一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅MOSFET器件

本发明属于功率半导体，具体涉及一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅mosfet器件。

背景技术：

1、从上世纪50年代以来，功率半导体器件在能源转换和控制中发挥着重要角色，通过提供高效、可靠的能源转换方案，为我们创造了更智能、可持续的能源管理解决方案。

2、其中，金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor,mosfet)是一种重要的功率半导体器件。mosfet器件具有低功耗、高速度和高电压容忍能力的特点，可以有效地进行电流控制和电压转换，实现能源转化的高效性，在诸如电力电子、汽车电子和太阳能等领域广泛应用。

3、在高功率开关应用中，为了提供电流通路，在mosfet关闭时需要使用一个续流二极管，常见的方法是将肖特基二极管与功率mosfet反向并联。一般存在两种反向并联的方式：一种是在功率mosfet外部添加一个肖特基二极管，但这样会增加电路的规模，并引入更多的寄生电容和电感。另一种方式是直接利用mosfet的轻度掺杂外延层与源区金属形成肖特基接触，从而在器件内部形成肖特基二极管结构。然而，这种方法在器件的横向上引入了肖特基电极，导致器件的单元面积增大，影响了器件的正向导通性能。本发明采用在源极沟槽多次开孔集成肖特基接触的方式，旨在解决集成肖特基二极管会增加元胞面积的问题，在更小的元胞面积下具有相近的正向导通能力，从而优化器件比导通电阻。

技术实现思路

1、本发明的目的，就是针对现有技术存在的问题，提出一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅mosfet器件。

2、本发明的技术方案是：

3、一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅mosfet器件，包括自下而上依次层叠设置的金属漏电极1、n型半导体衬底2和n型外延层3；在n型外延层3上层的一端具有p型屏蔽区4，n型外延层3上层的另一端具有栅极沟槽10，在p型屏蔽区4和栅极沟槽10之间的n型外延层3上层具有层叠设置的p型阱区8和n+源区9，其中n+源区9位于p型阱区8的上表面；

4、沿器件横向方向，在所述p型屏蔽区4的中部上层具有源极沟槽7，沿器件纵向方向，源极沟槽7贯穿p型屏蔽区4，并且沿器件纵向方向，源极沟槽7的底部具有交替设置的源极欧姆接触电极6和肖特基接触电极5，其中肖特基接触电极5与n型外延层3接触而源极欧姆接触电极6与n型外延层3之间具有间距；肖特基接触电极5的形成方法为对p型屏蔽区4底部进行开孔，开孔后填充n型外延层3，并且在表面形成肖特基接触电极5；

5、所述栅极沟槽10由栅氧化层11和位于栅氧化层11中的多晶硅栅12构成。

6、上述方案中所提出的器件纵向方向为同时与器件水平方向和垂直方向垂直的第三维方向。

7、进一步的，碳化硅mosfet器件具有条形元胞结构。

8、进一步的，所述肖特基接触电极5与源极欧姆接触电极6在器件横向方向上的宽度一致。

9、进一步的，所述源极欧姆接触电极6采用的材料为镍或镍合金，肖特基接触电极5采用的材料为镍。

10、本发明的有益效果为，通过沿纵向方向上对p型屏蔽区进行开孔，引出肖特基接触电极，从而在沟槽mosfet体内形成反向并联的肖特基二极管，由传统的寄生体二极管续流模式转变为肖特基二极管续流模式，由于肖特基二极管的单极导电性和低开启电压，避免了器件内部引入大量过剩载流子而导致的开关损耗增大，开关速度减小等问题。与横向集成肖特基二极管的结构相比，本发明没有在横向上增大器件的元胞面积，因此在不影响器件耐压的情况下，减小了器件的开关损耗，提高器件的开关速度和反向恢复能力，同时避免了显著增大器件元胞的导通电阻。

技术特征：

1.一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅mosfet器件，包括自下而上依次层叠设置的金属漏电极(1)、n型半导体衬底(2)和n型外延层(3)；其特征在于，在n型外延层(3)上层的一端具有p型屏蔽区(4)，n型外延层(3)上层的另一端具有栅极沟槽(10)，在p型屏蔽区(4)和栅极沟槽(10)之间的n型外延层(3)上层具有层叠设置的p型阱区(8)和n+源区(9)，其中n+源区(9)位于p型阱区(8)的上表面；

2.根据权利要求1所述的一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅mosfet器件，其特征在于，碳化硅mosfet器件具有条形元胞结构。

3.根据权利要求1所述的一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅mosfet器件，其特征在于，所述肖特基接触电极(5)与源极欧姆接触电极(6)在器件横向方向上的宽度一致。

4.根据权利要求1所述的一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅mosfet器件，其特征在于，所述源极欧姆接触电极(6)采用的材料为镍或镍合金，肖特基接触电极(5)采用的材料为镍。

技术总结
本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种内嵌型集成肖特基沟槽的碳化硅MOSFET器件。本发明采用在源极沟槽多次开孔集成肖特基接触的方式，在不增加器件元胞横向面积的基础上利用肖特基接触为反向恢复提供电流通路，优化了器件的开关特性和反向恢复能力，与传统结构相比具有更低的比导通电阻。

技术研发人员：张有润,黎俞良,宋欣蔚,王嘉
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21