[发明专利]一种基于分布电容的辐射加固SiC器件结构

说明书

本发明公开了一种基于分布电容的辐射加固SiC器件结构；本发明在有源区的低掺杂浓度的第一掺杂类型的外延层内，交错插入分布的浮空的高掺杂浓度的第二掺杂类型结构，纵向位置相同的同层高掺杂浓度的第二掺杂类型结构间隔若干有源区元胞设置；各层之间的低掺杂浓度的第一掺杂区域与高掺杂浓度的第二掺杂区域交替复合结构形成PN交替电容，从顶部电极到底部电极呈纵向排布状态，分别与非有源区内的对应同一层的用于存储电荷的浮空的PN结电容连接。本发明通过多个串联PN结分布电容形成的稳压作用，限制单粒子输入时的局部电场，并对单粒子路径上的局部电流进行分流，以“暂存至分布电容处”，从而限制器件的局部功率，防止过热的产生。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体的说，涉及一种基于分布电容的辐射加固的SiC器件结构。

背景技术

碳化硅SBD（肖特基二极管）、JFET（结型场效应晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）等器件技术的逐渐成熟，该器件已经在光伏发电、新能源汽车、电源等领域快速渗透，而在军工领域也在推进、雷达电源等领域得到应用。但在宇航领域，其在宇宙空间的各种粒子、离子、射线下的辐射效应以及加固技术一直受到广泛的关注。由于其相对于Si基功率器件特殊的单粒子效应，当前的商用SiC器件并不能满足宇航要求，可造成电源的剧烈波动甚至完全失效，导致卫星的电子系统发生灾难性事故，无法满足宇航的应用要求。

通常，对于SiC功率器件，如SiC MOSFET、SiC SBD，除与Si基器件相同的“单粒子烧毁”、“单粒子栅穿”外，还产生了新的失效机理，存在一个随着辐射总注量增加，漏电显著上升的失效模式，通常被认为是高电场及高的瞬态分布电流引入的瞬态局部过热产生的局部缺陷引起的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明在现有SiC器件的基础上，提出了一种在纵向外延层具有局部分布电容的SiC器件结构，以通过多个串联PN结分布电容形成的稳压作用，限制单粒子输入时的局部电场，并对单粒子路径上的局部电流进行分流，以“暂存至分布电容处”，从而限制器件的局部功率，防止过热的产生。

本发明的技术方案具体介绍如下。

一种基于分布电容的辐射加固SiC器件结构，其包括有源区和非有源区，有源区包括第一掺杂类型的SiC衬底，在衬底上生长的第一掺杂类型的外延层，在外延层里注入形成的第二掺杂类型的阱；在有源区的第一掺杂类型的外延层内，交错插入分布的浮空的高掺杂浓度的第二掺杂类型结构，纵向位置相对应的同层高掺杂浓度的第二掺杂类型结构间隔若干有源区元胞设置，各层之间的低掺杂浓度的第一掺杂区域与高掺杂浓度的第二掺杂区域交替复合结构形成PN交替电容，从顶部电极到底部电极呈纵向排布状态，分别与非有源区内的对应同一层的用于存储电荷的浮空的PN结电容连接。

本发明中，第一掺杂类型为N型，第二掺杂类型为P 型；或者第一掺杂类型为P型，第二掺杂类型为N 型。

本发明中，有源区的第一掺杂类型的外延层内的第二掺杂类型结构的掺杂浓度高于1×10^18，，以使器件在反偏时，该区域呈现不完全耗尽状态。

本发明中，终端结构中，第二掺杂类型的高掺杂区域和表面场限环或JTE连接。

本发明中，高掺杂浓度的第二掺杂类型结构和表面场限环交错连接、顺序连接或多间隔连接。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出一种基于PN结组成的分布电容的辐射加固的SiC器件结构， 本发明主要用于提升功率器件的抗单粒子能力，特别的对于SiC等辐射效应显著的宽禁带半导体器件。此结构适用于空间辐射应用的各种功率器件的开发。应用为航天系统的各种电源、电能变换领域。

附图说明

图1为本发明的有源区结构与传统MOSFET结构对比图；a)本发明结构，b)传统结构。