具有折叠式沟道区的碳化硅功率半导体器件及其制造方法与流程

本发明涉及一种具有折叠式沟道区的碳化硅功率半导体器件及其制造方法。

背景技术：

1、作为能够获得高介电击穿强度的功率半导体器件的材料，碳化硅(siliconcarbide)正受人瞩目。碳化硅材料的功率半导体器件因介电击穿强度高而具有能够控制大电流的优点。

2、尤其是，当用于高电压及/或高电流时，采用了碳化硅(sic)、氮化铝(aln)、氮化镓(gan)等宽带隙(wide bandgap)半导体的功率半导体器件与对应的硅(si)材料的半导体器件相比，具有能够在高温下动作、导通电阻低、芯片尺寸小的优点。

3、然而，碳化硅材料的功率半导体器件的缺点在于，不同于硅材料，其在生长出栅极绝缘膜时，会在sio2/sic界面形成sixcyo形态的化合物，从而起到界面陷阱(interfacetrap)的作用。

4、这种问题表现为界面陷阱密度(interface trapped density)，高界面陷阱密度会导致功率半导体器件因沟道迁移率(channel mobility)降低而沟道电阻增加、阈值电压不稳定、功率半导体器件的导通电阻增加等，因此，会降低功率半导体器件的性能。

5、另外，为了降低高沟道电阻，需要碳化硅材料的功率半导体器件的栅极驱动电压约为15～20v。这样的驱动电压高于约10v的硅材料的功率半导体器件的驱动电压，因此，碳化硅材料的功率半导体器件的驱动电路存在无法被广泛利用的问题。

6、另外，碳化硅功率半导体器件的sio2/sic的界面特性与栅极绝缘膜的厚度成反比地降低，因此，与1000埃米水平的硅材料的功率半导体器件相比，所使用的栅极绝缘膜的厚度薄至500埃米水平。

7、因此，碳化硅功率半导体器件的问题在于，与栅极绝缘膜的厚度成正比的栅极绝缘耐压比硅材料弱，同时，栅极绝缘耐压在正向模式(forward mode)与反向模式(reversemode)下具有非对称性。

8、本发明的背景技术中记载的事项用于帮助理解本发明的背景，并不能将其断定为是本领域技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的目的在于，提供一种具有折叠式沟道区的碳化硅功率半导体器件及其制造方法，其通过增宽有效沟道宽度(effective channel width)来降低沟道电阻，从而能够实现器件的高性能化。

3、本发明的目的在于，提供一种具有折叠式沟道区的碳化硅功率半导体器件及其制造方法，其通过具备非对称的(asymmetrical)栅极保护电路，能够解决栅极绝缘耐压在正向模式与反向模式下的非对称性问题。

4、本发明的其他多个目的可通过如下说明而易于理解。

5、技术方案

6、根据本发明的一实施方式，提供一种功率半导体器件，其具有平面栅极结构，其包括配置于源极金属与栅极电极之间的栅极保护电路部，所述栅极保护电路部包括：内置二极管，由第一传导型离子注入区和第二传导型离子注入区交替多级连接而形成于通过半导体基板的上侧表面的绝缘膜层而绝缘的多晶硅层上，一端与所述源极金属电连接，另一端与所述栅极电极电连接；以及一个以上的浮置金属层，将所述内置二极管中相邻的第一传导型离子注入区与第二传导型离子注入区短接(short)，所述浮置金属层被配置成，使所述栅极保护电路部的正向保护电压与反向保护电压的大小不同。

7、所述功率半导体器件的沟道区可形成为折叠式(folded)沟道区，在所述半导体基板的上侧表层部重复地隔开形成有多个与沟道区的长度方向lch平行的沟槽，使得所述折叠式沟道区在沟道区的宽度方向wch上形成凹凸形状。

8、所述栅极保护电路部可形成于栅极焊盘区。

9、所述浮置金属层可形成为不与所述源极金属和所述栅极电极电连接。

10、彼此垂直的沟道区在沟道区宽度方向上连续配置成台阶形状，从而形成凹凸形状的所述折叠式沟道区，在所述折叠式沟道区中，相邻配置的沟道区具有彼此不同姿态的平面形状，当导通时，电流通过各个沟道区所在平面流向形成于所述沟道区的源极区。

11、所述源极区能够以凹凸形状形成于所述半导体基板的上侧表层部，以与所述折叠式沟道区的形状对应。

12、所述沟槽的深度小于第一传导型接触区的厚度，所述第一传导型接触区形成在位于所述半导体基板的上侧表层部的第一传导型体区上。

13、所述沟槽可沿沟道的长度方向延伸形成于所述半导体基板的jfet区、沟道区以及源极区的上侧表层部。

14、所述功率半导体器件可以是金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅极二极晶体管。

15、除了上述以外的其他实施方式、特征、优点可通过所附的附图、权利要求以及具体实施方式而变得更加清楚。

16、有益效果

17、本发明的实施例的碳化硅功率半导体器件通过增宽有效沟道宽度(effectivechannel width)来降低沟道电阻，从而能够实现器件的高性能化。

18、另外，通过具备非对称的(asymmetrical)栅极保护电路，能够解决栅极绝缘耐压在正向模式与反向模式下的非对称性问题。

19、本发明能够获得的效果不限于上述的多个效果，本领域技术人员能够从以下记载清楚地理解未提及的其他的多个效果。

技术特征：

1.一种功率半导体器件，其具有平面栅极结构，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其特征在于，

7.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，

8.根据权利要求2所述的功率半导体器件，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，

技术总结公开了一种具有折叠式沟道区的碳化硅功率半导体器件及其制造方法。功率半导体器件包括配置于源极金属与栅极电极之间的栅极保护电路部，所述栅极保护电路部包括：内置二极管，由第一传导型离子注入区和第二传导型离子注入区交替多级连接的方式形成于通过半导体基板的上侧表面的绝缘膜层而绝缘的多晶硅层上，其一端与所述源极金属电连接，另一端与所述栅极电极电连接；以及一个以上的浮置金属层，将所述内置二极管中相邻的第一传导型离子注入区与第二传导型离子注入区短接。技术研发人员：吴侊勋,金秀圣,郑镇荣,尹钟晩受保护的技术使用者：特瑞诺科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2