一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅SiCMOSFET结构的制作方法

本发明涉及sic mosfet的栅源电压过冲或雪崩击穿保护的片上结构改进，具体涉及一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet结构。

背景技术：

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关断过程中极易产生漏源电压过冲的问题，尤其在800v的电驱系统等应用中易导致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器件性能退化甚至损坏的问题。为了抑制sic mosfet因雪崩击穿而引起的器件性能退化问题，通常可以采用优化p阱掺杂形貌，优化jfet区结构和优化终端电场分布等调整元胞结构参数的方法，或者在器件关断过程中优化驱动防止器件出现漏源电压过冲等方法。这些方法在提升sic mosfet雪崩能力或者抑制器件出现漏源电压过冲方面均有良好的效果，如图1中展示了采用倒掺杂p阱注入形貌的sic mosfet元胞结构。针对上述问题，本专利在上述结构基础上进一步提出采用阶梯型栅氧结构的新型平面栅sic mosfet结构。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet结构，通过采用阶梯型栅氧结构，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，实现降低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。

2、为解决以上技术问题，本发明提供一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet结构，包括多个并联的mos元胞，所述mos元胞具有多晶硅栅极，所述多晶硅下侧具有一层栅氧层，所述栅氧层上具有一凸起段，所述突起段位于所述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。

3、在一些实施例中优选地方案，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、在一些实施例中优选地方案，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。

5、在一些实施例中优选地方案，所述平面栅sic mosfet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阱之间形成有所述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+，所述p+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+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mos元胞。

6、在一些实施例中优选地方案，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。

7、在一些实施例中优选地方案，所述介质层为sio2。

8、在一些实施例中优选地方案，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。

9、在一些实施例中优选地方案，所述p阱注入的离子为al离子或b离子，所述p+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。

10、与现有技术相比，本发明的优点如下：

11、1、本发明的平面栅sic mosfet结构可以有效降低jfet区上栅氧的电场强度，抑制热载流子注入到栅氧中，提高器件在出现漏源电压过冲或雪崩击穿时的性能稳定性，保障器件的长期可靠安全工作。

12、3、本发明的平面栅sic mosfet结构可以有效提高sic mosfet的雪崩能力。

技术特征：

1.一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet结构，包括多个并联的mos元胞，所述mos元胞具有多晶硅栅极，所述多晶硅栅极下侧具有一层栅氧层，其特征在于，所述栅氧层上具有一凸起段，所述凸起段位于所述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。

2.根据权利要求1所述的一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet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。

3.根据权利要求1所述的一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet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。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sicmosfet结构，其特征在于，所述平面栅sic mosfet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阱之间形成有所述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+，所述p+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+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mos元胞；

5.根据权利要求4所述的一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet结构，其特征在于，所述介质层为sio2。

6.根据权利要求1所述的一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet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。

7.根据权利要求1所述的一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅sic mosfet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+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。

技术总结
本发明公开一种防止漏源电压过冲退化器件性能的平面栅SiC MOSFET结构，包括多个并联的MOS元胞，所述MOS元胞具有多晶硅栅极，所述多晶硅下侧具有一层栅氧层，所述栅氧层上具有一凸起段，所述突起段位于所述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，实现降低SiC MOSFET发生雪崩击穿时氧化层中的电场强度，抑制热载流子注入到栅氧中，提高器件在出现漏源电压过冲或雪崩击穿时的性能稳定性，保障器件的长期可靠安全工作。

技术研发人员：许一力
受保护的技术使用者：杭州谱析光晶半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15