[发明专利]面向高频应用的双沟槽型SiC MOSFET结构及制造方法有效
申请号: | 202010598803.7 | 申请日: | 2020-06-28 |
公开(公告)号: | CN111799322B | 公开(公告)日: | 2021-09-14 |
发明(设计)人: | 岳瑞峰;杨同同;王燕 | 申请(专利权)人: | 清华大学 |
主分类号: | H01L29/06 | 分类号: | H01L29/06;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/28;H01L21/336 |
代理公司: | 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 | 代理人: | 白雪静 |
地址: | 10008*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 面向 高频 应用 沟槽 sic mosfet 结构 制造 方法 | ||
本发明公开了一种面向高频应用的双沟槽型SiC MOSFET结构及制造方法,其中,双沟槽型SiC MOSFET结构构建在N++型SiC衬底上的N‑型SiC外延层,包括:栅极沟槽、源极沟槽、N+源区、P型基区、P+屏蔽区、N型电流扩展区和N‑型外延层,其中,N+源区和P型基区由上至下排列,P+屏蔽区位于P型基区和源极沟槽的下方,N型电流扩展区位于P+屏蔽区的外侧,N‑型外延层位于栅极沟槽的槽底中间区域和N型电流扩展区的下方。该结构既有传统双沟槽型SiC MOSFET的优异静态品质因子,又能够明显降低开关损耗、提高短路耐受能力。
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,特别涉及一种面向高频应用的双沟槽型SiC MOSFET结构及其制造方法。
背景技术
SiC是一种典型的第三代半导体材料,与Si相比,其禁带宽度大,临界击穿场强高且热导率较高。因此,相比于传统的Si基功率半导体器件,基于SiC的功率半导体器件能够实现高温、高压和高频工作,明显提升系统能源转换效率、减小系统体积以及提升系统可靠性。
虽然Si基IGBT功率器件已经广泛应用于工业生产和生活设备中,但是其具有明显的拖尾电流,一方面增加了开关损耗,另一方面也限制了最高工作频率。因此,Si基IGBT 可能很难适今后先进前电力电子系统对于高频、高效率的要求。而基于SiC的功率MOSFET 器件,可以避免Si基IGBT的拖尾电流现象,极大提升工作频率,有望在未来替代同等电压等级的Si基IGBT器件。
当前SiC MOSFET发展的一个主要瓶颈是极低的沟道反型层迁移率,这主要是由于在 SiO2/SiC界面处的界面态和陷阱电荷造成的散射导致的。为了解决这一问题,采用沟槽型 SiC MOSFET结构一方面可以缩小元胞宽度、增加元胞密度,另一方面可以在不同的晶向实现较高的迁移率。但在高电压下,SiC沟槽底部的电场集中效应会引起器件的过早击穿,从而降低了器件击穿电压。
为了抑制沟槽型SiC MOSFET的沟槽底部电场集中问题,目前主要有两种解决方法。一种是直接在SiC沟槽底部增加一层高掺杂浓度的P+区域,用于转移电场集中的位置。但是该方法会带来JFET效应,限制电子从沟道到外延层的流动路径宽度,引起较高的器件电阻。另外一种解决方法是Rohm公司提出的双沟槽型SiC MOSFET结构。虽然这种双沟槽型结构可以实现击穿电压和导通电阻的更好折衷,但是在沟槽底部的电场仍然较高,依然存在栅氧可靠性问题。同时,其还存在较高的栅漏电容,也会降低器件的开关速度、增加开关损耗,不利于高频应用。当前沟槽型SiC MOSFET研究的热点就是如何在降低氧化层电场和减小器件电阻之间进行更好的折衷。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此,本发明的一个目的在于提出一种面向高频应用的双沟槽型SiC MOSFET结构。
本发明的另一个目的在于提出一种面向高频应用的双沟槽型SiC MOSFET制造方法。
为达到上述目的,本发明一方面实施例提出了面向高频应用的双沟槽型SiCMOSFET 结构,所述双沟槽型SiC MOSFET结构构建在N++型SiC衬底上的N-型SiC外延层,包括:栅极沟槽、源极沟槽、N+源区、P型基区、P+屏蔽区、N型电流扩展区和N-型外延层,其中,所述N+源区和所述P型基区由上至下排列,所述P+屏蔽区位于所述P型基区和所述源极沟槽的下方,所述N型电流扩展区位于所述P+屏蔽区的外侧,所述N-型外延层位于所述栅极沟槽的槽底中间区域和所述N型电流扩展区的下方。
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