[发明专利]高抗浪涌电流能力的集成栅控二极管的碳化硅MOSFET

说明书

本发明涉及一种高抗浪涌电流能力的集成栅控二极管的碳化硅MOSFET，属于功率半导体器件技术领域。随着碳化硅功率器件的耐压越来越高，漂移区也越来越厚，这使得PIN在进行双极导通过程中越来越多的少子在漂移区被复合形成复合电流，该复合电流将全部由栅控二极管的沟道承担，这将极大降低栅控二极管的栅氧化层可靠性。为了缓解这一问题，为栅控二极管集成了并联的PNP BJT，利用反偏的PN结降低了有效基区厚度，减少了少子在基区的复合，即减小了复合电流的产生，缓解浪涌状态中沟道区的电流密度，提高了器件整体的抗浪涌电流能力。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种高抗浪涌电流能力的集成栅控二极管的碳化硅MOSFET。

背景技术

宽禁带半导体材料SiC是制备高压电力电子器件的理想材料，相对于Si材料，SiC材料具有击穿电场强度高（4×10⁶V/cm）、载流子饱和漂移速度高(2×10⁷cm/s)、热导率高、热稳定性好等优点，因此特别适合用于大功率、高压、高温和抗辐射的电子器件中。

SiC VDMOS是SiC功率器件中较为常用的一种器件，相对于双极型的器件，由于SiCVDMOS没有电荷存储效应，所以其拥有更好的频率特性以及更低的开关损耗。同时SiC材料的宽禁带使得SiC VDMOS的工作温度可以高达300℃。

但是平面型SiC VDMOS存在两个问题，其一是JFET区的密度较大，引入了较大的密勒电容，增加了器件的动态损耗；其二是寄生的SiC体二极管导通压降太高，并且其为双极型器件，存在较大的反向恢复电流，此外碳化硅BPD缺陷造成的双极退化现象使得该体二极管的导通压降随着使用时间的增长持续升高，因此，SiC VDMOS的体二极管无法直接作为续流二极管使用。

为了解决这两个问题，我们提出了专利所述的一种高抗浪涌电流能力的集成栅控二极管的碳化硅MOSFET。该结构采用分离栅结构，并通过P型埋层屏蔽了多晶硅边缘的电场，在充分降低密勒电容的同时保证了器件的长期可靠性。此外，我们在MOSFET的另一侧集成了一种栅控二极管，该二极管采用分离栅MOSFET的二极管接法（即源漏短接）形成，我们通过调节N型导流层的注入剂量和能量可以方便地调节该二极管的导通压降，从而大幅度降低MOSFET体二极管的导通压降，另外，该二极管为单极型器件，无反向恢复电流，可以快速开断，大幅降低开断动态损耗。

积累型沟道的栅控二极管可以大幅度降低体二极管的静态功耗以及动态功耗，遭受浪涌电流时寄生的PIN二极管将进入双极导通模式，提高抗浪涌电流的能力。但是随着碳化硅功率器件的耐压越来越高，漂移区也越来越厚，这使得PIN在进行双极导通过程中越来越多的少子在漂移区被复合形成复合电流，该复合电流将全部由栅控二极管的沟道承担，这将在极大程度上降低栅控二极管的栅氧化层可靠性。为了缓解这一问题，我们为栅控二极管集成了并联的PNP BJT取代原有的PIN二极管，这样，当浪涌电流到来时PNP BJT的发射结正偏集电结反偏，进入导通状态，并且由于基区的浓度远低于集电区的浓度，耗尽区将向基区拓展，降低了有效基区厚度，减少了少子在基区的复合，即减小了复合电流的产生，缓解浪涌状态中沟道区的电流密度，提高了器件整体的抗浪涌电流能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，针对碳化硅功率半导体的抗浪涌电流能力的需求，提供了一种高抗浪涌电流能力的集成栅控二极管的碳化硅MSOFET。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：