【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及sic mosfet的片上结构改进，具体涉及高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型sic vdmosfet结构。
技术介绍
1、sic mosfet器件具有高频低损耗的显著优势，在电动汽车、光伏逆变器和充电桩等领域有十分广泛的应用。然而，sic mosfet极快的开关速度使得器件在开通和关断过程中极易产生电压过冲的问题，电压过冲问题主要体现在两个方面：1.栅源电压过冲；2.漏源电压过冲。
2、栅源电压过冲：栅源电压过冲问问题极易导致sic mos栅氧承受极高的电压应力，长期使用过程中易出现栅氧性能退化甚至栅极损坏的现象。为了抑制开关过程中栅源电压过冲的问题，通常采用增大栅极驱动电阻以降低开关速度和在栅源电极之间外接稳压二极管等方法。增大栅极驱动电阻虽然有效缓解了开关过程中的电压过冲问题，但较长的开关时间不仅增大了开关损耗，而且无法充分发挥出sic mosfet高速开关的性能优势。同样地，在栅源电极之间外接稳压二极管会增大栅源之间的电容，降低sic mosfet的开关速度。此外，由于外接稳压二极管通常为型号固定的商用器件，其稳压性能、寄生电容等通常无法直接和sic mosfet形成最佳匹配，严重限制了sic mosfet器件性能的充分发挥。图1中展示了两种常用的抑制sic mosfet快速开关过程中出现电压过冲的方法。
3、漏源电压过冲：漏源电压过冲极易在800v的电驱系统等应用中导致sic mosfet器件出现短时的雪崩击穿，在sic mos栅氧附近形成极大的电热应力，长期使用过程中易出现
4、但是实际成产和实用过程中发现，现有的器件性能单一，不能兼顾抑制栅源电压和漏源电压，仅有单一的功能，另外，目前在改善器件的各种性能方面太过于注重，但是很多研发这忽略了器件尺寸方面的同步改进优势，随着制造工艺的发展，sic mosfet器件的元胞尺寸基本已经达到极限，如何进一步缩减器件的元胞尺寸或者提高器件的电流密度，成为制约器件导通电阻的重要因素，研究表明，目前尚未有关将抑制栅源电压过冲和漏源电压过冲兼并较小元胞尺寸的器件文件批漏，并且某些单步工艺偏差对器件的抑制电压过冲效果产生严重影响，器件制造过程中的容错率极低，器件良品率极低，因此本专利技术提供了一种针对sic mosfet器件全方位的解决方案。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型sic vdmosfet结构，通过采用六边形元胞并在其内部引入埋沟井槽且在栅极和源极之间单片集成n+/p+1/polysi结构，构建出两个背靠背的钳位二极管，其一为n+/p+1二极管，其二为p+1/polysi异质结二极管，避免栅源电极在开关过程中因剧烈振荡而出现的过电压应力，在同一元胞的p阱侧面jfet区引入屏蔽结构及对应的阶梯型栅氧结构，屏蔽结构一方面在jfet区底部实现大幅缩短jfet区的宽度，达到屏蔽器件在发生漏源电压过冲时在栅氧下形成的极强电场，提升器件的雪崩能力；另一方面较窄的jfet区出口有利于在jfet区底部通过耗尽效应减小器件短路时的电流路径宽度，大幅降低器件的短路饱和电流，进而提升sic mosfet的短路能力。此外，通过引入屏蔽结构，可以对栅氧下方的jfet区形成良好的保护作用，因此可以大幅提高栅氧下方jfet区的掺杂浓度，降低sic mosfeet积累层电阻和jfet电阻，突破常规sic mosfet结构优化中器件导通电阻和短路能力难以协同提升的难题；在沟道区上面保持原有的栅氧厚度不变进而保持sic mosfet具有稳定的阈值电压，在jfet区上方则采用加厚的栅氧厚度，通过增加jfet区上方的栅氧厚度达到降低sic mosfet发生雪崩击穿时栅氧内的电场强度，进而抑制热载流子注入效应，降低sic mosfet器件因发生漏源电压过冲而导致的器件性能退化甚至损坏的风险，从而可以避免某些单步工艺偏差对器件的抑制电压过冲效果产生严重影响，极大的提高器件制造过程中的容错率，提高器件良品率，引入埋沟井槽结构使p阱与n阱的欧姆接触需同时与源极的短接由横向转为纵向，减小了单个重复元胞尺寸，增加了器件的电流密度，此外，由于栅极两侧的介质层合并沉积入埋沟内，从而相比井槽可以避免因为栅极侧面的介质层单薄而被栅源电压击穿，器件性能更加稳定和优越，六边形元胞减少了源区的面积占比，增加了器件的电流密度。
2、为解决以上技术问题，本专利技术提供高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型sic vdmosfet结构，包括碳化硅外延层，所述碳化硅外延层上通过离子注入等距分布呈井状并为p型半导体的p阱，相邻所述p阱之间形成有jfet区，所述p阱中部通过极高浓度的相同离子注入形成为p型半导体的p+1，所述p+1的两侧通过极高浓度的离子注入形成为n型半导体的n阱，所述n阱与所述p+1接触，所述n阱不靠近所述p阱侧面，所述jfet区上方形成有所述栅氧层，所述栅氧层上淀积有所述多晶硅栅极，所述多晶硅栅极上淀积有介质层，所述栅氧层和所述多晶硅栅极至少延伸位于所述n阱上方，所述碳化硅外延层上淀积有覆盖所述介质层的源极，所述碳化硅外延层下侧具有n衬底，所述n衬底下方具有漏极，为了便于理解，将由多晶硅栅极纵向对应的单位范围内相同的结构定义为所述六边形mos元胞，所述六边形mos元胞俯视结构呈正六边形，所述六边形mos元胞六个边相邻位置均分布有所述六边形mos元胞，相邻所述六边形mos元胞至少有一边平行，至少一侧的所述n阱上通过离子注入形成有p型半导体区的p+2，所述p+2与多晶硅栅极接触，同一所述n阱的欧姆接触与源极短接以形成n+/p+/polysi背靠背二极管，所述jfet区的横截面呈柱型轮廓，所述柱型轮廓至少具有一粗径段和一细径段以形成屏蔽结构，所述粗径段与所述六边形mos元胞的栅氧层接触，所述栅氧层上具有一凸起段，所述凸起段位于所述六边形mos元胞的jfet区上方，使得凸起段降低自身内部的雪崩击穿时的电场强度进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，包括碳化硅外延层，所述碳化硅外延层上通过离子注入等距分布呈井状并为P型半导体的P阱，相邻所述P阱之间形成有JFET区，所述P阱中部通过极高浓度的相同离子注入形成为P型半导体的P+1，所述P+1的两侧通过极高浓度的离子注入形成为N型半导体的N阱，所述N阱与所述P+1接触，所述N阱不靠近所述P阱侧面，所述JFET区上方形成有所述栅氧层，所述栅氧层上淀积有所述多晶硅栅极，所述多晶硅栅极上淀积有介质层，所述栅氧层和所述多晶硅栅极至少延伸位于所述N阱上方，所述碳化硅外延层上淀积有覆盖所述介质层的源极，所述碳化硅外延层下侧具有N衬底，所述N衬底下方具有漏极，为了便于理解，将由多晶硅栅极纵向对应的单位范围内相同的结构定义为所述六边形MOS元胞，其特征在于，所述六边形MOS元胞俯视结构呈正六边形，所述六边形MOS元胞六个边相邻位置均分布有所述六边形MOS元胞，相邻所述六边形MOS元胞至少有一边平行，至少一侧的所述N阱上通过离子注入形成有P型半导体区的P+2，所述P+2与多晶硅栅极接触，同一所述N阱的欧姆接触与源极短接以形成
2.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，其特征在于，所述P+2位于所述N阱内中部或不靠近侧面，所述多晶硅栅极只与所述P+2接触。
3.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，其特征在于，所述凸起段横截面呈矩形状或椭圆状或拱桥形状或倒拱桥形状或台阶状或连续不规则形状或梯形状。
4.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，其特征在于，所述栅氧层上还具有位于所述凸起段两端的平薄段，所述平薄段厚度小于凸起段的厚度，所述JFET区与所述N阱之间的P阱正上方的栅氧层为平薄层。
5.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，其特征在于，所述粗径段和所述细径段自上而下布置并依次连通。
6.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，其特征在于，所述粗径段与所述细径段的直径呈等差数值，和/或，所述粗径段与所述细径段的直径呈非等差数值。
7.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，其特征在于，所述JFET区的粗径段和细径段对应的离子浓度相同并且为高浓度。
8.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，其特征在于，所述介质层为SiO2。
9.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiC VDMOSFET结构，其特征在于，所述P阱上的注入的离子为倒注入，即所述P阱的底部离子浓度高于顶部浓度。
10.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型SiCVDMOSFET结构，其特征在于，所述P阱注入的离子为Al离子或B离子，所述P+1注入为极高浓度的Al离子或B离子，所述N阱注入的离子为极高浓度的P离子或N离子。
...【技术特征摘要】
1.高容错率抑制电压过冲的六边埋沟井槽屏蔽型sic vdmosfet结构，包括碳化硅外延层，所述碳化硅外延层上通过离子注入等距分布呈井状并为p型半导体的p阱，相邻所述p阱之间形成有jfet区，所述p阱中部通过极高浓度的相同离子注入形成为p型半导体的p+1，所述p+1的两侧通过极高浓度的离子注入形成为n型半导体的n阱，所述n阱与所述p+1接触，所述n阱不靠近所述p阱侧面，所述jfet区上方形成有所述栅氧层，所述栅氧层上淀积有所述多晶硅栅极，所述多晶硅栅极上淀积有介质层，所述栅氧层和所述多晶硅栅极至少延伸位于所述n阱上方，所述碳化硅外延层上淀积有覆盖所述介质层的源极，所述碳化硅外延层下侧具有n衬底，所述n衬底下方具有漏极，为了便于理解，将由多晶硅栅极纵向对应的单位范围内相同的结构定义为所述六边形mos元胞，其特征在于，所述六边形mos元胞俯视结构呈正六边形，所述六边形mos元胞六个边相邻位置均分布有所述六边形mos元胞，相邻所述六边形mos元胞至少有一边平行，至少一侧的所述n阱上通过离子注入形成有p型半导体区的p+2，所述p+2与多晶硅栅极接触，同一所述n阱的欧姆接触与源极短接以形成n+/p+/polysi背靠背二极管，所述jfet区的横截面呈柱型轮廓，所述柱型轮廓至少具有一粗径段和一细径段以形成屏蔽结构，所述粗径段与所述六边形mos元胞的栅氧层接触，所述栅氧层上具有一凸起段，所述凸起段位于所述六边形mos元胞的jfet区上方，使得凸起段降低自身内部的雪崩击穿时的电场强度进行抑制热载流子注入，所述多晶硅栅极与所述栅氧层榫卯适配型淀积；所述n阱上刻蚀开凿有埋沟，所述埋沟下方刻蚀连通有井槽，所述井槽贯穿所述n阱并深入至所述p阱内，所述井槽内淀积有金属的源极，所述源极与所述n阱和p阱的欧姆接触同时短接，相邻所述多晶硅栅极的介质层合并沉积入所述埋沟内深埋所述源极，使得源极与所述n阱和p阱的欧姆接触同时短接由横向转变为纵向，同时省略多晶硅栅极侧面的介质层。
2.根据权利要求1所述的高容错率抑制电压过冲的六边...
【专利技术属性】
技术研发人员：许一力，
申请(专利权)人：杭州谱析光晶半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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