[发明专利]一种具有垂直场板保护的SiC基槽栅MOSFET结构

说明书

具有垂直场板保护的SiC基槽栅MOSFET结构属于功率半导体开关器件。这种结构在普通槽栅MOSFET基础上，增加了深槽群。深槽与栅槽同轴且形状相似，深槽外边‑栅槽内边间距均匀相等，且控制在1‑3微米之间。深槽比栅槽深2‑10微米，深槽内填充的多晶与源电极相连，在器件阻断态起垂直偏置场板作用，可以有效降低栅槽角隅处的电场强度，改善栅可靠性。外延层分两层，第一层外延层的掺杂浓度和厚度与阻断电压有关，对于1200V的耐压要求掺杂浓度在1‑2×10¹⁶cm^‑3范围内，厚度在8‑10微米范围内，第二层外延层的掺杂浓度控制在1‑5×10¹⁶cm^‑3范围，厚度与深槽深度相同。第一层外延层和第二层外延层的总厚度为15‑17微米。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体为一种具有垂直场板保护的SiC基槽栅MOSFET器件结构。

背景技术

当今电子设备的发展趋势是高效、节能、小型化，这就要求作为电能转化与处理的核心——功率半导体开关器件，具有更高的阻断能力、更低的导通损耗、更快的开关速度、更好的热稳定性。硅基功率半导体器件，经过几十年的发展，器件特性已经接近材料极限，这极大地限制了电子设备进一步优化的提升空间。以碳化硅为代表的第三代半导体材料，因其禁带宽度宽(3.0eV以上)、临界击穿电场大、稳定工作温度高等优点，成为高温、高频、大功率及抗辐射等极端应用领域极具发展潜力的半导体材料。而SiC功率MOSFET具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、耐高压等诸多优点，已被广泛应用于开关稳压电源、高频以及功率放大器等方面，是推动“新能源革命”的“绿色先锋”，在高速铁路、混合动力汽车、智能高压直流输电等的高功率应用场合更是被寄予厚望。

槽栅MOSFET与平面栅MOSFET相比，因没有寄生JFET区、且随着工艺技术的进步，非常容易集成高密度元胞，因此具有更低的通态电阻，是中低压大功率MOS场效应管发展的主流结构。但与硅基器件相比，SiC器件具有更高的临界击穿电场，这就导致槽栅MOSFET阻断态，槽底角隅处氧化层内的电场非常高，接近二氧化硅临界击穿电场，对栅可靠性影响巨大，为此，优化结构，改善栅槽角隅处电场分布，是器件设计者非常关注的问题。

1998年，J.Tan等人报导的增强型4H-SiC UMOSFET结构，采用P埋层来降低槽底部栅氧化层电场以及用CSL层来降低JFET区电阻；2012年，Rohm公司报导了4H-SiC双槽MOSFET，该结构首次提出了双槽的设计理念，利用一个专门的金属槽注入P埋层来屏蔽指向栅槽氧化层的电场线，提高器件的可靠，但其双槽深度相同；2017年，Infineon公司报导了一种4H-SiC非对称槽栅MOSFET，该结构采用单沟道非对称的设计理念，有效地利用了面高沟道迁移率的特点，降低了沟道电阻。高能离子注入形成的深P⁺在对栅氧化层进行良好保护的同时还能够有效较低饱和电流，提高器件短路能力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的MOSFET结构，使用这种结构，在不增加器件制备难度的基础上，可以改善栅可靠性。

本发明主要通过深槽群的设计，利用垂直偏置场板对电场的改善作用，降低栅槽角隅处的电场强度。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：