[發明專利]一種平面柵SiC MOSFET及其制作方法

有效

• 申請號: 202210422057.5
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114784109B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 張金平;陳偉;吳慶霖;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 霍淑利

本發明屬于功率半導體器件技術領域，涉及一種平面柵SiC?MOSFET及其制作方法。本發明在SiC?MOSFET的y方向上采用P注入區域與N注入區域相間隔的注入模式有利于在保證良好接觸的同時減小元胞尺寸，降低芯片成本。高濃度的N+注入區域保證了良好的歐姆接觸，低濃度的N?注入區域在源極區域引入了一個鎮流電阻，有助于減小高壓狀態下的電流密度。同時，低濃度的N?注入區域與兩側的高濃度P+注入區域形成了JFET結構，該JFET結構在正向導通時，由于電壓較低，耗盡區寬度較窄，不會對電流流通產生影響。而在發生短路時，由于電源電壓直接作用在SiC?MOSFET的源漏兩端，導致P+注入區域電勢非常高，耗盡區寬度較寬，JFET區被夾斷，飽和電流密度大幅度下降，從而提高器件的短路魯棒性。

技術領域

本發明屬于功率半導體器件技術領域，具體涉及一種平面柵SiC?MOSFET及其制作方法。

背景技術

電能的出現促進了現代社會科學技術的飛速發展，如何更加高效地處理電能一直以來都是全世界科學研究的熱門課題。電能的高效利用高度依賴電力電子系統，而各種電力電子系統的核心電子元件是半導體功率器件。半導體功率器件被廣泛應用在各類家電、以電力為主的各類工業設備等領域。進入21世紀后，全球氣候變暖問題受到越來越多的人的關注，節能減排、提高能源利用效率顯得愈發重要。在清潔可再生能源所占比例越來越大的今天，全社會對能源轉換效率有了更高的期待，對能源控制核心的功率半導體器件的性能提出了更高的要求。

傳統的功率半導體器件主要是硅基器件，器件類型包括晶閘管、肖特基勢壘二極管(JBS)、功率雙極結型晶體管(BJT)、功率絕緣柵型場效應晶體管(MOSFET)以及功率絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。目前，硅基功率半導體器件已經占據了功率半導體器件的主導市場。但是，傳統的硅基功率器件在性能上已經趨近于硅材料的理論極限，很難再通過結構設計和優化使器件性能得到大幅度的提升。

基于碳化硅(SiC)功率半導體器件和SiC半導體技術的發展，更加高效的電能應用需求得到進一步滿足。作為第三代半導體材料的典型代表，SiC具有非常出色的物理、化學和電學性能，相較于硅材料具有更大的禁帶寬度、更高的電子飽和速度、更高的熱導率以及10倍于硅材料的臨界擊穿電場。這些優異的材料特性使得SiC功率半導體器件在降低電力系統功耗、提高效率等方面具有極大的優勢。此外，SiC材料也是目前晶體生長技術和器件制造技術最為成熟的寬禁帶半導體材料之一，有助于實現碳化硅基功率器件的工業化生產，提高SiC基功率器件的市場占有率。

近些年來，SiC?MOSFET已經成功商用，并表現出優良的性能，在一些應用場合中，SiC?MOSFET的性能已經可以與Si基IGBT相比擬，甚至優于Si基IGBT，但在一些關鍵參數上仍有優化的空間，不僅需要進一步改善器件的導通電阻和開關損耗等電學特性，更需要進一步改善MOSFET的可靠性，從而進一步推動SiC?MOSFET在高壓領域的應用。SiC?MOSFET由于材料的特性，能夠在實現高耐壓的同時保持較高的摻雜濃度，從而降低器件的導通電阻，但是較高的摻雜濃度也導致了SiC?MOSFET具有較高的飽和電流。器件在實際應用電路中工作時，若某時刻系統發生異常導致其直接承受電源電壓，即發生短路，此時電源電壓將全部加載在器件兩端，高電壓和SiC?MOSFET較高的飽和電流會使器件在短路時會造成較大的功率損耗，從而在短時間內產生大量的熱量，導致器件損壞。較短的短路耐受時間降低了器件的可靠性，限制了SiC?MOSFET的應用范圍。設計新的SiC?MOSFET結構以降低器件的飽和電流或設計保護電路以及時關斷短路器件是提高器件短路可靠性的重要方式，但是新的器件結構對工藝提出了新的要求，不利于控制生產成本，采用短路保護電路也會增加額外的設計成本。因此，亟需一種新型的器件結構來降低器件的飽和電流以增強器件的短路耐受能力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術存在的問題，提供一種平面柵SiCMOSFET及其制作方法。