[發(fā)明專利]一種具有垂直場(chǎng)板保護(hù)的SiC基槽柵MOSFET結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110627327.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113488540A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣佳燁;胡冬青;李婷;王正江;周新田;賈云鵬;吳郁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/06;H01L29/40
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

具有垂直場(chǎng)板保護(hù)的SiC基槽柵MOSFET結(jié)構(gòu)屬于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。這種結(jié)構(gòu)在普通槽柵MOSFET基礎(chǔ)上，增加了深槽群。深槽與柵槽同軸且形狀相似，深槽外邊?柵槽內(nèi)邊間距均勻相等，且控制在1?3微米之間。深槽比柵槽深2?10微米，深槽內(nèi)填充的多晶與源電極相連，在器件阻斷態(tài)起垂直偏置場(chǎng)板作用，可以有效降低柵槽角隅處的電場(chǎng)強(qiáng)度，改善柵可靠性。外延層分兩層，第一層外延層的摻雜濃度和厚度與阻斷電壓有關(guān)，對(duì)于1200V的耐壓要求摻雜濃度在1?2×10¹⁶cm^?3范圍內(nèi)，厚度在8?10微米范圍內(nèi)，第二層外延層的摻雜濃度控制在1?5×10¹⁶cm^?3范圍，厚度與深槽深度相同。第一層外延層和第二層外延層的總厚度為15?17微米。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有垂直場(chǎng)板保護(hù)的SiC基槽柵MOSFET器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

當(dāng)今電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是高效、節(jié)能、小型化，這就要求作為電能轉(zhuǎn)化與處理的核心——功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，具有更高的阻斷能力、更低的導(dǎo)通損耗、更快的開(kāi)關(guān)速度、更好的熱穩(wěn)定性。硅基功率半導(dǎo)體器件，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，器件特性已經(jīng)接近材料極限，這極大地限制了電子設(shè)備進(jìn)一步優(yōu)化的提升空間。以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料，因其禁帶寬度寬(3.0eV以上)、臨界擊穿電場(chǎng)大、穩(wěn)定工作溫度高等優(yōu)點(diǎn)，成為高溫、高頻、大功率及抗輻射等極端應(yīng)用領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體材料。而SiC功率MOSFET具有輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高、耐高壓等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、高頻以及功率放大器等方面，是推動(dòng)“新能源革命”的“綠色先鋒”，在高速鐵路、混合動(dòng)力汽車、智能高壓直流輸電等的高功率應(yīng)用場(chǎng)合更是被寄予厚望。

槽柵MOSFET與平面柵MOSFET相比，因沒(méi)有寄生JFET區(qū)、且隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，非常容易集成高密度元胞，因此具有更低的通態(tài)電阻，是中低壓大功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管發(fā)展的主流結(jié)構(gòu)。但與硅基器件相比，SiC器件具有更高的臨界擊穿電場(chǎng)，這就導(dǎo)致槽柵MOSFET阻斷態(tài)，槽底角隅處氧化層內(nèi)的電場(chǎng)非常高，接近二氧化硅臨界擊穿電場(chǎng)，對(duì)柵可靠性影響巨大，為此，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改善柵槽角隅處電場(chǎng)分布，是器件設(shè)計(jì)者非常關(guān)注的問(wèn)題。

1998年，J.Tan等人報(bào)導(dǎo)的增強(qiáng)型4H-SiC UMOSFET結(jié)構(gòu)，采用P埋層來(lái)降低槽底部柵氧化層電場(chǎng)以及用CSL層來(lái)降低JFET區(qū)電阻；2012年，Rohm公司報(bào)導(dǎo)了4H-SiC雙槽MOSFET，該結(jié)構(gòu)首次提出了雙槽的設(shè)計(jì)理念，利用一個(gè)專門的金屬槽注入P埋層來(lái)屏蔽指向柵槽氧化層的電場(chǎng)線，提高器件的可靠，但其雙槽深度相同；2017年，Infineon公司報(bào)導(dǎo)了一種4H-SiC非對(duì)稱槽柵MOSFET，該結(jié)構(gòu)采用單溝道非對(duì)稱的設(shè)計(jì)理念，有效地利用了面高溝道遷移率的特點(diǎn)，降低了溝道電阻。高能離子注入形成的深P⁺在對(duì)柵氧化層進(jìn)行良好保護(hù)的同時(shí)還能夠有效較低飽和電流，提高器件短路能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種新的MOSFET結(jié)構(gòu)，使用這種結(jié)構(gòu)，在不增加器件制備難度的基礎(chǔ)上，可以改善柵可靠性。

本發(fā)明主要通過(guò)深槽群的設(shè)計(jì)，利用垂直偏置場(chǎng)板對(duì)電場(chǎng)的改善作用，降低柵槽角隅處的電場(chǎng)強(qiáng)度。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：