一种LVFF碳化硅场效应管及制备工艺的制作方法

本发明涉及半导体，尤其涉及一种lvff碳化硅场效应管及制备工艺。

背景技术：

1、碳化硅（sic）作为第三代半导体材料，以其出色的物理特性——宽禁带宽度、高击穿电场强度、高热导率和载流子饱和速度，在高功率电子领域中引起了革命性的变革。相较于传统的硅（si）半导体，碳化硅材料能够在更宽的温度范围内稳定工作，并承受更高的电压和电流，从而显著提高了功率转换器的效率和功率密度，减少能源损耗。由此，碳化硅mosfet成为现代能源高效转换的核心技术，广泛应用于电动汽车的电机驱动、车载充电系统（obc）、可再生能源如太阳能逆变器、充电桩以及大功率工业电源等领域。

2、现有技术中的碳化硅mosfet在其结构中内嵌有寄生的pin体二极管，该体二极管在功率mosfet关断期间起续流二极管的作用，为解决其性能上的缺陷，现通常采用外部并联碳化硅sbd二极管，但是这种外部布局方式引入了额外的引线和线路，带来更多寄生电感，干扰了器件的性能，且碳化硅sbd二极管和碳化硅mosfet芯片的组合结构中，整体的结构布局尺寸较大，导致芯片的占用面积较大，不利于芯片集成度的提升。

3、鉴于此，需要对现有技术中的碳化硅mosfet加以改进，以解决并联sbd二极管，影响器件性能的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种lvff碳化硅场效应管及制备工艺，解决以上的技术问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种lvff碳化硅场效应管，包括碳化硅mosfet元胞和碳化硅sbd元胞；

4、所述碳化硅mosfet元胞包括sic外延层，所述sic外延层的第一表面上设有栅极结构，所述sic外延层的第一表面上的非栅极区域的预设位置设有sbd沟槽，所述碳化硅sbd元胞集成于所述sbd沟槽内或所述第一表面上的非栅极区域。

5、可选的，

6、所述碳化硅mosfet元胞还包括sic衬底和源极金属层，所述sic衬底的第二表面层叠于所述sic外延层上；

7、所述源极金属层沉积设置于所述sic外延层的第一表面，且所述源极金属层沉积覆盖于所述栅极结构和所述碳化硅sbd元胞；

8、所述sic外延层的第一表面还设置有pn结构部，所述pn结构部包括依次设置的p阱层、n型重掺杂层和源极p型重掺杂层。

9、可选的，

10、所述sic外延层的第一表面上设有两个栅极结构，所述sbd沟槽开设于两个所述栅极结构之间。

11、可选的，所述栅极结构包括层叠于所述sic外延层的第一表面上的栅极氧化层，所述栅极氧化层上层叠设置有栅极电极；

12、所述栅极氧化层和所述栅极电极外设置有栅极介质层。

13、本发明还提供了一种lvff碳化硅场效应管的制备工艺，用于制备如上所述的lvff碳化硅场效应管，所述制备工艺包括：

14、制备碳化硅mosfet的基底层；

15、在所述基底层上通过高温离子注入掺杂工艺形成pn结构部；

16、在所述基底层上通过沉积和光刻依次制备形成两个间隔设置的栅极结构；

17、在两个所述栅极结构之间的所述基底层的表面蚀刻出sbd沟槽，在所述sbd沟槽内通过淀积和光刻集成碳化硅sbd元胞。

18、可选的，所述制备碳化硅mosfet的基底层；具体包括：

19、提供sic衬底，在所述sic衬底上外延生长出sic外延层，以制得所述制备碳化硅mosfet的基底层。

20、可选的，在所述基底层上通过高温离子注入掺杂工艺形成pn结构部；具体包括：

21、在所述基底层上淀积出第一硬掩模掩蔽层，在所述第一硬掩模掩蔽层上光刻出能够外露出所述基底层表面的第一镂空区；

22、通过对所述第一硬掩模掩蔽层注入p阱高温离子，以在所述基底层的表面制得与所述第一镂空区相对应的p阱层；

23、去掉所述第一硬掩模掩蔽层；

24、在所述基底层上淀积出第二硬掩模掩蔽层，在所述第二硬掩模掩蔽层上光刻出能够外露出所述基底层表面的第二镂空区；

25、通过对所述第二硬掩模掩蔽层注入n+高温离子，以在所述基底层的表面制得与所述第二镂空区相对应的n型重掺杂层；所述p型重掺杂层位于所述p阱层的中部；

26、去掉所述第二硬掩模掩蔽层；

27、在所述基底层上淀积出第三硬掩模掩蔽层，在所述第三硬掩模掩蔽层上光刻出能够外露出所述基底层表面的第三镂空区；

28、通过对所述第三硬掩模掩蔽层注入p+高温离子，以在所述基底层的表面制得与所述第三镂空区相对应的p型重掺杂层；所述p型重掺杂层位于所述p阱层的一侧部；

29、去掉所述第三硬掩模掩蔽层。

30、可选的，所述在所述基底层上通过沉积和光刻依次制备形成两个间隔设置的栅极结构；具体包括：

31、在所述基底层的表面通过栅极氧化和后退火，形成栅极氧化层；

32、在所述栅极氧化层上通过多晶淀积层级，形成栅极电极；

33、对所述栅极氧化层和所述栅极电极进行光刻和刻蚀，形成两个间隔设置的栅极岛；

34、在所述基底层上通过介质层淀积，形成包覆于两个所述栅极岛的栅极介质结构；

35、在所述栅极介质结构的中部进行光刻和蚀刻出栅极槽体，制备形成两个间隔设置的栅极结构。

36、可选的，所述在两个所述栅极结构之间的所述基底层的表面蚀刻出sbd沟槽，在所述sbd沟槽内通过淀积和光刻集成碳化硅sbd元胞；具体包括：

37、沿所述栅极槽体的位置，在所述基底层的表面上蚀刻出sbd沟槽；

38、在所述sbd沟槽内光刻出引线孔；

39、在所述sbd沟槽内通过sbd势垒金属溅射和光刻，将碳化硅sbd元胞集成在所述sbd沟槽内。

40、可选的，所述在所述sbd沟槽内通过淀积和光刻集成碳化硅sbd元胞，之后还包括：

41、在所述基底层上进行源极金属溅射和光刻，以在所述基底层的表面沉积形成包覆于所述栅极结构的源极金属层。

42、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本器件包括一个sic外延层，是整个器件的基础，其中包含电荷传输通道；sic外延层的第一表面上，配置有栅极结构，在sic外延层的非栅极区域，通过预设的沟槽内集成了碳化硅sbd元胞，以在不影响mosfet元胞功能的前提下将碳化硅sbd元胞整合入同一硅片；本器件由于sbd被直接集成到mosfet芯片内部，降低封装成本，不需要额外的外部器件和其引脚，可以大幅减小器件的尺寸，提高芯片的集成度；且sbd反向导通时电流分布也更加均匀，消除了二极管与mosfet的相互连接导致的寄生参数，降低了系统的开关损耗，提高了功率转换效率，提高了器件的整体性能。

技术特征：

1.一种lvff碳化硅场效应管，其特征在于，包括碳化硅mosfet元胞（100）和碳化硅sbd元胞（200）；

2.根据权利要求1所述的lvff碳化硅场效应管，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的lvff碳化硅场效应管，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的lvff碳化硅场效应管，其特征在于，所述栅极结构（110）包括层叠于所述sic外延层（102）的第一表面上的栅极氧化层（106），所述栅极氧化层（106）上层叠设置有栅极电极（107）；

5.一种lvff碳化硅场效应管的制备工艺，其特征在于，用于制备如权利要求1至4任一项所述的lvff碳化硅场效应管，所述制备工艺包括：

6.根据权利要求5所述的lvff碳化硅场效应管的制备工艺，其特征在于，所述制备碳化硅mosfet的基底层；具体包括：

7.根据权利要求5所述的lvff碳化硅场效应管的制备工艺，其特征在于，在所述基底层上通过高温离子注入掺杂工艺形成pn结构部（130）；具体包括：

8.根据权利要求5所述的lvff碳化硅场效应管的制备工艺，其特征在于，所述在所述基底层上通过沉积和光刻依次制备形成两个间隔设置的栅极结构（110）；具体包括：

9.根据权利要求8所述的lvff碳化硅场效应管的制备工艺，其特征在于，所述在两个所述栅极结构（110）之间的所述基底层的表面蚀刻出sbd沟槽（120），在所述sbd沟槽（120）内通过淀积和光刻集成碳化硅sbd元胞（200）；具体包括：

10.根据权利要求5所述的lvff碳化硅场效应管的制备工艺，其特征在于，所述在所述sbd沟槽（120）内通过淀积和光刻集成碳化硅sbd元胞（200），之后还包括：

技术总结
本发明属于半导体技术领域，公开了一种LVFF碳化硅场效应管及制备工艺，包括碳化硅MOSFET元胞和碳化硅SBD元胞；碳化硅MOSFET元胞包括SiC外延层，SiC外延层的第一表面上设有栅极结构，SiC外延层的第一表面上的非栅极区域的预设位置设有SBD沟槽，碳化硅SBD元胞集成于SBD沟槽内或第一表面上的非栅极区域；由于SBD被直接集成到MOSFET芯片内部，降低封装成本，不需要额外的外部器件和其引脚，可以大幅减小器件的尺寸，提高芯片的集成度；且SBD反向导通时电流分布也更加均匀，消除了二极管与MOSFET的相互连接导致的寄生参数，降低了系统的开关损耗，提高了功率转换效率，提高了器件的整体性能。

技术研发人员：张爱忠,杨彪,张天畅
受保护的技术使用者：深圳市至信微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10