[发明专利]一种具有屏蔽效应的超结P柱和N-沟道的4H-SiC基VDMOS器件

说明书

本发明涉及一种具有屏蔽效应的超结P柱和N‑沟道的4H‑SiC基VDMOS器件，属于半导体技术领域。该器件包括P+多晶硅漏极、N+衬底区、P柱屏蔽区、N柱区、P‑电场终止区、二氧化硅隔离层、P+多晶硅栅电极、P+多晶硅源电极Ⅰ、P+多晶硅源电极Ⅱ、N‑沟道区和N+源区；其中P+多晶硅漏电极、N+衬底区、N柱区、P+多晶硅源电极Ⅱ、N‑沟道区和N+源区组成器件的导电区；N柱区和P‑电场终止区组成器件的漂移区；P柱屏蔽区和N柱区组成器件的横向超结。本发明在传统4H‑SiC基VDMOS器件基础上，在垂直漂移区引入超结结构、整体非对称结构以及N‑沟道区，提高了器件的击穿电压，大幅降低了米勒电容和反馈电容，提升了器件的动态性能，降低了沟道电阻和比导通电阻。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种具有屏蔽效应的超结P柱和N-沟道的4H-SiC基 VDMOS器件。

背景技术

电能作为人类社会使用的主要能源之一，具有清洁高效，易于运输等特点。在电能的传 输于使用中，电力电子技术发挥着重要的作用，功率半导体是电力电子技术的核心。功率半 导体在电路中主要起到整流与开关的作用，MOSFET因其高输入阻抗的特点，是常用的功率 器件。随着技术的发展，业界对器件的击穿电压和导通电阻的要求越来越高。传统的硅材料 在功率MOSFET上难以继续发展，此时，碳化硅展现出了在功率半导体市场的极大潜力。表1 中列出了Si和4H-SiC材料的一些基本物理特性：

表1 Si和4H-SiC材料的基本物理特性

碳化硅作为宽禁带半导体的代表，具有高临界击穿电场、高禁带宽度、高热导率、高电 子饱和漂移速度的特点，适合在高压中高频的领域应用。碳化硅具有多种结构，本发明中研 究使用的为常见的4H-SiC。SiC MOFET应用在电路中时开关损耗远大于导通损耗，因此改善 开关性能是SiC MOFET的一大研究热点。

其一：对于垂直器件来说，增大它的垂直高度可以增加它的击穿电压，但同时也会面临 着导通电阻的增大、工艺难度增大和器件自热问题加重，难以散热从而影响器件可靠性等问 题，基于此，如何在不增加垂直高度的情况下，改善器件的击穿电压和导通电阻的关系成为 了垂直功率器件的主要问题。

其二：SiC MOFET器件作为目前第三代半导体器件，多数应用场景为高频电路中，因此 器件的开关性能同样不可忽视，衡量MOS器件的开关性能则主要看器件的栅漏电荷Q_GD， MOSFET寄生电容可以分为三部分，栅漏间寄生电容C_GD栅源间寄生电容C_GS源漏间寄生电容 C_DS。为与实际应用相关联，分为三类，输入电容，输出电容与反馈电容。当输入电容充电致 阈值电压时器件才能开启，放电至一定值时器件才可以关断，因此输入电容主要影响器件的 开关速度、开关损耗。输出电容主要影响器件漏源电压的变化，限制开关转换过程中的dv/dt。 输出电容造成的损耗一般可以被忽略。反馈电容C_GD也常叫米勒电容、反馈传输电容，主要影 响器件栅极电压和漏源电压的耦合关系。本发明重点研究米勒电容对器件开关速度造成的影 响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有屏蔽效应的超结P柱和N-沟道的4H-SiC基 VDMOS器件，降低器件的米勒电荷和反馈电容，降低器件的峰值电场，优化器件的击穿电 场，提高器件的击穿电压，同时引入N-沟道区，降低器件的沟道电阻和比导通电阻。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有屏蔽效应的超结P柱和N-沟道的4H-SiC基VDMOS器件，包括P+多晶硅漏极1、N+衬底区2、P柱屏蔽区3、N柱区4、P-电场终止区5、二氧化硅隔离层6、P+多晶硅栅 电极7、P+多晶硅源电极Ⅰ8、P+多晶硅源电极Ⅱ9、N-沟道区10和N+源区11；