一种集成混合式制造技术

本公开提供一种集成混合式

【技术实现步骤摘要】
一种集成混合式PiN
‑
肖特基二极管的碳化硅MOSFET


[0001]本专利技术涉及半导体器件保护结构领域，具体涉及一种集成混合式
PiN
‑
肖特基二极管的碳化硅金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管
MOSFET(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor
，
MOSFET)。

技术介绍

[0002]传统硅基半导体器件的性能已经逐渐接近材料的物理极限，而采用以碳化硅为代表的第三代半导体材料所制作的器件具有高频
、
高压
、
耐高温
、
抗辐射等优异的工作能力
。SiC MOSFET
作为
SiC
器件的代表，具备低导通损耗
、
快开关速度
、
高工作频率等诸多优异特性，现已逐渐在电动汽车
、
充电桩
、
新能源发电
、
工业控制
、
柔性直流输电等应用场景中得到推广和使用
。
[0003]SiC MOSFET
具有更高的效率与功率密度，非常适合应用于电能变换领域
。
然而，由于
SiC
栅氧化层界面态密度较高
、
可靠性较差等问题的影响，
SiC MOSFET
一般难以承受较高的结温，
SiC MOSFET
芯片在工作状态下，由于芯片不同区域散热效率的不同，芯片不同区域间会出现温度梯度，芯片中央区域往往表现出较高的结温，使得
SiC MOSFET
芯片在部分区域结温未达极限的情况下仍存在高温失效的风险，对
SiC MOSFET
芯片的可靠性造成不利影响
。
[0004]然而，在电力电子系统应用过程中追求工作效率和功率密度的同时，系统的稳定性和可靠性是另一个重要的考量指标
。
当电力电子系统出现故障时，在保护电路来不及做出反应或者没有保护电路的情况下，
SiC MOSFET
器件本身需要承受浪涌的冲击，而浪涌电流主要流通
SiC MOSFET
的体二极管，该过程虽然很短暂，但对器件的要求却很高
。
有研究表明，当浪涌电流超过器件的承受能力时，
SiC MOSFET
器件发生了栅源短路，解剖之后发现了芯片表面铝电极发生熔化
、
源极欧姆接触层消失
、Pwell
区出现退化等现象
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种集成混合式
PiN
‑
肖特基二极管的碳化硅
MOSFET
，包括多个元胞，每个元胞包括缓冲层
、
漂移区及漂移层区域中间隔嵌有
p
区，
p
区嵌有
n+
源区和
p+
区，栅氧化层上表面设有多晶硅栅，栅氧化层和多晶硅栅的外表面共同包裹有隔离介质层；每个元胞在
p
区一侧的
p+
区的第一部分之上布置有第一欧姆金属，第一欧姆金属与
p+
区的第一部分构成第一欧姆接触；两个相邻
p+
区之间的漂移区构成肖特基区，肖特基区之上设置有肖特基金属；在
n+
源区和
p+
区的第二部分上设置有第二欧姆金属，第二欧姆金属和
n+
源区和
p+
区的第二部分之间构成源极欧姆接触；其中，靠近碳化硅
MOSFET
中心部分的元胞，相比处于碳化硅
MOSFET
边缘部分的元胞，其
p+
区宽度大
。
[0006]优选的，其肖特基区的宽度为1μ
m
‑
10
μ
m。
[0007]优选的，其中
n+
区宽度为
0.1
μ
m
‑
3.0
μ
m
，
n+
区深度为
0.2
μ
m
‑
0.5
μ
m
，
n+
区的杂质浓度为
1x10
18
cm
‑3‑
1x10
19
cm
‑3。
[0008]优选的，其中
p+
区的宽度，位于碳化硅
MOSFET
边缘的
p+
区的宽度为
0.1
μ
m
‑
3.0
μ
m
，位于碳化硅
MOSFET
中央的
p+
区的宽度为
1.0
μ
m
‑
10.0
μ
m。
[0009]优选的，自芯片边缘至芯片中央
p+
区宽度呈递增分布规律，递增梯度为1μ
m
‑
10
μ
m
每微米
。
[0010]优选的，
p+
区深度为
0.2
μ
m
‑
0.7
μ
m
，
p+
区的杂质浓度为
2x10
18
cm
‑3‑
2x10
19
cm
‑3。
[0011]优选的，
p
区宽度为
0.1
μ
m
‑
10.0
μ
m
，
p
区深度为
0.2
μ
m
‑
0.7
μ
m。
[0012]优选的，所述的
p
区掺杂浓度低于
p+
区掺杂浓度
。
[0013]优选的，所述
p
区的形状可以采用条形
、
圆形
、
环形
、
正四边形
、
正六边形以及正八边形中的一种或多种的组合
。
[0014]优选的，所述栅氧化层采用
SiO2、SiN、Al2O3中的一种或多种的组合，栅氧化层的厚度为
10nm
‑
100nm。
[0015]本专利技术的结构实现利用集成混合式
PiN
‑
肖特基二极管提升体二极管的导通性能和抗浪涌电流能力，同时通过
p+
区域不均匀分布降低芯片中央区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种集成混合式
PiN
‑
肖特基二极管的碳化硅金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管
MOSFET
，其特征在于：包括多个元胞，每个元胞包括缓冲层
、
漂移区及漂移层区域中间隔嵌有
p
区，
p
区嵌有
n+
源区和
p+
区，栅氧化层上表面设有多晶硅栅，栅氧化层和多晶硅栅的外表面共同包裹有隔离介质层；每个元胞在
p
区一侧的
p+
区的第一部分之上布置有第一欧姆金属，第一欧姆金属与
p+
区的第一部分构成第一欧姆接触；两个相邻
p+
区之间的漂移区构成肖特基区，肖特基区之上设置有肖特基金属；在
n+
源区和
p+
区的第二部分上设置有第二欧姆金属，第二欧姆金属和
n+
源区和
p+
区的第二部分之间构成源极欧姆接触；其中，靠近碳化硅
MOSFET
中心部分的元胞，相比处于碳化硅
MOSFET
边缘部分的元胞，其
p+
区宽度大
。2.
根据权利要求1中所述的碳化硅
MOSFET
，其肖特基区的宽度为1μ
m
‑
10
μ
m。3.
根据权利要求1中所述的碳化硅
MOSFET
，其中
n+
区宽度为
0.1
μ
m
‑
3.0
μ
m
，
n+
区深度为
0.2
μ
m
‑
0.5
μ
m
，
n+
区的杂质浓度为
1x10
18
cm
‑3‑
1x10
19
cm
‑3。4.
根据权利要求1中所述碳化硅
MOSFET
，其中
p+
区的宽度，位于碳化硅
MOSFET
边缘的
p+
区的宽度为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛喜平，桑玲，罗伟霞，张文婷，田琰，李晨萌，金锐，王鑫，李宾宾，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：