一种平面栅SiCMOSFET及其制作方法技术

本发明专利技术属于功率半导体器件技术领域，涉及一种平面栅SiC MOSFET及其制作方法。本发明专利技术在SiC MOSFET的y方向上采用P注入区域与N注入区域相间隔的注入模式有利于在保证良好接触的同时减小元胞尺寸，降低芯片成本。高浓度的N+注入区域保证了良好的欧姆接触，低浓度的N

A planar gate sicmosfet and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种平面栅SiC MOSFET及其制作方法


[0001]本专利技术属于功率半导体器件
，具体涉及一种平面栅SiC MOSFET及其制作方法。

技术介绍

[0002]电能的出现促进了现代社会科学技术的飞速发展，如何更加高效地处理电能一直以来都是全世界科学研究的热门课题。电能的高效利用高度依赖电力电子系统，而各种电力电子系统的核心电子元件是半导体功率器件。半导体功率器件被广泛应用在各类家电、以电力为主的各类工业设备等领域。进入21世纪后，全球气候变暖问题受到越来越多的人的关注，节能减排、提高能源利用效率显得愈发重要。在清洁可再生能源所占比例越来越大的今天，全社会对能源转换效率有了更高的期待，对能源控制核心的功率半导体器件的性能提出了更高的要求。
[0003]传统的功率半导体器件主要是硅基器件，器件类型包括晶闸管、肖特基势垒二极管(JBS)、功率双极结型晶体管(BJT)、功率绝缘栅型场效应晶体管(MOSFET)以及功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)。目前，硅基功率半导体器件已经占据了功率半导体器件的主导市场。但是，传统的硅基功率器件在性能上已经趋近于硅材料的理论极限，很难再通过结构设计和优化使器件性能得到大幅度的提升。
[0004]基于碳化硅(SiC)功率半导体器件和SiC半导体技术的发展，更加高效的电能应用需求得到进一步满足。作为第三代半导体材料的典型代表，SiC具有非常出色的物理、化学和电学性能，相较于硅材料具有更大的禁带宽度、更高的电子饱和速度、更高的热导率以及10倍于硅材料的临界击穿电场。这些优异的材料特性使得SiC功率半导体器件在降低电力系统功耗、提高效率等方面具有极大的优势。此外，SiC材料也是目前晶体生长技术和器件制造技术最为成熟的宽禁带半导体材料之一，有助于实现碳化硅基功率器件的工业化生产，提高SiC基功率器件的市场占有率。
[0005]近些年来，SiC MOSFET已经成功商用，并表现出优良的性能，在一些应用场合中，SiC MOSFET的性能已经可以与Si基IGBT相比拟，甚至优于Si基IGBT，但在一些关键参数上仍有优化的空间，不仅需要进一步改善器件的导通电阻和开关损耗等电学特性，更需要进一步改善MOSFET的可靠性，从而进一步推动SiC MOSFET在高压领域的应用。SiC MOSFET由于材料的特性，能够在实现高耐压的同时保持较高的掺杂浓度，从而降低器件的导通电阻，但是较高的掺杂浓度也导致了SiC MOSFET具有较高的饱和电流。器件在实际应用电路中工作时，若某时刻系统发生异常导致其直接承受电源电压，即发生短路，此时电源电压将全部加载在器件两端，高电压和SiC MOSFET较高的饱和电流会使器件在短路时会造成较大的功率损耗，从而在短时间内产生大量的热量，导致器件损坏。较短的短路耐受时间降低了器件的可靠性，限制了SiC MOSFET的应用范围。设计新的SiC MOSFET结构以降低器件的饱和电流或设计保护电路以及时关断短路器件是提高器件短路可靠性的重要方式，但是新的器件结构对工艺提出了新的要求，不利于控制生产成本，采用短路保护电路也会增加额外的设
计成本。因此，亟需一种新型的器件结构来降低器件的饱和电流以增强器件的短路耐受能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种平面栅SiC MOSFET及其制作方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种平面栅SiC MOSFET，以三维直角坐标系对器件的三维方向进行定义：定义器件横向方向为X轴方向、器件垂直方向为Y轴方向、器件纵向方向即第三维方向为Z轴方向，其半元胞结构包括：沿Z轴方向，从下至上依次层叠设置的背部漏极金属11、N+型衬底层1和N
‑
漂移区2；沿X轴方向，所述N
‑
漂移区2的顶层一侧具有P型基区3，所述P型基区3的顶层一侧具有侧面相互接触的N
‑
源区4和P+源区6，所述P+源区6靠近所述N
‑
漂移区2的侧面设置；沿Y轴方向，所述N
‑
漂移区2的顶层具有P型基区3，所述P型基区3的顶层具有间隔式分布的P+源区6，所述P+源区6之间具有N+源区5；
[0008]沿Z轴方向，所述N
‑
漂移区2、所述P型基区3和部分N
‑
源区4上具有栅结构，部分P+源区6和沿Y轴方向上分布的P+源区6之间的N+源区5上具有源极金属10，所述源极金属10和所述栅结构之间具有介质层9；
[0009]沿Y轴方向，所述源极金属10与N+源区5和P+源区6形成欧姆接触。
[0010]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0011]进一步的，所述N
‑
源区4和N+源区5下方的P型基区3的掺杂浓度高于P型基区3其他区域的掺杂浓度。
[0012]进一步的，所述P+源区6的结深与所述P型基区3的结深相同。
[0013]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种平面栅SiC MOSFET，以三维直角坐标系对器件的三维方向进行定义：定义器件横向方向为X轴方向、器件垂直方向为Y轴方向、器件纵向方向即第三维方向为Z轴方向，其半元胞结构包括：沿Z轴方向，从下至上依次层叠设置的背部漏极金属11、N+型衬底层1和N
‑
漂移区2；沿X轴方向，所述N
‑
漂移区2的顶层一侧具有P型基区3，所述P型基区3的顶层一侧具有侧面相互接触的N
‑
源区4和N+源区5，所述N
‑
源区4中具有第一P+源区6
‑
1，第一P+源区6
‑
1两侧均具有所述N
‑
源区4，所述N+源区5靠近所述N
‑
漂移区2的侧面设置；沿Y轴方向，所述N
‑
漂移区2的顶层具有P型基区3，所述P型基区3的顶层具有间隔式分布的第一P+源区6
‑
1和间隔式分布的N+源区5，第一P+源区6
‑
1之间具有N
‑
源区4，N+源区5之间具有第二P+源区6
‑
2；
[0014]沿Z轴方向，所述N
‑
漂移区2、所述P型基区3和部分N
‑
源区4上具有栅结构，所述N+源区5和第二P+源区6
‑
2上具有源极金属10，所述源极金属10和所述栅结构之间具有介质层9；
[0015]沿Y轴方向，所述源极金属10与N+源区5和第二P+源区6
‑
2形成欧姆接触。
[0016]进一步的，所述第一P+源区6
‑
1和所述第二P+源区6
‑
2的结深与所述P型基区3的结深相同。
[0017]进一步的，所述栅结构包括由下至上依次层叠设置的栅氧化层7和栅电极8。
[0018]进一步的，所述栅电极8为金属栅电极或多晶硅栅电极。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面栅SiC MOSFET，以三维直角坐标系对器件的三维方向进行定义：定义器件横向方向为X轴方向、器件垂直方向为Y轴方向、器件纵向方向即第三维方向为Z轴方向，其特征在于，其半元胞结构包括：沿Z轴方向，从下至上依次层叠设置的背部漏极金属(11)、N+型衬底层(1)和N
‑
漂移区(2)；沿X轴方向，所述N
‑
漂移区(2)的顶层一侧具有P型基区(3)，所述P型基区(3)的顶层一侧具有侧面相互接触的N
‑
源区(4)和P+源区(6)，所述P+源区(6)靠近所述N
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漂移区(2)的侧面设置；沿Y轴方向，所述N
‑
漂移区(2)的顶层具有P型基区(3)，所述P型基区(3)的顶层具有间隔式分布的P+源区(6)，所述P+源区(6)之间具有N+源区(5)；沿Z轴方向，所述N
‑
漂移区(2)、所述P型基区(3)和部分N
‑
源区(4)上具有栅结构，部分P+源区(6)和沿Y轴方向上分布的P+源区(6)之间的N+源区(5)上具有源极金属(10)，所述源极金属(10)和所述栅结构之间具有介质层(9)；沿Y轴方向，所述源极金属(10)与N+源区(5)和P+源区(6)形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的一种平面栅SiC MOSFET，其特征在于，所述N
‑
源区(4)和N+源区(5)下方的P型基区(3)的掺杂浓度高于P型基区(3)其他区域的掺杂浓度。3.根据权利要求1所述的一种平面栅SiC MOSFET，其特征在于，所述P+源区(6)的结深与所述P型基区(3)的结深相同。4.一种平面栅SiC MOSFET，以三维直角坐标系对器件的三维方向进行定义：定义器件横向方向为X轴方向、器件垂直方向为Y轴方向、器件纵向方向即第三维方向为Z轴方向，其特征在于，其半元胞结构包括：沿Z轴方向，从下至上依次层叠设置的背部漏极金属(11)、N+型衬底层(1)和N
‑
漂移区(2)；沿X轴方向，所述N
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漂移区(2)的顶层一侧具有P型基区(3)，所述P型基区(3)的顶层一侧具有侧面相互接触的N
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源区(4)和N+源区(5)，所述N
‑
源区(4)中具有第一P+源区(6
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1)，第一P+源区(6
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1)两侧均具有所述N
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源区(4)，所述N+源区(5)靠近所述N
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漂移区(2)的侧面设置；沿Y轴方向，所述N
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漂移区(2)的顶层具有P型基区(3)，所述P型基区(3)的顶层具有间隔式分布的第一P+源区(6
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1)和间隔式分布的N+源区(5)，第一P+源区(6
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1)之间具有N
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源区(4)，N+源区(5)之间具有第二P+源区(6
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2)；沿Z轴方向，所述N
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漂移区(2)、所述P型基区(3)和部分N
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源区(4)上具有栅结构，所述N+源区(5)和第二P+源区(6

【专利技术属性】
技术研发人员：张金平，陈伟，吴庆霖，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：