[發(fā)明專利]一種溝槽門型疊柵SiC MOSFET器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110425869.0
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN113140636B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳偉中;許峰;秦海峰;王禮祥;黃義
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/06;H01L29/423
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種溝槽門型疊柵SiC MOSFET器件，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。該門型疊柵MOSFET在柵極多晶硅處引入了PN結(jié)，其柵極結(jié)構(gòu)為N型多晶硅、門型P型多晶硅、門型柵極接觸金屬層層疊加。該溝槽門型疊柵結(jié)構(gòu)的改造減少了柵極與漏極源極的電容耦合面積與距離，從而減少柵電荷和開關(guān)損耗，器件開關(guān)性能得到了明顯改善。改良后的器件與傳統(tǒng)溝槽型SiC MOSFET相比，柵漏電荷下降了68％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種溝槽門型疊柵SiCMOSFET器件。

背景技術(shù)

SiC(碳化硅)是一種由硅(Si)和碳(C)構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體材料。SiC的優(yōu)點(diǎn)不僅在于其絕緣擊穿場強(qiáng)是Si的10倍，帶隙是Si的3倍，而且在器件制造時(shí)可以在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)必要的P型、N型控制，所以被認(rèn)為是一種超越Si極限的用于制造功率器件的材料。SiC材料能夠以具有快速器件結(jié)構(gòu)特征的多數(shù)載流子器件(肖特基勢壘二極管和MOSFET)實(shí)現(xiàn)高壓化，因此可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)“高耐壓”、“低導(dǎo)通電阻”、“高頻”這三個(gè)特性。SiC器件的漂移層電阻比Si器件的要小，不必使用電導(dǎo)率調(diào)制，就能夠以具有快速器件結(jié)構(gòu)特征的MOSFET同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和低導(dǎo)通電阻。功率MOSFET是電壓控制型功率器件，具有柵極驅(qū)動(dòng)電路簡單，開關(guān)時(shí)間短，功率密度大，轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電力電子系統(tǒng)。從原理上來說，MOSFET不會(huì)產(chǎn)生拖尾電流，在替代IGBT時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗的大幅減小和散熱器的小型化。

在MOS管內(nèi)部結(jié)構(gòu)里，柵極與漏極、源極實(shí)際上是有一層絕緣層二氧化硅進(jìn)行隔離的，這就相當(dāng)于存在一個(gè)電容器。驅(qū)動(dòng)電路控制器件時(shí)，存在對寄生電容的充放電過程，這一過程極大地降低了器件的開關(guān)速度，同時(shí)也增加了開關(guān)過程的功率損耗和驅(qū)動(dòng)功率，高頻工作條件下，這一現(xiàn)象更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種溝槽門型疊柵SiCMOSFET器件。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種溝槽門型疊柵SiCMOSFET器件，器件分為兩部分，第一部分為導(dǎo)電區(qū)，第二部分為控制區(qū)，器件的結(jié)構(gòu)左右對稱，包括漏極金屬接觸區(qū)1、N+襯底2、N-漂移區(qū)3、P-body區(qū)4、P+源區(qū)5、N+源區(qū)6、源極金屬接觸區(qū)7、絕緣介質(zhì)層8、N-多晶硅9、P+多晶硅10、柵極金屬接觸區(qū)11；

導(dǎo)電區(qū)包括：漏極金屬接觸區(qū)1、N+襯底2、N-漂移區(qū)3、P-body區(qū)4、P+源區(qū)5、N+源區(qū)6、源極金屬接觸區(qū)7；

所述漏極金屬接觸區(qū)1位于N+襯底2的下表面；

所述N+襯底2分別位于N-漂移區(qū)3的下表面與漏極金屬接觸區(qū)1的上表面；

所述N-漂移區(qū)3位于P-body區(qū)4下表面、絕緣介質(zhì)層8的下表面與外側(cè)下表面，同時(shí)位于N+襯底2的上表面；

所述P-body區(qū)4分別位于N-漂移區(qū)3上表面和P+源區(qū)5、N+源區(qū)6下表面，同時(shí)P-body區(qū)5側(cè)面還與絕緣介質(zhì)層8外側(cè)表面接觸；

所述P+源區(qū)5位于P-body區(qū)4的上表面，同時(shí)P+源區(qū)5上表面與源極金屬接觸區(qū)7接觸，P+源區(qū)5的側(cè)面與N+源區(qū)6接觸；

所述N+源區(qū)6位于P-body區(qū)5的上表面，同時(shí)N+源區(qū)6上表面與源極金屬接觸區(qū)7接觸，N+源區(qū)6的側(cè)面與P+源區(qū)5接觸；

所述源極金屬接觸區(qū)7位于P+源區(qū)5與N+源區(qū)6的上表面；

控制區(qū)包括：絕緣介質(zhì)層8、N-多晶硅9、P+多晶硅10、柵極金屬接觸區(qū)11；

所述絕緣介質(zhì)層8位于N-漂移區(qū)3凹陷部上方，同時(shí)位于P+多晶硅10與N-多晶硅9下表面，絕緣介質(zhì)層8外側(cè)與P-body區(qū)4、N+源區(qū)接觸6；

所述N-多晶硅9位于P+多晶硅10與絕緣介質(zhì)層8之間；