一种高耐压沟槽型SiC功率器件及制备方法与流程

本发明涉及半导体功率器件领域，尤其是一种高耐压沟槽型sic功率器件及制备方法。

背景技术：

1、为响应国家绿色环保的能源需求号召，电力电子行业正大力发展迭代各类器件以谋求高功率处理能力及低能量损耗。其中，碳化硅材料的大禁带宽度及临界击穿电场强度表明该类材料在1000v及以上电压应用场景有着非常大的应用价值。

2、目前，碳化硅基功率器件依靠其电压等级高，转换频率高，动静态损耗低，热传导率高等优点，已在中高压市场上占有一席之地。随着技术不断迭代，平面栅功率器件不断缩小的关键尺寸已达到极限，若想进一步提高电流密度，唯有运用沟槽技术。

3、然而，业界发现沟槽底部的栅极氧化层将会承受sic材料带来的超高电场强度，这一区别于硅基材料的差异轻则导致器件长期可靠性退化，重则导致栅极氧化层无法承受工作电压而击穿。

技术实现思路

1、本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种高耐压沟槽型sic功率器件及制备方法，本发明的技术方案如下：

2、一种高耐压沟槽型sic功率器件，包括第一导电类型sic基板以及设置于sic基板中心区的有源区，所述有源区包括横贯有源区的第二导电类型屏蔽层以及若干并列分布的沟槽型元胞；

3、对于任一沟槽型元胞，包括位于第二导电类型屏蔽层上方的沟槽栅单元，所述沟槽栅单元与第二导电类型屏蔽层隔离；

4、所述第二导电类型屏蔽层与sic基板上方用于形成正面第一电极的正面第一电极金属电连接；

5、所述正面第一电极金属与所述沟槽栅单元绝缘隔离；

6、功率器件反向关断时，利用第二导电类型屏蔽层屏蔽沟槽栅单元处的电场。

7、其进一步的技术方案为，有源区内相邻的沟槽型元胞之间设置有屏蔽层引出单元；

8、所述屏蔽层引出单元包括第二导电类型屏蔽层引出区，所述第二导电类型屏蔽层引出区与第二导电类型屏蔽层接触；

9、所述第二导电类型屏蔽层引出区与sic基板上方用于形成正面第一电极的正面第一电极金属欧姆接触。

10、其进一步的技术方案为，所述第二导电类型屏蔽层引出区包括第二导电类型第一屏蔽层引出区以及第二导电类型第二屏蔽层引出区，其中，

11、所述第二导电类型第一屏蔽层引出区以及第二导电类型第二屏蔽层引出区均位于sic基板内；

12、所述第二导电类型第一屏蔽层引出区位于第二导电类型第二屏蔽层引出区下方且与第二导电类型第二屏蔽层引出区接触；

13、沿有源区指向终端区的方向上，所述第二导电类型第一屏蔽层引出区的宽度小于第二导电类型第二屏蔽层引出区的宽度；

14、所述第二导电类型第一屏蔽层引出区与第二导电类型屏蔽层接触。

15、其进一步的技术方案为，所述屏蔽层引出单元还包括屏蔽层引出沟槽，所述第二导电类型屏蔽层引出区基于屏蔽层引出沟槽形成于sic基板内，其中，

16、所述屏蔽层引出沟槽设置于相邻的沟槽型元胞之间，包括第一子沟槽以及第二子沟槽，其中，

17、所述第一子沟槽的槽宽小于第二子沟槽的槽宽，所述第一子沟槽位于第二子沟槽下方，且所述第一子沟槽的槽口与第二子沟槽的槽底连接。

18、其进一步的技术方案为，所述沟槽型元胞中还包括位于沟槽栅单元下方的第一导电类型掺杂区，其中，

19、所述沟槽栅单元、第二导电类型屏蔽层以及所述第一导电类型掺杂区均位于sic基板中的第一导电类型漂移区内，且所述第一导电类型掺杂区的掺杂浓度大于第一导电类型漂移区的掺杂浓度；

20、所述第一导电类型掺杂区贯穿第二导电类型屏蔽层且与沟槽栅单元接触；

21、功率器件正向导通时，载流子由第一导电类型掺杂区流入所述第一导电类型漂移区。

22、其进一步的技术方案为，所述沟槽栅单元包括元胞沟槽、制备于元胞沟槽内壁的栅氧化层以及填充与元胞沟槽内的栅电极体，其中，

23、沿有源区指向终端区的方向上，所述元胞沟槽的宽度大于第一导电类型掺杂区的宽度；

24、所述栅电极体通过栅氧化层与元胞沟槽内壁绝缘隔离，所述栅电极体与sic基板正面用于形成正面第二电极的第二电极金属欧姆接触。

25、其进一步的技术方案为，所述元胞沟槽的两侧均设置有第二导电类型基区，且每个第二导电类型基区内均设置有第一导电类型源区；

26、所述第二导电类型基区以及所述第一导电类型源区与元胞沟槽的对应外侧壁接触；

27、所述第一导电类型源区的结深不大于所述第二导电类型基区的结深；

28、所述第二导电类型基区以及第一导电类型源区均与正面第一电极金属欧姆接触。

29、一种高耐压沟槽型sic功率器件的制备方法，用于制备上述功率器件，所述沟槽型sic功率器件的制备方法包括：

30、提供具有第一导电类型的sic基板，并对所述sic基板的正面进行正面元胞工艺，其中，

31、对sic基板的正面进行正面元胞工艺时，在sic基板的中心区制备有源区，在有源区内制备形成若干并联成一体的沟槽型元胞，以及横贯所述有源区的第二导电类型屏蔽层；

32、对于任一沟槽型元胞，包括位于第二导电类型屏蔽层上方的沟槽栅单元，所述沟槽栅单元与第二导电类型屏蔽层隔离；

33、所述第二导电类型屏蔽层与sic基板上方用于形成正面第一电极的正面第一电极金属电连接；

34、所述正面第一电极金属与所述沟槽栅单元绝缘隔离；

35、功率器件反向关断时，利用第二导电类型屏蔽层屏蔽沟槽栅单元处的电场。

36、其进一步的技术方案为，所述正面元胞工艺包括在有源区内制备屏蔽层引出单元；

37、制备屏蔽层引出单元时，在相邻的沟槽型元胞之间刻蚀得到预备沟槽；

38、对所述预备沟槽进行二次刻蚀，以制备得到第一子沟槽，并在第一子沟槽上方制备得到第二子沟槽，所述第一子沟槽的槽宽小于第二子沟槽的槽宽，且所述第一子沟槽的槽口与第二子沟槽的槽底连接；

39、由第一子沟槽以及第二子沟槽向sic基板内进行离子注入，以制备得到第二导电类型屏蔽层引出区，所述第二导电类型屏蔽层引出区与第二导电类型屏蔽层接触；

40、在sic基板的正面进行金属沉积，以在金属沉积后至少得到正面第一电极金属，所述正面第一电极金属与所述第二导电类型屏蔽层引出区欧姆接触。

41、其进一步的技术方案为，制备预备沟槽的同时在沟槽型元胞内制备得到元胞沟槽；

42、所述元胞沟槽的槽深大于预备沟槽的槽深，且所述元胞沟槽的槽宽大于预备沟槽的槽宽；

43、对预备沟槽进行二次刻蚀前，在元胞沟槽内制备得到覆盖元胞沟槽侧壁的侧墙，并利用所述侧墙在元胞沟槽下方制备得到第一导电类型掺杂区；

44、所述第一导电类型掺杂区贯穿所述第二导电类型屏蔽层且与元胞沟槽的槽底接触；

45、沿有源区指向终端区的方向上，所述元胞沟槽的宽度大于第一导电类型掺杂区的宽度。

46、上述“第一导电类型”和“第二导电类型”两者中，对于n型功率器件，第一导电类型指n型，第二导电类型为p型；对于p型功率器件，第一导电类型与第二导电类型所指的类型与n型器件相反。

47、本发明的有益技术效果是：

48、本发明通过设置横贯有源区的第二导电类型屏蔽层提高器件的耐压，功率器件反向关断时，第二导电类型屏蔽层能够有效屏蔽栅氧化层处的电场，使栅氧化层处的电场强度能够降低到合理水平。

49、同时，在相邻的沟槽型元胞之间设置有屏蔽层引出单元，用于引出第二导电类型屏蔽层的连接电位。所述屏蔽层引出单元包括屏蔽层引出沟槽，以及位于屏蔽层引出沟槽内的第二导电类型屏蔽层引出区，通过屏蔽层引出沟槽的设置，使第二导电类型屏蔽层引出区在sic基板内注入深度较浅的情况下，实现第二导电类型屏蔽层电位的引出，避免了器件长期可靠性退化的问题。