[發明專利]隧穿輔助導通的硅/碳化硅異質結MOSFET功率器件

有效

• 申請號: 202110676212.1
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113471290B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 孔謀夫;郭嘉欣;黃柯;胡澤偉;高佳成;陳宗棋
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于半導體功率器件技術領域，具體提供一種隧穿輔助導通的硅/碳化硅異質結M?OSFET功率器件，具有新的導通機制：在隧穿機制的輔助下改變硅/碳化硅異質結界面處的能帶分布，使其不僅在柵氧化層下方產生導電溝道，而且使得硅/碳化硅異質結發生帶帶隧穿，兩者共同完成MOSFET功率器件的導通；同時，在結構的上半部分采用Si材料，提高了溝道載流子遷移率，降低比導通電阻，在結構的下半部分采用SiC材料，保持了SiC結構高耐壓的優點；在硅/碳化硅交界面處形成異質結；當該結構工作在反向狀態時，異質結導通，實現器件自身的反向恢復特性；而且由于其本身存在勢壘，不存在少數載流子注入SiC漂移區，避免了SiC器件的雙極性退化效應。

技術領域

本發明屬于半導體功率器件技術領域，涉及一種硅/碳化硅異質結半導體功率器件，具體為一種隧穿輔助導通的硅/碳化硅異質結MOSFET功率器件。

背景技術

碳化硅材料因其較大的禁帶寬度、較高的載流子飽和速率和較大的熱導率等優良特性成為下一代電子電子器件的最佳半導體選擇，采用碳化硅材料制作的功率器件具有更低的開關損耗以及更好的電壓阻斷能力；然而，傳統的硅材料易生長、成本低、工藝技術成熟，而且相比于碳化硅材料遷移率要高很多，所以至今仍占據廣闊的半導體市場。金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)是目前占半導體市場比重最多的功率器件，為了進一步提高耐壓，碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(SiC?MOSFET)已經受到業界的廣泛關注。

近年來，隨著工藝技術的進一步發展，已經有研究者提出將硅和碳化硅兩個材料結合，做成硅/碳化硅異質PN結二極管；對于P型Si/N型SiC異質結或者N型Si/N型SiC異質結，當Si加相對于SiC的高電壓時異質結導通；對于P型Si/P型SiC異質結或者N型Si/P型SiC異質結，當Si加相對于SiC的低電壓時異質結導通。

通常，大部分功率器件被用在帶有感性負載的開關電路中，這就需要給功率器件反向并聯續流二極管(Free-wheeling?diode，FWD)來保護器件。傳統的做法是在功率器件外部并聯一個FWD，或是將FWD和功率器件封裝在一起。一般SiC?MOSFET自身的體PIN二極管作為續流二極管，但是由于SiC材料寬禁帶的特性使得導通壓降高，而且電子和空穴兩種載流子同時參與導電，在漂移區會存在大量的非平衡載流子，進而會引起更長的反向恢復時間，更高的反向導通損耗和碳化硅材料的雙極退化效應，對器件的可靠性帶來嚴峻的挑戰。

為了充分利用硅材料的高遷移率特點和碳化硅的寬禁帶優點，即保證良好的導通特性和高耐壓，同時在避免雙極退化效應的基礎上實現SiC?MOSFET功率器件的自我反向續流功能，降低應用成本，提升器件性能，本發明提出了隧穿輔助導通的硅/碳化硅異質結MOSFE?T功率器件新結構，具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于針對背景技術存在的缺陷，提出了一種隧穿輔助導通的硅/碳化硅異質結MOSFET功率器件，在避免SiC?MOSFET體PIN二極管開啟的情況下，實現了器件反向恢復功能，降低應用成本，提升器件性能。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種隧穿輔助導通的硅/碳化硅異質結MOSFET功率器件，包括：碳化硅N型漂移區2，位于碳化硅N型漂移區2上表面的正面結構和位于碳化硅N型漂移區2下表面的背面結構；

所述背面結構包括：位于碳化硅N型漂移區2下表面的碳化硅N型漏極區1，以及與碳化硅N型漏極區1形成歐姆接觸的漏極金屬11；