沟槽型碳化硅逆阻mosfet器件及其制备方法
阅读说明：本技术 沟槽型碳化硅逆阻mosfet器件及其制备方法 (Groove type silicon carbide reverse resistance MOSFET device and preparation method thereof ) 是由 张金平 王鹏蛟 兰逸飞 刘竞秀 张波 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于功率半导体器件技术领域,具体涉及一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件及其制备方法。本发明相对于传统的沟槽型碳化硅MOSFET,去掉了其N型碳化硅衬底,在器件源区一侧引入了第一N型碳化硅缓冲层,在器件漏区一侧引入了第二N型碳化硅缓冲层,并且在器件漏区一侧引入了结型肖特基势垒二极管结构。所述器件结构可以使沟槽型碳化硅MOSFET在获得大的正反向对称耐压的同时,具有较小的正向导通压降。此外,为了进一步解决该器件栅氧化层可靠性问题及栅漏电容较大问题,给出了几种相应的衍生结构。(The invention belongs to the technical field of power semiconductor devices, and particularly relates to a groove type silicon carbide reverse resistance MOSFET device and a preparation method thereof. Compared with the traditional groove type silicon carbide MOSFET, the groove type silicon carbide MOSFET is provided with the N type silicon carbide substrate removed, the first N type silicon carbide buffer layer is introduced to one side of the source region of the device, the second N type silicon carbide buffer layer is introduced to one side of the drain region of the device, and the junction type Schottky barrier diode structure is introduced to one side of the drain region of the device. The device structure can enable the groove type silicon carbide MOSFET to obtain large forward and reverse symmetrical voltage resistance and simultaneously have small forward conduction voltage drop. In addition, in order to further solve the problems of reliability of the gate oxide layer of the device and large gate leakage capacitance, a plurality of corresponding derivative structures are provided.)
技术领域
本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件及其制备方法。
背景技术
逆变器是将直流电转换为交流电的器件，其应用场景比较广泛，比如光伏逆变器、不间断电源、轨道交通和无轨电车、变频器等。多电平逆变器具有低损耗、低噪声以及输出波形接近正弦波等优良特性，因此其应用场景更加广阔。矩阵逆变器是一种新型的电力转换器，它可以直接实现交流-交流的转换。与传统的交流-直流-交流变频方式相比，矩阵逆变器不需要直流电容进行中间储能，提高了整个系统的可靠性，并且降低了成本。
具有正反向导通能力和阻断能力的双向开关是多电平逆变器和矩阵逆变器的核心器件。逆阻型绝缘栅双极型晶体管(RB-IGBT)是一种具有双向阻断能力的新型IGBT，将两个RB-IGBT反向并联便可以构成一个双向开关。传统的双向开关通常由两个普通IGBT和两个快恢复二极管构成，与之相比，由RB-IGBT构成的双向开关元件数目更少，导通损耗更低。常规的RB-IGBT通常采用非穿通型(NPT)结构，这种结构的IGBT漂移区较长，因此电流拖尾严重，关断损耗较大。如何降低双向开关的功率损耗是目前的研究热点之一。
碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表之一，具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、热导率高等优良特性。与相同耐压等级的IGBT相比，碳化硅MOSFET拥有更低的导通压降和关断损耗。因此，如果碳化硅MOSFET能够实现双向阻断，其性能相比RB-IGBT会优越很多。图1是传统的沟槽型碳化硅MOSFET，该结构具备较大的正向阻断能力和较低的导通压降。然而，该结构并不具备反向阻断能力。
发明内容
本发明的目的是为了解决如何让沟槽型碳化硅MOSFET具备大的正反向对称耐压，以及如何降低其导通压降的问题。传统的沟槽型碳化硅MOSFET如图1所示，并不具备反向阻断能力。本发明提出了两种技术方案。技术方案1如图2所示，本技术方案中去掉了传统的沟槽型碳化硅MOSFET结构中的碳化硅衬底，在源区一侧引入了第一N型碳化硅缓冲层，在漏区一侧引入了第二N型碳化硅缓冲层，并且在漏区一侧引入结型势垒肖特基二极管结构(JBS)。该器件结构使沟槽型碳化硅MOSFET具备了反向阻断能力，同时获得较低的正向导通压降。技术方案2如图3所示，技术方案2中也去掉了传统的沟槽型碳化硅MOSFET结构中的碳化硅衬底，在源区一侧引入了第一N型碳化硅缓冲层，在漏区一侧引入了第二N型碳化硅缓冲层，与技术方案1不同的地方是其器件背部结构，在本技术方案中，第二N型碳化硅缓冲层与漏极金属之间形成肖特基接触，P型浮空区并不与漏极金属之间形成接触。本技术方案同样使沟槽型碳化硅MOSFET具备了反向阻断能力，同时获得较低的正向导通压降。此外，本发明还提供了两种技术方案中器件的制备方法，制作工艺简单可控，与现有工艺兼容性强。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一方案一
一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET，其半元胞包括：
包括：从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3上方设置栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10位于栅极4右侧，第一N型碳化硅缓冲层10上方设置P型碳化硅基区9，所述P型碳化硅基区9的上方设置有N型碳化硅源区6和P型碳化硅源区7；所述N型碳化硅源区6与P型碳化硅源区7左右相接；P型碳化硅源区7的上方设置源极金属8，所述源极金属8分别与P型碳化硅源区7和部分N型碳化硅源区6上下相接；栅极4和N型碳化硅外延层3之间，栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10之间，栅极4和P型碳化硅基区9之间，栅极4和N型碳化硅源区6之间都设有栅介质层5；
所述第二N型碳化硅缓冲层21中具有不相连的P型区域11，P型区域11的下方与漏极金属1之间形成欧姆接触13；第二N型碳化硅缓冲层21与漏极金属1之间形成肖特基接触12。
作为优选方式，所述栅介质层5的底部设置有P型埋层14。
作为优选方式，还包括设置在栅介质层5下方的屏蔽栅15，屏蔽栅15与源极金属8短接，屏蔽栅15的下方和右侧为屏蔽栅介质层16。
作为优选方式，所述N型碳化硅外延层3被替换为P柱31和N柱32。
作为优选方式，所有碳化硅材料替换为氮化镓、氧化镓、氮化硼、硅材料。
作为优选方式，所述的一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件正面的半元胞结构包括从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3的上方为第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10上方为栅介质层5，栅介质层5内部为栅极4，栅介质层5右侧为第一P型碳化硅基区9，第一P型碳化硅基区9的左边与栅介质层5接触、左上表面与第一N型碳化硅源区6接触、右上表面与第一P型碳化硅源区7接触、下部与第一N型碳化硅缓冲层10接触，第一P型碳化硅源区7上方为源极金属8；源极金属8覆盖第一N型源区6的上表面和右表面，
作为优选方式，所述的一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件正面的元胞结构包括从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3的上方为第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10上方中部为栅极4，第一N型碳化硅缓冲层10上方左部为第二P型源区71，第二P型源区71右侧为第二N型源区61和第二P型基区91,第二N型源区61和第二P型基区91上下相接，栅极4的右侧为第三P型源区72,第三P型源区72向左延伸至栅极4中部，第三P型源区72右侧为第三N型源区62和第三P型基区92,第三N型源区62和第三P型基区92上下相接，栅极4和第二N型源区61之间，栅极4和第二P型基区91之间，栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10之间，栅极4和第三P型源区72之间都通过栅介质层5隔离；
本发明还提供一种所述沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1：采用外延工艺，在N型碳化硅衬底2表面制得第二N型碳化硅缓冲层21；
步骤2：采用外延工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21表面制得N型碳化硅外延层3；
步骤3：采用光刻及刻蚀工艺，在N型碳化硅外延层3上方刻蚀出沟槽；
步骤4：采用热氧化工艺，在沟槽表面生长一层栅介质层5；
步骤5：采用淀积工艺，在栅介质层5内淀积形成栅极4；
步骤6：采用光刻和离子注入工艺，先后在N型碳化硅外延层3内形成第一N型碳化硅缓冲层10、P型碳化硅基区9、N型碳化硅源区6及P型碳化硅源区7；
步骤7：翻转硅片，采用研磨工艺去掉N型碳化硅衬底2；
步骤8：采用光刻和离子注入工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21中制得不相邻的P型区域11；
步骤9：采用蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，制得源极金属8；
步骤10：采用蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，制得背部漏极金属1，并且，在背部漏极金属1与第二N型碳化硅缓冲层21之间形成肖特基接触，在背部漏极金属1与P型区域11之间形成欧姆接触。
二、方案二
一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET，其半元胞包括：
从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3上方设置栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10位于栅极4右侧，第一N型碳化硅缓冲层10上方设置P型碳化硅基区9，所述P型碳化硅基区9的上方设置有N型碳化硅源区6和P型碳化硅源区7；所述N型碳化硅源区6与P型碳化硅源区7左右相接；P型碳化硅源区7的上方设置源极金属8，所述源极金属8分别与P型碳化硅源区7和部分N型碳化硅源区6上下相接；栅极4和N型碳化硅外延层3之间，栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10之间，栅极4和P型碳化硅基区9之间，栅极4和N型碳化硅源区6之间都设有栅介质层5；
所述第二N型碳化硅缓冲层21中具有不相连的P型浮空区17；P型浮空区17的下方不与背部漏极金属1之间形成接触，即P型浮空区17完全在第二N型碳化硅缓冲层21中浮空；第二N型碳化硅缓冲层21与背部漏极金属1之间形成肖特基接触。
作为优选方式，所述栅介质层5的底部设置有P型埋层14。
作为优选方式，还包括设置在栅介质层5下方的屏蔽栅15，屏蔽栅15与源极金属8短接，屏蔽栅15的下方和右侧为屏蔽栅介质层16。
作为优选方式，所述N型碳化硅外延层3被替换为P柱31和N柱32。
作为优选方式，所有碳化硅材料替换为氮化镓、氧化镓、氮化硼、硅材料。
作为优选方式，所述的一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件正面的半元胞结构包括从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3的上方为第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10上方为栅介质层5，栅介质层5内部为栅极4，栅介质层5右侧为第一P型碳化硅基区9，第一P型碳化硅基区9的左边与栅介质层5接触、左上表面与第一N型碳化硅源区6接触、右上表面与第一P型碳化硅源区7接触、下部与第一N型碳化硅缓冲层10接触，第一P型碳化硅源区7上方为源极金属8；源极金属8覆盖第一N型源区6的上表面和右表面，
作为优选方式，所述的一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件正面的元胞结构包括从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3的上方为第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10上方中部为栅极4，第一N型碳化硅缓冲层10上方左部为第二P型源区71，第二P型源区71右侧为第二N型源区61和第二P型基区91,第二N型源区61和第二P型基区91上下相接，栅极4的右侧为第三P型源区72,第三P型源区72向左延伸至栅极4中部，第三P型源区72右侧为第三N型源区62和第三P型基区92,第三N型源区62和第三P型基区92上下相接，栅极4和第二N型源区61之间，栅极4和第二P型基区91之间，栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10之间，栅极4和第三P型源区72之间都通过栅介质层5隔离；
本发明还提供一种所述沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1：采用外延工艺，在N型碳化硅衬底2表面制得第二N型碳化硅缓冲层21；
步骤2：采用外延工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21表面制得N型碳化硅外延层3；
步骤3：采用光刻及刻蚀工艺，在N型碳化硅外延层3上方刻蚀出沟槽；
步骤4：采用热氧化工艺，在沟槽表面生长一层薄的栅介质层5；
步骤5：采用淀积工艺，在栅介质层5内淀积形成栅极4；
步骤6：采用光刻和离子注入工艺，先后在N型外延层内形成第一N型碳化硅缓冲层10、P型碳化硅基区9、N型碳化硅源区6及P型碳化硅源区7；
步骤7：翻转硅片，采用研磨工艺去掉N型碳化硅衬底2；
步骤8：采用光刻和离子注入工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21中制得相间分布的P型浮空区17；
步骤9：采用蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，制得源极金属8；步骤10：采用蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，制得背部漏极金属1，并且，在背部漏极金属1与第二N型碳化硅缓冲层21之间形成肖特基接触。
进一步地，为了简化描述，上述器件结构和制备方法是以N沟道碳化硅MOSFET为例来说明，但本发明同样适用于P沟道碳化硅MOSFET器件的制备。
进一步地，对本发明的两种技术方案，以上所提及到的器件结构的正面结构都可以改为图10和图11所示正面结构。
本发明的工作原理：
传统的沟槽型碳化硅MOSFET如图1所示。在正向工作时，在漏极施加正电压，源极施加负电压，通过在栅极施加适当的正向偏压使器件开启，需要关断时则撤去栅极的正向偏压，由P型基区和N型漂移区形成的反向PN结来承受耐压，耗尽区向衬底方向扩展，由于N型衬底具有很高的掺杂浓度，因此阻止了耗尽区的进一步扩展，防止了器件的穿通，保证了正向耐压。然而在反向关断时，传统的沟槽型碳化硅MOSFET无法形成耐压区，因此不具备反向耐压能力。
本发明有方案一和方案二两种技术方案，两种技术方案的基本原理是类似的，因此这里只阐述技术方案一的工作原理。方案一中去掉了传统的沟槽型碳化硅MOSFET结构中的碳化硅衬底，在源区一侧引入了第一N型碳化硅缓冲层，在漏区一侧引入了第二N型碳化硅缓冲层，并且在漏区一侧引入结型势垒肖特基二极管结构(JBS)，从而在反向关断时可以产生耐压区，使碳化硅MOSFET具备了反向阻断能力，并且可以获得一个较低的正向导通压降。需要注意的是，在本发明中，引入的第一N型碳化硅缓冲层和第二N型碳化硅缓冲层浓度高于漂移区浓度，但同时又低于传统沟槽型碳化硅MOSFET的衬底浓度，浓度范围为1015cm-3至1016cm-3量级，从而保证器件能够获得较大的对称耐压。
当该MOSFET器件结构正常导通的时候，由于肖特基势垒低于PN结势垒，电流会率先通过肖特基势垒的导电沟道流动，器件为多子导电，因此正向工作时，JBS结构等效于SBD结构，由于肖特基势垒比欧姆接触的势垒低，因此相比传统的沟槽型碳化硅MOSFET，该器件结构可以得到更低的MOSFET漏接触电阻，同时，由于引入的第一N型碳化硅缓冲层和第二N型碳化硅缓冲层浓度高于漂移区浓度，因此器件的导通压降会进一步降低。当器件通过大的浪涌电流时，由于P型碳化硅/N型碳化硅PN结上方大的横向电流在N型碳化硅中产生的大的压降，背部P型碳化硅/N型碳化硅PN结导通，背部P型碳化硅向N型碳化硅中注入大量空穴，形成局部电导调制，降低了N型碳化硅中的导通电阻，显著降低了器件的损耗，提升了器件的通流能力，因而提升了器件的抗浪涌电流能力，使器件具有高的浪涌电流承受能力。
在正向耐压时,首先由P型基区和第一N型碳化硅缓冲层形成的PN结进行耐压，由于引入的第一N型碳化硅缓冲层浓度不是很高，因此耗尽区可以穿过第一N型碳化硅缓冲层，继续向漂移区下方扩展，当耗尽区到达第二N型碳化硅缓冲层时，由于第二N型碳化硅缓冲层浓度高于漂移区浓度，因此可以阻止耗尽区的扩展，从而保证了较大的正向耐压。在反向耐压时，相邻P型区域与漂移区之间处于反偏状态，随着反偏电压的增大，彼此耗尽区会发生交叠，将肖特基界面包裹其中，使其免受高场影响，从而显著降低漏电流，而耗尽区则向源极一侧的漂移区进行扩展，当器件到达第一N型碳化硅缓冲层时，由于第一N型碳化硅缓冲层浓度高于漂移区浓度，因此耗尽区停止扩展，防止了器件的穿通，保证了器件具备较大的反向耐压。因此，该器件结构具备较大的正反向对称耐压，同时具备较小的正向导通压降。
本发明的有益效果表现在：
双向开关是多电平逆变器和矩阵逆变器的核心器件。将两个RB-IGBT反向并联可以构成一个双向开关，常规的硅基RB-IGBT通常采用非穿通型(NPT)结构，这种结构的IGBT漂移区较长，因此电流拖尾严重，关断损耗较大。与相同耐压等级的硅基IGBT相比，碳化硅MOSFET拥有更低的导通压降和关断损耗。本发明为一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件，该器件结构具备较大的正反向对称耐压，同时具备较小的正向导通压降，相比于两个硅基RB-IGBT形成的双向开关，由两个逆阻型碳化硅MOSFET形成的双向开关拥有更低的导通压降和更高的开关速度，从而有效降低双向开关在多电平逆变器和矩阵逆变器应用中的功率损耗。
附图说明
图1是传统的沟槽型碳化硅MOSFET的半元胞结构示意图；
图2是本发明实施例1的半元胞结构示意图；
图3是本发明实施例2的半元胞结构示意图；
图4是本发明实施例3的半元胞示意图；
图5是本发明实施例4的半元胞示意图；
图6是本发明实施例5的半元胞示意图；
图7是本发明实施例6的半元胞示意图；
图8是本发明实施例7的半元胞示意图；
图9是本发明实施例8的半元胞示意图；
图10是本发明实施例9的一种正面结构的半元胞示意图，该正面结构适用于本发明的所有器件；
图11是本发明实施例10的一种正面结构的元胞示意图，该正面结构适用于本发明的所有器件；
图12是本发明实施例1制备工艺中通过外延工艺在N型碳化硅衬底2上外延形成第二N型碳化硅缓冲层21后的结构示意图；
图13是本发明实施例1制备工艺中通过外延工艺在第二N型碳化硅缓冲层21上外延形成N型碳化硅外延层3后的结构示意图；
图14是本发明实施例1制备工艺中通过光刻及刻蚀工艺在N型碳化硅外延层3上方刻蚀出沟槽后的结构示意图；
图15是本发明实施例1制备工艺中通过热氧化工艺，在沟槽表面生长一层栅介质层5后的结构示意图；
图16是本发明实施例1制备工艺中通过淀积工艺，在栅介质层5内淀积形成栅极4后的结构示意图；
图17是本发明实施例1制备工艺中通过光刻及离子注入，先后在N型外延层内形成第一N型碳化硅缓冲层10、P型碳化硅基区9、N型碳化硅源区6及P型碳化硅源区7后的结构示意图；
图18是本发明实施例1制备工艺中翻转硅片后，通过研磨工艺，去掉N型碳化硅衬底2后的结构示意图；
图19是本发明实施例1制备工艺中通过光刻和离子注入工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21中制得P型区域11后的结构示意图；
图20是本发明实施例1制备工艺中通过蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，在N型碳化硅源区6和P型碳化硅源区7表面制得源极金属8后的结构示意图；
图21是本发明实施例1制备工艺中通过蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，形成背面漏极金属1，并且，在漏极金属1与第二N型碳化硅缓冲层21之间形成肖特基接触，在漏极金属与P型区域12之间形成欧姆接触后的结构示意图。
图1至图11中，1为背部漏极金属，2为N型碳化硅衬底，21为第二N型碳化硅缓冲层，3为N型碳化硅外延层，31为P柱，32为N柱，4为栅极，5为栅介质层，6为N型碳化硅源区，61为第一N型源区，62第二为N型源区，7为P型碳化硅源区，71为第一P型源区，72为第二P型源区，8为源极金属，9为P型碳化硅基区，91为第一P型基区，92为第二P型基区，10为第一N型碳化硅缓冲层，11为P型区域，12为肖特基接触，13为欧姆接触，14为P型埋层，15为屏蔽栅，16为屏蔽栅介质层，17为P型浮空区。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1：
一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET，其半元胞结构如图2所示，包括：从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3上方设置栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10位于栅极4右侧，第一N型碳化硅缓冲层10上方设置P型碳化硅基区9，所述P型碳化硅基区9的上方设置有N型碳化硅源区6和P型碳化硅源区7；所述N型碳化硅源区6与P型碳化硅源区7左右相接；P型碳化硅源区7的上方设置源极金属8，所述源极金属8分别与P型碳化硅源区7和部分N型碳化硅源区6上下相接；栅极4和N型碳化硅外延层3之间，栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10之间，栅极4和P型碳化硅基区9之间，栅极4和N型碳化硅源区6之间都设有栅介质层5；
所述第二N型碳化硅缓冲层21中具有不相连的P型区域11，P型区域11的下方与漏极金属1之间形成欧姆接触13；第二N型碳化硅缓冲层21与漏极金属1之间形成肖特基接触12。
优选的，所有碳化硅材料替换为氮化镓、氧化镓、氮化硼、硅材料。
本实施例还提供一种所述沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1：如图12，采用外延工艺，在N型碳化硅衬底2表面制得第二N型碳化硅缓冲层21；
步骤2：如图13，采用外延工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21表面制得N型碳化硅外延层3；
步骤3：如图14，采用光刻及刻蚀工艺，在N型碳化硅外延层3上方刻蚀出沟槽；
步骤4：如图15，采用热氧化工艺，在沟槽表面生长一层栅介质层5；
步骤5：如图16，采用淀积工艺，在栅介质层5内淀积形成栅极4；
步骤6：如图17，采用光刻和离子注入工艺，先后在N型碳化硅外延层3内形成第一N型碳化硅缓冲层10、第一P型碳化硅基区9、第一N型碳化硅源区6及第一P型碳化硅源区7；
步骤7：如图18，翻转硅片，通过研磨工艺，去掉N型碳化硅衬底2；
步骤8：如图19，采用光刻和离子注入工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21中制得不相邻的P型区域11；
步骤9：如图20，采用蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，制得源极金属8；
步骤10：如图21，采用蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，制得背部漏极金属1，并且，在背部漏极金属1与第二N型碳化硅缓冲层21之间形成肖特基接触，在背部漏极金属1与P型区域11之间形成欧姆接触。
实施例2：
一种沟槽型碳化硅逆阻MOSFET，其半元胞结构如图3所示，本实施例和实施例1的区别在于：所述第二N型碳化硅缓冲层21中具有不相邻的P型浮空区17；P型浮空区17的下方不与背部漏极金属1之间形成接触，即P型浮空区17完全在第二N型碳化硅缓冲层21中浮空；第二N型碳化硅缓冲层21与背部漏极金属1之间形成肖特基接触。
优选的，所有碳化硅材料替换为氮化镓、氧化镓、氮化硼、硅材料。
本实施例还提供一种所述沟槽型碳化硅逆阻MOSFET器件的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1：采用外延工艺，在N型碳化硅衬底2表面制得第二N型碳化硅缓冲层21；
步骤2：采用外延工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21表面制得N型碳化硅外延层3；
步骤3：采用光刻及刻蚀工艺，在N型碳化硅外延层3上方刻蚀出沟槽；
步骤4：采用热氧化工艺，在沟槽表面生长一层栅介质层5；
步骤5：采用淀积工艺，在栅介质层5内淀积形成栅极4；
步骤6：采用光刻和离子注入工艺，先后在N型碳化硅外延层3内形成第一N型碳化硅缓冲层10、第一P型碳化硅基区9、第一N型碳化硅源区6及第一P型碳化硅源区7；
步骤7：翻转硅片，通过研磨工艺，去掉N型碳化硅衬底2；
步骤8：采用光刻和离子注入工艺，在第二N型碳化硅缓冲层21中制得相间分布的P型浮空区17；
步骤9：采用蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，制得源极金属8；步骤10：采用蒸发或溅射工艺以及刻蚀工艺，制得背部漏极金属1，并且，在背部漏极金属1与第二N型碳化硅缓冲层21之间形成肖特基接触。
实施例3：
实施例1的一种衍生结构，其半元胞结构如图4所示，本实施例和实施例1的区别在于：所述栅介质层5的底部设置有P型埋层14。具体原理是：由于碳化硅相比硅有更高的临界击穿电场，更高的临界击穿电场导致了碳化硅MOSFET器件在击穿时，栅介质层中的电场远远大于硅基MOSFET栅介质层中的电场，从而降低了栅介质层的可靠性。本实施例引入的P型埋层14，能有效降低沟槽底部拐角处栅介质层中的电场大小，提升正向耐压能力。
实施例4：
实施例1的一种衍生结构，其半元胞结构如图5所示，本实施例和实施例3的区别在于：还包括设置在栅介质层5下方的屏蔽栅15，屏蔽栅15与源极金属8短接，屏蔽栅15的下方和右侧为屏蔽栅介质层16，屏蔽栅介质层16的下方为P型埋层14。
具体原理是：沟槽栅MOSFET可以显著增大电流密度，但同时也会带来栅漏电容的增大，增大了关断时的功率损耗。栅漏电容的大小与栅极区域和漏极区域之间有效交叠面积直接相关。本实施例引入的屏蔽栅15，有效降低了栅极区域和漏极区域之间的有效交叠面积，从而降低了栅漏电容。并且，屏蔽栅介质层16的厚度大于栅氧化层厚度，提升了器件的正向耐压。
实施例5：
实施例1的一种衍生结构，其半元胞结构如图6所示，本实施例是在实施例4基础上进行的改进，去掉了P型埋层14，并且将N型碳化硅外延层3替换为P柱31和N柱32，其余结构均与实施例4相同。
本实施例中通过引入P柱31和N柱32形成了超结MOSFET结构，当二者电荷平衡时，整个漂移区对外不显电性可近似为中性，这使得漂移区浓度和耐压相对独立。本实施例可以保证在相同耐压等级下有效降低器件的导通压降，提升器件性能。
实施例6：
实施例2的一种衍生结构，其半元胞结构如图7所示，本实施例是在实施例2的所述栅介质层5的底部设置P型埋层14。
具体原理是：由于碳化硅相比硅有更高的临界击穿电场，更高的临界击穿电场导致了碳化硅MOSFET器件在击穿时，栅介质层中的电场远远大于硅基MOSFET栅介质层中的电场，从而降低了栅介质层的可靠性。本实施例引入的P型埋层14，能有效降低沟槽底部拐角处栅介质层中的电场大小，提升正向耐压能力。
实施例7：
实施例2的一种衍生结构，其半元胞结构如图8所示，本实施例是在实施例6基础上进行的改进，还包括设置在栅介质层5下方的屏蔽栅15，屏蔽栅15与源极金属8短接，屏蔽栅15的下方和右侧为屏蔽栅介质层16。屏蔽栅介质层16下方为P型埋层14。
具体原理是：沟槽栅MOSFET可以显著增大电流密度，但同时也会带来栅漏电容的增大，增大了关断时的功率损耗。栅漏电容的大小与栅极区域和漏极区域之间有效交叠面积直接相关。本实施例引入的屏蔽栅15，有效降低了栅极区域和漏极区域之间的有效交叠面积，从而降低了栅漏电容。并且，屏蔽栅介质层16的厚度大于栅氧化层厚度，提升了器件的正向耐压。
实施例8：
实施例2的一种衍生结构，其半元胞结构如图9所示，本实施例是在实施例7基础上进行的改进，去掉了P型埋层14，并且将N型外延层3替换为P柱31和N柱32。
本实施例中通过引入P柱31和N柱32形成了超结MOSFET结构，当二者电荷平衡时，整个漂移区对外不显电性可近似为中性，这使得漂移区浓度和耐压相对独立。本实施例可以保证在相同耐压等级下有效降低器件的导通压降，提升器件性能。
实施例9
如图10，本实施例提供一种半元胞的结构示意图，半元胞结构包括从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3的上方为第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10上方为栅介质层5，栅介质层5内部为栅极4，栅介质层5右侧为第一P型碳化硅基区9，第一P型碳化硅基区9的左边与栅介质层5接触、左上表面与第一N型碳化硅源区6接触、右上表面与第一P型碳化硅源区7接触、下部与第一N型碳化硅缓冲层10接触，第一P型碳化硅源区7上方为源极金属8；源极金属8覆盖第一N型源区6的上表面和右表面，
所述第二N型碳化硅缓冲层21中具有不相连的P型区域11；P型区域11的下方与背部漏极金属1之间形成欧姆接触；第二N型碳化硅缓冲层21与背部漏极金属1之间形成肖特基接触。
该半元胞的正面结构适用于实施例1-8任意一种器件结构。
实施例10
如图11，本实施例提供一种元胞的结构示意图；
其元胞结构包括从下至上依次层叠设置的背部漏极金属1、第二N型碳化硅缓冲层21、N型碳化硅外延层3，
N型碳化硅外延层3的上方为第一N型碳化硅缓冲层10，第一N型碳化硅缓冲层10上方中部为栅极4，第一N型碳化硅缓冲层10上方左部为第二P型源区71，第二P型源区71右侧为第二N型源区61和第二P型基区91,第二N型源区61和第二P型基区91上下相接，栅极4的右侧为第三P型源区72,第三P型源区72向左延伸至栅极4中部，第三P型源区72右侧为第三N型源区62和第三P型基区92,第三N型源区62和第三P型基区92上下相接，栅极4和第二N型源区61之间，栅极4和第二P型基区91之间，栅极4和第一N型碳化硅缓冲层10之间，栅极4和第三P型源区72之间都通过栅介质层5隔离；
所述第二N型碳化硅缓冲层21中具有不相连的P型区域11；P型区域11的下方与背部漏极金属1之间形成欧姆接触；第二N型碳化硅缓冲层21与背部漏极金属1之间形成肖特基接触。
该元胞的正面结构适用于实施例1-8任意一种器件结构。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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