一种集成SiC二极管的多沟槽功率器件的制作方法

本发明属于半导体，具体涉及一种集成sic二极管的多沟槽功率器件。

背景技术：

1、sic材料作为第三代半导体材料的典型代表，因其低阻抗、耐高温、高频、高效率等优点被广泛应用在汽车电子、光伏逆变、储能以及航空航天等领域。目前市场上主流的sic分立器件主要有sic jbs以及sic mosfet两大类，其中，sic器件主要有两大发展方向：平面型和沟槽型，国外以infineon和rohm为例的沟槽型器件以及wolfspeed为主的平面型器件，国内目前的工艺也是以平面型器件为主，逐渐向沟槽型器件过渡，沟槽型器件能够消除mosfet的jfet区，能降低比导通电阻，实现更高的转换效率。

2、在系统模块及功率转换电路中，sic mosfet通常会反向并联sic jbs作为续流二极管使用，常用的方式是，使用分立器件，或者使用模块，如常见的全桥或三相桥模块等，对比分立器件，模块系统化在一定程度或者范围内降低寄生参数、缩小尺寸，但碍于器件设计尺寸以及封装工艺，优化性能和缩小尺寸也是受限的。

3、因此，亟需提供一种多沟槽功率器件，以改善上述问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种集成sic二极管的多沟槽功率器件。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种集成sic二极管的多沟槽功率器件，包括：

3、至少一个元胞结构，元胞结构包括多个子单元，子单元以元胞结构的中心呈中心对称；

4、元胞结构包括第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽，第一沟槽与第二沟槽之间设置有第一平面区，第二沟槽与第三沟槽之间设置有第二平面区，第一沟槽的深度大于第三沟槽的深度，第三沟槽的深度大于第二沟槽的深度；其中，第二沟槽内设置有栅极，栅极的外围设置有介质层，第一沟槽的底部设置有第一金属，第一金属由第一沟槽的底部延伸至第一平面区，并覆盖在第二沟槽的介质层、以及第二平面区上，第三沟槽的底部设置有第二金属，第二金属沿第三沟槽的底部延伸至第三沟槽的侧壁，第二平面区设置有屏蔽层，屏蔽层由第二平面区延伸至介质层下方；其中，第一金属为欧姆接触金属，第二金属为肖特基接触金属；

5、元胞结构产生的集成sic二极管的正向导通电流由元胞结构的中心指向元胞结构的外围传输，或由元胞结构的外围指向元胞结构的中心传输，元胞结构呈现单极模式向双极模式过渡。

6、本发明的有益效果：

7、本发明提供的一种集成sic二极管的多沟槽功率器件，采用三个沟槽将结势垒肖特基二极管(jbs)与金属氧化物半导体场效应管(mosfet)集成一体，三个沟槽分别为第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽，第一沟槽为mosfet源极沟槽、第二沟槽为mosfet栅极沟槽，第三沟槽为jbs沟槽；本发明中，采用三个沟槽将结势垒肖特基二极管与金属氧化物半导体场效应管集成一体的方式，可以打破封装受限的问题，缩小器件整体尺寸，降低成本；此外，在匹配电压的同时还能降低导通电阻、降低集成的结势垒肖特基二极管的正向开启电压，优化开关转换效率，提高器件的抗浪涌能力。进一步地，本发明中，元胞结构产生的集成sic二极管的正向导通电流由元胞结构的中心指向元胞结构的外围传输，或由元胞结构的外围指向元胞结构的中心传输，元胞结构呈现单极模式向双极模式过渡；可以理解为，当集成sic二极管在小电流情况下，处于单极模式时，多数载流子电子参与导电，能够降低元胞的正向压降，输运过程当仅存在单极模式时，元胞类似于纯肖特基二极管，不利于反向特性，反向漏电较大；当集成的二极管过渡至大电流情况下，漂移区中会注入少数载流子空穴，由单极模式逐渐过渡至双极模式，从而发生电导调制效应，一方面可以降低通态压降，另一方面可以提高抗浪涌电流冲击能力。

8、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，包括：至少一个元胞结构，所述元胞结构包括多个子单元，所述子单元以所述元胞结构的中心呈中心对称；

2.根据权利要求1所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，所述元胞结构为正四边形元胞结构，所述元胞结构还包括第一p+导电区，所述第一p+导电区位于所述第一平面区设置的源极n+导电区内，所述源极n+导电区位于所述第一平面区设置的源极p-导电区内，所述源极p-导电区由第一沟槽底部沿侧壁延伸至所述第一平面区，所述第一沟槽中的第一金属覆盖在第二p+导电区上，所述第二p+导电区位于所述第一沟槽中设置的源极p-导电区内；其中，

3.根据权利要求1所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，所述元胞结构为正四边形元胞结构，所述元胞结构还包括第一p+导电区，所述第一p+导电区位于所述第一平面区设置的源极n+导电区内，所述源极n+导电区位于所述第一平面区设置的源极p-导电区内，所述源极p-导电区由第一沟槽底部沿侧壁延伸至所述第一平面区，所述第一沟槽中的第一金属覆盖在第二p+导电区上，所述第二p+导电区位于所述第一沟槽中设置的源极p-导电区内；其中，

4.根据权利要求1所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，所述元胞结构为正六边形元胞结构，所述元胞结构还包括第一p+导电区，所述第一p+导电区位于所述第一平面区设置的源极n+导电区内，所述源极n+导电区位于所述第一平面区设置的源极p-导电区内，所述源极p-导电区由第一沟槽底部沿侧壁延伸至所述第一平面区，所述第一沟槽中的第一金属覆盖在第二p+导电区上，所述第二p+导电区位于所述第一沟槽中设置的源极p-导电区内；其中，

5.根据权利要求1所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，所述元胞结构为正六边形元胞结构，所述元胞结构还包括第一p+导电区，所述第一p+导电区位于所述第一平面区设置的源极n+导电区内，所述源极n+导电区位于所述第一平面区设置的源极p-导电区内，所述源极p-导电区由第一沟槽底部沿侧壁延伸至所述第一平面区，所述第一沟槽中的第一金属覆盖在第二p+导电区上，所述第二p+导电区位于所述第一沟槽中设置的源极p-导电区内；其中，

6.根据权利要求1所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，所述元胞结构外部为正四边形结构，所述元胞结构内部为正六边形结构，所述元胞结构还包括第一p+导电区，所述第一p+导电区位于所述第一平面区设置的源极n+导电区内，所述源极n+导电区于所述第一平面区设置的源极p-导电区内，所述源极p-导电区由第一沟槽底部沿侧壁延伸至所述第一平面区，所述第一沟槽中的第一金属覆盖在第二p+导电区上，所述第二p+导电区位于所述第一沟槽中设置的源极p-导电区内；其中，

7.根据权利要求1所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，所述元胞结构为正八边形元胞结构，所述元胞结构还包括第一p+导电区，所述第一p+导电区位于所述第一平面区设置的源极n+导电区内，所述源极n+导电区位于所述第一平面区设置的源极p-导电区内，所述源极p-导电区由第一沟槽底部沿侧壁延伸至所述第一平面区，所述第一沟槽中的第一金属覆盖在第二p+导电区上，所述第二p+导电区位于所述第一沟槽中设置的源极p-导电区内；其中，

8.根据权利要求1所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，所述元胞结构为正八边形元胞结构，所述元胞结构还包括第一p+导电区，所述第一p+导电区位于所述第一平面区设置的源极n+导电区内，所述源极n+导电区位于所述第一平面区设置的源极p-导电区内，所述源极p-导电区由第一沟槽底部沿侧壁延伸至所述第一平面区，所述第一沟槽中的第一金属覆盖在第二p+导电区上，所述第二p+导电区位于所述第一沟槽中设置的源极p-导电区内；其中，

9.根据权利要求1所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，所述元胞结构外部为正四边形结构，所述元胞结构内部为正八边形结构，所述元胞结构还包括第一p+导电区，所述第一p+导电区位于所述第一平面区设置的源极n+导电区内，所述源极n+导电区位于所述第一平面区设置的源极p-导电区内，所述源极p-导电区由第一沟槽底部沿侧壁延伸至所述第一平面区，所述第一沟槽中的第一金属覆盖在第二p+导电区上，所述第二p+导电区位于所述第一沟槽中设置的源极p-导电区内；其中，

10.根据权利要求7或8所述的集成sic二极管的多沟槽功率器件，其特征在于，当所述元胞结构为正八边形元胞结构时，4个所述元胞结构之间通过同一第二金属连接，或者，4个所述元胞结构之间通过同一屏蔽层连接。

技术总结本发明公开了一种集成SiC二极管的多沟槽功率器件，包括：至少一个元胞结构，元胞结构包括多个子单元；元胞结构包括第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽，第一沟槽与第二沟槽之间设置有第一平面区，第二沟槽与第三沟槽之间设置有第二平面区；第二沟槽内设置有栅极，栅极的外围设置有介质层，第一金属由第一沟槽的底部延伸至第一平面区，第二金属沿第三沟槽的底部延伸至第三沟槽的侧壁，第二平面区设置有屏蔽层，屏蔽层由第二平面区延伸至介质层下方；元胞结构产生的集成SiC二极管的正向导通电流由元胞结构的中心指向元胞结构的外围传输，或由元胞结构的外围指向元胞结构的中心传输，元胞结构呈现单极模式向双极模式过渡。本发明能够提高器件性能。技术研发人员：郑丽君,曹琳,刘青,温建功受保护的技术使用者：西安龙飞电气技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26