[發(fā)明專利]一種具有增強(qiáng)可靠性的碳化硅功率MOSFET器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011510548.2
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112599524B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任娜;盛況;朱鄭允
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L29/06;H01L29/16;H01L29/78
• 代理公司: 杭州裕陽聯(lián)合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 盛影影

本發(fā)明提出一種具有增強(qiáng)可靠性的碳化硅功率MOSFET器件，包含多個傳統(tǒng)碳化硅MOSFET元胞，以及多個增強(qiáng)可靠性元胞，其結(jié)構(gòu)包含襯底、源極和漏極，還包括第一N型碳化硅區(qū)域，位于襯底上方；第一源極區(qū)域，包含第一P型體區(qū)，第二P型體區(qū)和第二N型碳化硅區(qū)域，位于所述第一N型碳化硅區(qū)域上方；第一隔離柵極區(qū)域，位于第一源極區(qū)域上方。元胞在第一表面為多邊形或圓形布局設(shè)計，且增強(qiáng)可靠性元胞內(nèi)的第一P型體區(qū)連為一體。這種結(jié)構(gòu)減小了JFET區(qū)域的面積，提高了器件柵氧的可靠性；增加了第一P型體區(qū)面積，提高了器件的雪崩耐量；通過連為一體的第一P型體區(qū)設(shè)計，使得各個元胞第一P型體區(qū)的電位相等，有效提升了器件的短路能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種具有增強(qiáng)可靠性的碳化硅功率MOSFET器件。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體器件的性能已經(jīng)逐漸接近材料的物理極限，而采用以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料所制作的器件具有高頻、高壓、耐高溫、抗輻射等優(yōu)異的工作能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率密度和更高的效率。

碳化硅功率MOSFET作為SiC開關(guān)器件的代表，具有開關(guān)損耗低、工作頻率高、易驅(qū)動、適合并聯(lián)使用等優(yōu)點，現(xiàn)已逐漸在電動汽車、充電樁、新能源發(fā)電、工業(yè)控制、柔性直流輸電等應(yīng)用場景中得到推廣和使用。圖1-1為傳統(tǒng)碳化硅功率MOSFET元胞的截面圖000。所述傳統(tǒng)碳化硅功率MOSFET元胞包括漏極1、源極11、第一隔離柵極區(qū)域13、襯底2、第一N型碳化硅區(qū)域3、第一源極區(qū)域12、JFET區(qū)域7。所述第一N型碳化硅區(qū)域3具有第一N型摻雜濃度，位于襯底2上方，具有第一表面14；所述襯底2具有第二表面15。所述JFET區(qū)域7與所述第一N型碳化硅區(qū)域3相鄰或者位于所述第一N型碳化硅區(qū)域3內(nèi)；所述第一源極區(qū)域12，位于所述第一N型碳化硅區(qū)域3上方、JFET區(qū)域7兩側(cè)，所述第一源極區(qū)域12包括第二N型碳化硅區(qū)域5、第一P型體區(qū)4、第二P型體區(qū)6，所述第二N型碳化硅區(qū)域5具有第二N型摻雜濃度，第二N型摻雜濃度可以大于第一N型摻雜濃度，所述第一P型體區(qū)4具有第一P型摻雜濃度，所述第二P型體區(qū)6具有第二P型摻雜濃度，第二P型摻雜濃度可以大于第一P型摻雜濃度；所述第一隔離柵極區(qū)域13位于JFET區(qū)域7和第一源極區(qū)域12上方，所述第一隔離柵極區(qū)域13包括柵氧層8、柵電極層9、鈍化層10；所述源極11包括第一金屬化層，所述第一金屬層在第一表面14上方延伸并且與第一源極區(qū)域12直接接觸在交界位置001處形成歐姆接觸。所述漏極1包括第二金屬化層，所述第二金屬化層在第二表面15下方延伸并且與襯底2在交界位置002處形成歐姆接觸。

圖1-2為采用條狀排列方式的碳化硅功率MOSFET器件000-1在第一表面14的俯視圖。包含多個傳統(tǒng)碳化硅功率MOSFET元胞000，在第一方向α和第四方向δ上為周期排列，呈現(xiàn)條狀排列形式。

圖1-3為采用六邊形排列方式的碳化硅功率MOSFET器件000-2在第一表面14的俯視圖。包含多個傳統(tǒng)碳化硅功率MOSFET元胞000，在第一方向α、第二方向β、第三方向γ上均為周期排列，呈現(xiàn)六邊形排列形式。與圖1-2的條狀設(shè)計相比，圖1-3的六邊形元胞設(shè)計能夠獲得更高的器件集成度，但是這種設(shè)計下器件的JFET區(qū)域面積占比更高，可靠性相應(yīng)下降。

傳統(tǒng)Si IGBT模塊相比，SiC MOSFET因其具有更低的導(dǎo)通損耗和更快的開關(guān)頻率，可以提高系統(tǒng)效率。然而，在電力電子裝備技術(shù)的發(fā)展過程中，追求工作效率和功率密度的同時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性是另一個重要的考量指標(biāo)。碳化硅功率MOSFET器件的可靠性是影響其在電力電子系統(tǒng)中實際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。在碳化硅功率MOSFET器件的設(shè)計中提升器件的短路能力、浪涌能力和雪崩耐量，與追求更為優(yōu)化的器件性能一樣，已經(jīng)成為碳化硅功率MOSFET器件設(shè)計的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種增強(qiáng)可靠性的碳化硅功率MOSFET器件。