[发明专利]3300V的4H-SiC MOSFET设计方法

说明书

本发明公开了一种3300V的4H‑SiC MOSFET设计方法，采用UMOSFET结构；结构参数优化为：外延层漂移区浓度8e¹⁵cm^‑3，外延层厚度20μm，沟道长度2.8μm。本文通过设计MOSFET的各项结构参数，在保证功率器件的耐压满足3300V的目标后，进一步优化输出特征量以满足低导通损耗和高频特性。仿真数据表明，结构参数为漂移区浓度8e15cm^‑3，厚度25μm，沟长2.8μm，栅氧厚度500A的MOSFET单胞可以达到4310V的击穿电压，6.1 mΩ·cm²的比导通电阻，阈值为4.81V，漏极电流110A，在6V漏级电压下栅极电荷是4.25nC。

技术领域

本发明涉及一种3300V的4H-SiC MOSFET设计方法，属于半导体技术领域。

背景技术

在半导体行业中，以Si材料作为衬底是目前市面上主流的器件，然而由于更高的需求发展和Si材料自身的限制，Si基器件逐渐不能满足要求。1994年J.W.Palmour等人第一次提出SiC UMOSFET结构引起了人们对SiC这种宽禁带半导体材料的关注，它在带隙，击穿场强，热导率等方面的优势使得它具有更多的适用场景。因此宽禁带材料进入人们的视线。

SiC作为第三代半导体材料的典型代表，也是目前晶体生长技术和功率半导体器件制造水平最为成熟的宽禁带半导体，在禁带宽度，临界电场，饱和漂移速度，热导率方面，SiC均远大于Si，这意味着SiC有着比Si更好的高频，高功率，高温工作能力；而相较与氮化镓，只有SiC能热生长形成本征氧化物SiO₂，从而SiC可适合制造任何MOSFET器件。上述这些优点引起了SiC基MOSFET器件的广泛研究和高度关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种3300V的4H-SiCMOSFET设计方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种3300V的4H-SiC MOSFET设计方法，采用UMOSFET结构；

结构参数优化为：外延层浓度8e¹⁵ cm^-3，外延层厚度20μm，沟道长度2.8μm。

进一步地，栅氧厚度为电压阈值为4.81V。

进一步地，比导通电阻为6.1mΩ·cm²，漏极电流110A，栅漏电荷为1.29nC。

进一步地，根据式(1)以及silvaco仿真软件的验证，将外延层厚度初步设为20μm，外延层浓度初步设为8e¹⁵cm^-3，栅氧厚度初步设为沟道长度设为2.5μm；

N_D＝1.10*10²⁰*BV^-1.27 (1)

W_D＝2.62*10^-3*BV^1.12 (2)

式中：W_D表示外延层厚度；N_D表示外延层掺杂浓度；BV表示击穿电压；

再进一步优化沟道长度和导通电阻。

进一步地，建立不同的外延厚度对应的击穿电压BV曲线，并结合外延层厚度与导通电阻的关系，分析确定外延层厚度为20μm。

进一步地，通过优化增加沟道长度提高耐压值，并结合耐压值与导通电阻的关系，确定优化的沟道长度为2.8μm。

进一步地，通过调节栅氧厚度或沟道区浓度来控制电压阈值，通过silvaco仿真得出不同栅氧厚度下的电压阈值的转移特征曲线，确定栅氧厚度由优化调整为