[发明专利]一种集成肖特基二极管的SiC MOSFET器件

说明书

本发明提供一种集成肖特基二极管的SiC MOSFET器件，包括：N型衬底、N型外延层、P‑body区、P+接触区、N+接触区、氧化层、侧栅、P‑shield区、金属电极、漏极；本发明提出的SiC MOSFET器件可以提升SiC MOSFET第三象限性能，实现了低的反向开启电压和导通损耗且避免双极退化问题，器件关断时槽底P‑shield区既可以屏蔽槽栅倒角处的电场，又可以保护槽底集成的肖特基界面，有效抑制这两处电场过大的现象，提高了器件整体电学特性和可靠性。

技术领域

本发明属于电子科学与技术领域，主要涉及到功率半导体器件技术，具体的说是涉及一种集成肖特基二极管的SiC MOSFET器件。

背景技术

宽禁带半导体材料SiC是制备高压电力电子器件绝佳的理想材料，相对于Si材料，SiC材料具有击穿电场强度高(4×10⁶V/cm)、载流子饱和漂移速度高(2×10⁷cm/s)、热导率高(490W/Mk)、热稳定性好等优点，因此特别适合用于大功率、高压、高温和抗辐射电子器件。

MOSFET是SiC功率器件中使用最为广泛的一种器件结构，相对于双极型的器件，由于SiC MOSFET没有电荷存储效应，所以其有更低的开关损耗和更高的频率特性。

由于当前SiC材料与栅氧介质较差的界面态导致了过低的沟道迁移率，使得平面栅型MOSFET导通特性和理论极限相比还有较大的距离。而槽栅MOSFET结构因其无JFET区域，且提高了沟道密度，使得其正向导通能力显著提升。近年来随着SiC MOSFET优势逐渐被业界认可，其工艺制备能力不断优化，器件设计能力不断提升，SiC MOSFET正向阻断和导通能力得到了大幅提升。

随着业界对新一代电力电子系统在功率密度和效率等方面的更高要求，系统核心SiCMOSFET器件不仅需要具有出色的第一象限的电学性能，而且第三象限性能的优化也需特别关注。虽然MOSFET结构存在寄生体二极管，具有反向导通能力，但是由于SiC材料具有禁带宽度较宽的特点，其体二极管开启电压高达3伏(远高于Si基二极管开启电压)，因此体二极管反向导通时的损耗较大。同时由于SiC外延材料存在堆垛层错等尚未解决的缺陷问题，体二极管长时间工作极易引起双极退化，从而导致MOSFET电学性能也随之退化，如导通电阻增大、阻断泄漏电流增加等等。这将给整个功率系统的性能和可靠性带来严峻的挑战。

基于上述原因，有研究人员提出在传统SiC MOSFET结构的基础上，片内集成肖特基二极管。因为SiC肖特基二极管的开启电压低，这样既可以减小器件工作在第三象限时的反向开启电压和导通损耗，也可以避免双极退化问题。但是当器件处于阻断状态时，肖特基界面处的电场较大，导致所集成的肖特基二极管的反向泄漏电流增加，从而导致整个SiCMOSFET泄漏电流显著增加，性能发生退化。该问题在中高压SiC MOSFET器件中尤为突出。

为了优化SiC MOSFET器件第三象限性能和避免双极退化现象，同时避免所集成的肖特基界面电场聚集导致的阻断状态泄漏电流过大的问题，本发明提出一种槽底集成肖特基二极管的SiC MOSFET器件。该器件工作在第三象限时由肖特基二极管来提供反向导通时的电流通路，实现了低的反向开启电压和导通损耗且避免双极退化问题。而器件关断时槽底P-shield既可以屏蔽槽栅倒角处的电场，又可以保护槽底集成的肖特基界面，有效抑制这两处电场过大的现象，提高了器件整体电学特性和可靠性。

发明内容

本发明要解决的问题是：提升SiC MOSFET第三象限性能(低的开启电压及导通损耗)，从结构优化的途径来避免出现双极退化问题，阻断状态下小的泄漏电流等。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：