超结碳化硅晶体管的结构、制造方法及电子设备与流程

本技术属于半导体，尤其涉及一种超结碳化硅晶体管的结构、制造方法及电子设备。

背景技术：

1、平面栅碳化硅（sic）功率金属-氧化-半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)由于其工艺简单而被广泛应用。

2、然而平面栅mosfet元胞面积较大且其栅极下方存在jeft区，这导致了较大的导通电阻，增加了导通损耗。此外在实际应用电路中存在电感元件，在电路开关瞬间会产生很大的反向电流，冲击mosfet，此时需要二极管导通使大的电感电流通过，避免电感电流对mosfet造成损坏；通常硅基mosfet采用体二极管反向续流，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），续流通道难以开启，因此应用中可能造成器件损坏，影响器件可靠性。

3、通常将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控制续流通道的开启，但其存在栅极可靠性、工艺复杂以及电流密度低的问题。

4、故相关的平面栅碳化硅晶体管存在续流通道难以开启，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、本技术的目的在于提供一种超结碳化硅晶体管的结构、制造方法及电子设备，旨在解决相关的平面栅碳化硅晶体管续流通道难以开启，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、本技术实施例提供了一种超结碳化硅晶体管的结构，包括左右对称的两个子场效应管结构，左右对称的切面为矢状面，所述子场效应管结构包括：

3、衬底；

4、位于所述衬底的上表面的漂移层；

5、位于所述漂移层上表面的第一阱；

6、位于所述第一阱上表面的第一有源层；

7、位于远离所述矢状面一侧且覆盖所述漂移层、所述第一阱和所述第一有源层的栅极结构；

8、位于所述漂移层上表面且设置于源极沟槽侧面的第一有源区；

9、位于源极沟槽底部并位于所述源极沟槽侧面下方且设置于半导体柱的上表面的第二有源区；

10、位于所述第一有源区和所述第二有源区之间且设置于所述源极沟槽侧面的第三有源区；

11、位于所述矢状面一侧且贯穿所述第一有源区和所述第三有源区的源极沟槽；

12、位于所述第二有源区下表面的所述半导体柱；

13、其中，所述半导体柱、所述第一阱、所述第一有源区和所述第二有源区为第一类型；所述衬底、所述漂移层、第一有源层和所述第三有源区为第二类型。

14、在其中一个实施例中，所述子场效应管结构还包括：

15、位于所述漂移层和所述第一阱之间的电荷存储层；

16、所述第一有源区位于所述电荷存储层上表面且设置于源极沟槽侧面；

17、第二有源区位于源极沟槽底部并位于所述源极沟槽侧面下方且设置于所述半导体柱上表面。

18、在其中一个实施例中，所述子场效应管结构还包括：

19、设置于半导体柱内部且位于所述第二有源区下表面的介电柱。

20、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

21、所述第一类型为n型，所述第二类型为p型。

22、在其中一个实施例中，还包括：

23、覆盖所述第一有源层、所述第一有源区和所述源极沟槽的第一金属层；

24、位于所述衬底的下表面的第二金属层；

25、与所述栅极结构连接的第三金属层；

26、所述第一金属层为所述超结碳化硅晶体管的源极电极，所述第二金属层为所述超结碳化硅晶体管的漏极电极，所述第三金属层为所述超结碳化硅晶体管的栅极电极。

27、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；所述半导体柱、所述漂移层、所述第一阱、所述第一有源层、所述第一有源区、所述第二有源区和所述第三有源区的材料包括碳化硅。

28、本技术实施例还提供一种超结碳化硅晶体管的制造方法，超结碳化硅晶体管左右对称，且左右对称的切面为矢状面，所述制造方法包括：

29、在衬底的上表面形成漂移层；

30、在所述漂移层中的矢状面一侧形成半导体柱；

31、在半导体柱上表面形成第二有源区，并在所述第二有源区上表面形成第三有源区；

32、在所述漂移层上表面形成第一阱，在所述第一阱上表面形成第一有源层，且在所述第三有源区的上表面形成第一有源区；

33、在所述矢状面一侧形成源极沟槽；其中，所述源极沟槽均贯穿所述第一有源区和所述第三有源区；

34、在远离矢状面一侧形成覆盖所述漂移层、所述第一阱和所述第一有源区的栅极结构。

35、在其中一个实施例中，所述在衬底的上表面形成漂移层之后还包括：

36、在所述漂移层的上表面和所述半导体柱的上表面形成电荷存储层；

37、所述在所述漂移层上表面形成第一阱，在所述第一阱上表面形成第一有源层，且在所述第三有源区的上表面形成第一有源区具体为：

38、在所述电荷存储层上表面形成第一阱，在所述第一阱上表面形成第一有源层，且在所述第三有源区的上表面形成第一有源区。

39、在其中一个实施例中，所述在所述漂移层中的矢状面一侧形成半导体柱具体为：

40、在所述漂移层中的矢状面一侧形成半导体柱，且在所述半导体柱内部形成介电柱；

41、所述在半导体柱上表面形成第二有源区，并在所述第二有源区上表面形成第三有源区具体为：

42、所述在半导体柱上表面和所述介电柱上表面形成第二有源区，并在所述第二有源区上表面形成第三有源区。

43、本技术实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的超结碳化硅晶体管的结构。

44、本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于漂移层和衬底作为漏极，第一阱作为栅极，第一有源层作为源极；当超结碳化硅晶体管加正向电压时，漏极和源极导通，第一有源区和第三有源区构成的pn结由于耗尽作用而使得侧壁续流通道关闭，即续流通道截止。当超结碳化硅晶体管加反向电压时，漏极和源极关断，第一有源区和第三有源区构成的pn结正偏，耗尽层消失，使得侧壁续流通道导通，从而无需将sic mosfet与肖特基势垒二极管或结型场效应管反并联集成即可以起到反向续流作用，续流通道易于开启，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。同时，漂移层和半导体柱交替形成耗尽层，使得超结碳化硅晶体管在同等耐压下允许更高的掺杂浓度，加正向电压时降低了导通电阻，加反向电压时具有更大的续流能力。