[发明专利]一种具有过温关断功能的碳化硅MOSFET

说明书

本发明涉及一种具有过温关断功能的碳化硅MOSFET，属于功率半导体器件技术领域。本发明的碳化硅MOSFET单片集成反向串联的硅二极管，利用硅和碳化硅本征激发温度的差别来实现过温保护。该MOSFET相对于传统的碳化硅MOSFET，其最大的优势在于可以在过温时对器件进行关断处理，防止器件因为温度过高而损坏。此外，本发明的碳化硅MOSFET相对于传统利用温度传感器来实现过温保护的方式，具有更快的响应速度。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种具有过温关断功能的碳化硅MOSFET。

背景技术

碳化硅功率MOSFET被广泛应用于电力电子领域。相比于双极型器件（例如IGBT），碳化硅功率MOSFET具有更低的开关损耗，这让其在高频应用场景下更具竞争力。

但是更高的开关速度带来更大的dv/dt，尤其在桥式电路中，Switch节点电压的快速变化会造成碳化硅功率MOSFET中的密勒电容快速充放电，并且该充放电电流会通过外围的驱动回路在碳化硅功率MOSFET的栅极和源极之间形成电势差，这一电势差达到一定的量级会导致器件误开启，从而上下管穿通短路，最终器件烧毁。

通常碳化硅功率MOSFET的短路会带来严重的自发热现象，这也是造成功率MOSFET在短路过程中损坏的根本原因。传统的过温保护采用的方法是，利用温度传感器对芯片温度进行取样，将取样的结果反馈至驱动电路进行比对，若温度过高，驱动电路中的过温保护模块将对芯片输出负反馈信号，使得芯片停止工作。但是这样的处理方法显然是低效的，其原因在于，通常温度传感器对温度的采样是不准确的，因为温度传感器通常只是探测芯片的封装温度而非结温；此外，通过温度传感器采样再由功能电路处理作出反馈存在较大时间延迟，而碳化硅功率MOSFET的短路耐受时间通常只有不到3us。因此，亟需一种能够在温度过高时快速给予碳化硅MOSFET负反馈信号的碳化硅MOSFET。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种具有过温关断功能的碳化硅MOSFET，通过集成在碳化硅MOSFET内部的温度负反馈回路，对碳化硅MOSFET进行过温保护，而不用温度取样处理。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种具有过温关断功能的碳化硅MOSFET，包括由下至上依次层叠设置的漏极接触金属1、N+碳化硅衬底2和N-碳化硅外延层3；

所述N-碳化硅外延层3的顶层一侧具有P型阱区4，所述P型阱区4的顶层一侧具有侧面相互接触且并排设置的P+欧姆接触区6和N+欧姆接触区5；

所述N+欧姆接触区5的第一部分、所述N-碳化硅外延层3和P型阱区4上具有栅氧化层7，所述N+欧姆接触区5的第二部分以及所述P+欧姆接触区6上具有源极冶金结16，所述栅氧化层7和所述源极冶金结16的侧面相互接触；

所述栅氧化层7上具有侧面相互接触的NPN晶体管结构和多晶硅8，所述NPN晶体管结构包括侧面相互接触且依次并排设置的第二二极管冶金结15、第二N型半导体材料13、P型半导体材料12、第一N型半导体材料11和第一二极管冶金结14；所述NPN晶体管结构和多晶硅8上具有层间介质层9；所述源极冶金结16和所述层间介质层9上具有源极金属10；所述源极金属10与所述层间介质层9和所述第二二极管冶金结15的侧面相互接触；所述半导体材料的禁带宽度低于3.26eV。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述半导体材料为多晶硅。

进一步的，所述第二N型半导体材料13和所述第一N型半导体材料11的掺杂浓度范围为1e15cm^-3至1e21cm^-3。

进一步的，采用热氧化的工艺形成所述栅氧化层7。