[发明专利]一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件

说明书

本发明提出一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件，元胞在第一表面为多边形或圆形布局设计，结构包含衬底、源极和漏极，还包括第一N型碳化硅区域，位于衬底上方；与所述第一N型碳化硅区域相邻的JFET区域；第一P型碳化硅区域，位于所述第一N型碳化硅区域上方、JFET区域的一侧；第一源极区域，位于所述第一N型碳化硅区域上方、JFET区域的另一侧；第一隔离栅极区域，位于第一P型碳化硅区域、JFET区域和第一源极区域上方。这种结构能实现在不牺牲MOSFET的工作性能的同时，增强体二极管的导通性能和抗浪涌电流能力，获得器件性能与可靠性之间的优化与平衡。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，尤其涉及一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件。

背景技术

传统硅基半导体器件的性能已经逐渐接近材料的物理极限，而采用以碳化硅为代表的第三代半导体材料所制作的器件具有高频、高压、耐高温、抗辐射等优异的工作能力，能够实现更高的功率密度和更高的效率。

SiC MOSFET作为SiC开关器件的代表，具有开关损耗低、工作频率高、易驱动、适合并联使用等优点，现已逐渐在电动汽车、充电桩、新能源发电、工业控制、柔性直流输电等应用场景中得到推广和使用。图1为传统功率MOSFET元胞的截面图000。所述传统功率MOSFET器件包括漏极1、源极11、第一隔离栅极区域13、衬底2、第一N型碳化硅区域3、第一源极区域12、JFET区域7。所述衬底2具有第二表面15。所述第一N型碳化硅区域3，位于衬底2上方，具有第一表面14，具有第一N型掺杂浓度；所述JFET区域7与所述第一N型碳化硅区域3相邻；所述第一源极区域12，位于所述第一N型碳化硅区域3上方、JFET区域7两侧，所述第一源极区域12包括第二N型碳化硅区域5、第二P型碳化硅区域4、第三P型碳化硅区域6，所述第二N型碳化硅区域5具有第二N型掺杂浓度，所述第二P型碳化硅区域4具有第二P型掺杂浓度，所述第三P型碳化硅区域6具有第三P型掺杂浓度；所述第一隔离栅极区域13，位于JFET区域7和第一源极区域12上方，所述第一隔离栅极区域13包括栅氧层8、栅电极层9、钝化层10；所述源极11包括第一金属化层，所述第一金属层在第一表面14上方延伸并且与第一源极区域12直接接触形成欧姆接触001。所述漏极1包括第二金属化层，所述第二金属化层在第二表面下方15延伸并且与衬底2形成欧姆接触002。

与传统Si IGBT模块相比，SiC MOSFET因其具有更低的导通损耗和更快的开关频率，可以提高系统效率，且因其内部自带体二极管可以免外接续流二极管，从而降低电路设计复杂度和系统成本。然而，在电力电子装备技术的发展过程中，追求工作效率和功率密度的同时，系统的稳定性和可靠性是另一个重要的考量指标。当电力电子系统出现故障时，在保护电路来不及做出反应或者没有保护电路的情况下，SiC MOSFET器件本身需要承受浪涌的冲击，而浪涌电流主要流通SiC MOSFET的体二极管，该过程虽然很短暂，但对器件的要求却很高。有研究表明，当浪涌电流超过器件的承受能力时，SiC MOSFET器件发生了栅源短路，解剖之后发现了芯片表面铝电极发生熔化、源极欧姆接触层消失、P well区出现退化等现象。

发明内容

为了解决上述现有技术的一个或多个技术问题，本发明提出一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件。

根据本发明一实施例提出了一种增强体二极管的碳化硅功率MOSFET器件，包括：至少一个体二极管增强元胞，所述体二极管增强元胞呈多边形或圆形排布于所述碳化硅功率MOSFET器件内，所述体二极管增强元胞包括：衬底；N型碳化硅区域，具有第一N型掺杂，位于所述衬底上方；JFET区域或沟槽隔离区域，位于所述N型碳化硅区域内；金属化层，位于所述N型碳化硅区域上方；P型碳化硅区域或肖特基区域，所述P型碳化硅区域具有P型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述P型碳化硅区域与所述金属化层直接接触形成欧姆接触，所述肖特基区域具有N型掺杂且位于所述JFET区域或沟槽隔离区域的一侧，所述肖特基区域与所述金属化层直接接触形成肖特基接触；以及传统源极区域，位于所述JFET区域的另一侧。