本发明专利技术公开了一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构及方法。该加固结构包括填充接触区、P++注入区、P增强注入区，填充接触区为开槽并回填多晶硅的结构，多晶硅与P++注入区电学连接，P增强注入区的深度叠加填充接触区的开槽深度等于或者大于Pwell注入区的深度，P增强注入区的掺杂浓度较Pwell注入区更高。本发明专利技术能够有效提高器件闩锁时的最小维持电压，使得器件能够在浪涌或者静电诱发闩锁之后，从闩锁状态恢复，进入正常工作状态，不发生闩锁锁死或者器件损毁。对平面栅或者埋栅型这两种主流的SiC MOSFET都能够很好地兼容，不需要改变主要版图以及工艺流程，即可达到预期目的。即可达到预期目的。即可达到预期目的。
【技术实现步骤摘要】
一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构及方法
[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种静电浪涌诱发的SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构及方法。
技术介绍
[0002]第三代宽禁带半导体如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等因其禁带宽度大(SiC3.26eV、GaN 3.4eV)，击穿电场高，功率密度大。碳化硅MOSFET是一种具有绝缘栅结构的单极性器件、开关速度较快、开关频率较高，可以减小电路装置中电感和电容的体积，有利于实现电力电子装置的小型化。
[0003]相较于需要电流持续驱动栅极结型场效应管(JFET)和双极性晶体管(BJT)，更易于控制。而相较于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，由于不存在关断时的拖尾电流，其开关频率较高，且在高频应用中开关损耗低于相同等级的IGBT器件。上述对比表明SiC MOSFET器件的潜在优势明显。
[0004]因静电浪涌诱发的闩锁问题是SiC MOSFET非常重要的可靠性问题，极大地影响SiC MOSFET工作的稳定性。
[0005]静电在人体或者机器之间在接触时会相互转移，在短时间内产生数千甚至上万伏特的静电冲击。根据应用领域不同，SiC MOSFET的耐压设计值在1.6kV～3kV之间，特殊条件下可达10kV。在SiC MOSFET正常工作时，工作电压均小于器件耐压，MOSFET寄生的BJT并不开启。但是，一旦遇到静电冲击，数千甚至上万的静电电压会使得SiC MOSFET瞬间击穿，寄生BJT开启。寄生BJT如果被静电冲击触发开启而不能重新进入关断状态，则发生静电诱发的闩锁可靠性问题。
[0006]同样的，在电力电子系统运行期间，功率因数校正(PFC)的启动过程或故障运行会引起数倍的电流涌入设备。巨大的电流从SiC MOSFET内部流过的时候，也会使得内部寄生BJT开启，进而产生浪涌诱发的闩锁可靠性问题。
[0007]包括静电诱发和浪涌诱发在内的闩锁可靠性问题，轻则使得SiC MOSFET失效，无法正常关断而需要重新启动整个系统；重则使得SiC MOSFET烧毁，令整个功率模块或者高压功率系统瘫痪，造成严重的经济损失。
技术实现思路
[0008]针对静电浪涌诱发的闩锁可靠性问题，本专利技术公开了一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构及方法，与将其应用在平面栅以及埋栅SiC MOSFET器件中的典型结构，以及其制备该结构的一种实施方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，所述SiC MOSFET包括半导体衬底、SiC N漂移区、Pwell注入区、P++注入区、N++注入区，Pwell注入区作为寄生BJT基区，SiC N漂移区作为寄生BJT集电极。所述加固结构包括填充接触区、P++注入区、P增强注入区；所述填充接触
区为开槽并回填多晶硅的结构，所述多晶硅与P++注入区电学连接，用以填充开槽和提供机械支撑，并用以将P++注入区引出；所述P增强注入区为P类型的注入区域，绝对深度上，P增强注入区的深度叠加填充接触区的开槽深度等于或者大于Pwell注入区的深度，P增强注入区的掺杂浓度较Pwell注入区更高，但满足在达到整个SiC MOSFET设计耐压值之前不会在P++注入区、P增强注入区、SiC N漂移区、半导体衬底通路上发生击穿。
[0011]进一步的，所述P增强注入区遮断寄生BJT基区至寄生BJT集电极的扩散电流通路面积，使得在P增强注入区一侧形成的耗尽区内部电场将注入基区的载流子扫出至P增强注入区、P++注入区通路而不进入发射区。
[0012]进一步的，所述P增强注入区的注入深度为5至15微米，采用7度以上的高倾斜角注入。
[0013]进一步的，所述半导体衬底的厚度为90至130微米，所述SiC N漂移区为在半导体衬底之上外延生长低缺陷的SiC外延得到，SiC N漂移区的厚度在数十到数百微米量级。
[0014]进一步的，所述Pwell注入区为P类型的注入区域，采用7度以下的低倾斜角注入，注入深度为5至15微米，掺杂浓度为5E16
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3至2.5E18
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3。
[0015]进一步的，所述P++注入区为P类型的注入区域，采用7度以上的高倾斜角注入，所述P++注入区起到欧姆接触的作用。
[0016]进一步的，所述N++注入区为N类型的注入区域，形成SiC MOSFET的源区。
[0017]进一步的，
[0018]所述SiC MOSFET还包括平面型控制栅，所述平面型控制栅与SiC N漂移区、Pwell注入区之间存在电绝缘介质，通过平面型控制栅控制Pwell注入区中沟道的形成和消失，使SiC MOSFET导通或关闭；所述平面型控制栅分两次定义Pwell注入区和N++注入区的注入图形，第一次通过淀积和图形化刻蚀定义Pwell注入的注入图形，第二次通过侧强淀积或者氧化生长的方式定义N++注入区的注入图形；或者，
[0019]所述SiC MOSFET还包括埋栅型控制栅，所述埋栅型控制栅为采用埋栅工艺制备的埋栅，与表面硅和埋栅槽之间存在电绝缘介质，通过在埋栅型控制栅上施加电压控制Pwell注入区中沟道的形成和消失，使SiC MOSFET导通或关闭。
[0020]进一步的，所述SiC MOSFET还包括背面金属、正面金属，所述背面金属为位于半导体衬底底部的背面金属结构，形成SiC MOSFET的漏端端口；所述正面金属为表面金属，与P++注入区、N++注入区之间电学连接，形成SiC MOSFET的源端端口。
[0021]一种基于上述加固结构的SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固方法，包括如下步骤：
[0022]S1：在半导体衬底上生长SiC N漂移区，或者直接在半导体外延片上进行对准标记的制作；
[0023]S2：在所需位置开槽，得到半导体衬底中的开槽；
[0024]S3：对半导体外延片中SiC N漂移区进行选区掺杂；
[0025]以小于或等于7度的低倾斜角，预定环境温度下，Al离子旋转注入，注入能量220keV～400keV，注入剂量5E11cm
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2～7.5E13cm
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2，在整个选区掺杂之后进行高温退火激活，形成Pwell注入区；以大于7度的高倾斜角，预定环境温度下，Al离子旋转注入，注入能量200keV～450keV，注入剂量1E14cm
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2～1E14cm
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2，在整个选区掺杂之后进行高温退火激活，形成P增强注入区；低倾斜角Pwell注入和高倾斜角P增强注入的顺序不分先后；
[0026]S4：以大于7度的高倾斜角注入，注入能量30keV～400keV，注入剂量1E14cm
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2～7.5E14cm
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2，进行多次Al离子注入形成P++注入区，直接使用SiO2材料作为离子注入掩膜；同时，通过侧墙或者本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，所述SiC MOSFET包括半导体衬底、SiC N漂移区、Pwell注入区、P++注入区、N++注入区，Pwell注入区作为寄生BJT基区，SiC N漂移区作为寄生BJT集电极，其特征在于，所述加固结构包括填充接触区、P++注入区、P增强注入区；所述填充接触区为开槽并回填多晶硅的结构，所述多晶硅与P++注入区电学连接，用以填充开槽和提供机械支撑，并用以将P++注入区引出；所述P增强注入区为P类型的注入区域，绝对深度上，P增强注入区的深度叠加填充接触区的开槽深度等于或者大于Pwell注入区的深度，P增强注入区的掺杂浓度较Pwell注入区更高，但满足在达到整个SiC MOSFET设计耐压值之前不会在P++注入区、P增强注入区、SiC N漂移区、半导体衬底通路上发生击穿。2.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，其特征在于，所述P增强注入区遮断寄生BJT基区至寄生BJT集电极的扩散电流通路面积，使得在P增强注入区一侧形成的耗尽区内部电场将注入基区的载流子扫出至P增强注入区、P++注入区通路而不进入发射区。3.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，其特征在于，所述P增强注入区的注入深度为5至15微米，采用7度以上的高倾斜角注入。4.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，其特征在于，所述半导体衬底的厚度为90至130微米，所述SiC N漂移区为在半导体衬底之上外延生长低缺陷的SiC外延得到，SiC N漂移区的厚度在数十到数百微米量级。5.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，其特征在于，所述Pwell注入区为P类型的注入区域，采用7度以下的低倾斜角注入，注入深度为5至15微米，掺杂浓度为5E16
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3至2.5E18
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3。6.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，其特征在于，所述P++注入区为P类型的注入区域，采用7度以上的高倾斜角注入，所述P++注入区起到欧姆接触的作用。7.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，其特征在于，所述N++注入区为N类型的注入区域，形成SiC MOSFET的源区。8.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET闩锁鲁棒性加固结构，其特征在于，所述SiC MOSFET还包括平面型控制栅，所述平面型控制栅与SiC N漂移区、Pwell注入区之间存在电绝缘介质，通过平面型控制栅控制Pwell注入区中沟道的形成和消失，使SiC MOSFET导通或关闭；所述平面型控制栅分两次定义Pwell注入区和N++注入区的注入图形，第一次通过淀积和图形化刻蚀定义Pwell注入地注...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，姜一波，吴瑕，
申请(专利权)人：江苏庆延微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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