[发明专利]一种具有部分加宽P柱结构的碳化硅超结MOSFET

说明书

本发明公开了一种具有部分加宽P柱结构的碳化硅超结MOSFET，该结构在常规碳化硅超结MOSFET结构的基础上，增加了N柱两侧P柱部分区域的宽度，使其扩展到N柱区域中。当器件进入短路状态时，加宽的P柱进一步的耗尽N柱区域，导致电流路径变窄，从而实现降低器件饱和电流，增加器件短路耐受能力的效果。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种具有部分加宽P柱结构的碳化硅超结MOSFET。

背景技术

与采用成熟硅材料的功率器件相比，碳化硅材料具有较宽的能带间隙、较低的本征载流子浓度和较高的击穿电场等优异的材料性能，可以获得更好的性能，在电动汽车、光伏逆变等领域逐渐开始替代Si基电力电子器件。同时，在苛刻的应用条件下，碳化硅MOSFET的可靠性问题一直伴随着器件，需要更多的研究来提高器件的性能。短路故障是碳化硅功率器件最严重的可靠性问题之一。在短路过程中，对器件施加高的直流母线电压和大的饱和电流，如果器件没有足够的短路耐受能力，会导致器件性能下降甚至发生严重的烧毁故障。因此，增强器件的短路鲁棒性一直是研究人员关注的主要问题。

发明内容

针对提高碳化硅MOSFET的短路可靠性需求，本发明提供了一种具有部分加宽P柱结构的碳化硅超结MOSFET。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种具有部分加宽P柱结构的碳化硅超结MOSFET，其元胞结构包括金属漏极(1)，位于金属漏极(1)上方的N+衬底(2)和部分加宽P柱结构(3)以及N柱结构(4)，所述部分加宽P柱结构(3)及N柱结构(4)上方设有多晶硅栅极(5)及栅极氧化层(6)、金属源极(7)、P型基区(8)，所述P型基区(8)上方设有N+型源区(9)与P+重掺杂区(10)，其特征在于，所述部分加宽P柱结构(3)的部分区域宽度增加并扩展到N柱结构(4)中。

本发明的技术方案相对常规碳化硅超结MOSFET结构，增加了P柱结构(3)部分区域的宽度，使其扩展至N柱结构(4)中，由于P柱宽度的增加，进一步的耗尽了N柱结构，使得器件在短路过程中的电流路径变窄，饱和电流降低，从而增加器件的短路耐受能力。

进一步地所述部分加宽P柱结构(3)的加宽部分宽度为整个P柱宽度的30％。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为常规碳化硅超结MOSFET结构示意图；

图3为常规碳化硅超结MOSFET与本发明结构的短路电流仿真对比图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本发明提出了一种具有部分加宽P柱结构的碳化硅超结MOSFET，其元胞结构如图1所示，包括金属漏极(1)，位于金属漏极(1)上方的N+衬底(2)和部分加宽P柱结构(3)以及N柱结构(4)，所述部分加宽P柱结构(3)及N柱结构(4)上方设有多晶硅栅极(5)及栅极氧化层(6)、金属源极(7)、P型基区(8)，所述P型基区(8)上方设有N+型源区(9)与P+重掺杂区(10)，其特征在于，所述部分加宽P柱结构(3)的部分区域宽度增加并扩展到N柱结构(4)中。

本发明的方案相比于图2所示的常规碳化硅超结MOSFET结构加宽了部分P柱区域的宽度，从而使得器件饱和电流下降，短路耐受能力提高。

在一次实施例中，对常规碳化硅超结MOSFET与本发明的结构在短路过程中器件漏极电流进行仿真测试。如图3所示与常规碳化硅超结MOSFET相比本发明结构的器件短路电流更低，且短路耐受时间有明显提升。

综上所述，本发明公开了一种具有部分加宽P柱结构的碳化硅超结MOSFET，该结构在常规碳化硅超结MOSFET结构的基础上，增加了N柱两侧P柱部分区域的宽度，使其扩展到N柱区域中。当器件进入短路状态时，加宽的P柱进一步的耗尽N柱区域，导致电流路径变窄，从而实现降低器件饱和电流，增加器件短路耐受能力的效果。