二有源，左右对称的切面为矢状面；漂移层设置于衬底的上表面；两个栅源结构和第一有源区均位于漂移层的上表面且间隔设置；栅源结构包括第一阱、第一有源层和栅极结构；第一阱设置于漂移层的上表面；第一阱与矢状面设置预设距离；第一有源层设置于第一阱中且位于第一阱上表面；栅极结构覆盖第一阱的顶部；多个第二有源层设置于两个栅极结构之间；衬底、第二有源层和第一阱的为第一类型；漂移层、第一有源区和第一有源层为第二类型；减小导通损耗和芯片面积，增大可靠性和电流密度，简化工艺。

技术研发人员：乔凯
受保护的技术使用者：深圳天狼芯半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6