【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及sic?mosfet器件的芯片結(jié)構(gòu)中的柵源電壓過沖改進(jìn)，具體涉及一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞sic?vdmosfet結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
1、sic?mosfet器件具有高頻低損耗的顯著優(yōu)勢，在電動汽車、光伏逆變器和充電樁等領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。然而，sic?mosfet極快的開關(guān)速度使得器件在開通和關(guān)斷過程中極易產(chǎn)生柵源電壓過沖的問題，導(dǎo)致sic?mos柵氧承受極高的電壓應(yīng)力，長期使用過程中易出現(xiàn)柵氧性能退化甚至柵極損壞的現(xiàn)象。為了抑制開關(guān)過程中柵源電壓過沖的問題，通常采用增大柵極驅(qū)動電阻以降低開關(guān)速度和在柵源電極之間外接穩(wěn)壓二極管等方法。增大柵極驅(qū)動電阻雖然有效緩解了開關(guān)過程中的電壓過沖問題，但較長的開關(guān)時(shí)間不僅增大了開關(guān)損耗，而且無法充分發(fā)揮出sic?mosfet高速開關(guān)的性能優(yōu)勢。同樣地，在柵源電極之間外接穩(wěn)壓二極管會增大柵源之間的電容，降低sic?mosfet的開關(guān)速度。此外，由于外接穩(wěn)壓二極管通常為型號固定的商用器件，其穩(wěn)壓性能、寄生電容等通常無法直接和sic?mosfet形成最佳匹配，嚴(yán)重限制了sic?mosfet器件性能的充分發(fā)揮。圖1和圖2展示了兩種常用的抑制sic?mosfet快速開關(guān)過程中出現(xiàn)電壓過沖的方法。目前在sic?mosfet的元胞結(jié)構(gòu)中利用天然的背靠背二極管實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用并且不會改變器件尺寸的技術(shù)文件尚未批漏，這也是目前在元胞結(jié)構(gòu)加入新結(jié)構(gòu)會造成尺寸增大導(dǎo)致電流密度減小的矛盾問題，研究表明，有效的減小元胞尺寸，增大電流密度，很多行業(yè)內(nèi)部開發(fā)者在元胞尺寸達(dá)到材料極限后，采用改變元胞形
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞sicvdmosfet結(jié)構(gòu)，通過采用六邊形元胞的sic?vdmosfet的內(nèi)的柵極和源極之間單片集成n+/p+/polysi結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出兩個(gè)背靠背的鉗位二極管，其一為n+/p+二極管，其二為p+/polysi異質(zhì)結(jié)二極管，避免柵源電極在開關(guān)過程中因劇烈振蕩而出現(xiàn)的過電壓應(yīng)力。此外，由于片上集成的n+/p+/polysi結(jié)構(gòu)可通過工藝參數(shù)優(yōu)化、版圖設(shè)計(jì)與優(yōu)化等方法直接實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓性能、寄生電容參數(shù)與sic?mosfet性能的最佳匹配，因此不僅可以有效抑制sic?mosfet快速開關(guān)過程中的電壓過沖，而且大幅簡化了sic?mosfet高速驅(qū)動控制電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，片上集成n-sic/p-sic/polysi結(jié)構(gòu)集成進(jìn)p-well中，大幅度減少了單個(gè)重復(fù)元胞尺寸，節(jié)省了源區(qū)面積，具有更大的電流密度，六邊形元胞減小元胞尺寸，增加電流密度，實(shí)現(xiàn)在解決柵源電壓過沖問題時(shí)，加入新結(jié)構(gòu)導(dǎo)致元胞尺寸增大的矛盾問題。
2、為解決以上技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞sicvdmosfet結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)二維平面內(nèi)分布的并聯(lián)的六邊形mos元胞，所述六邊形mos元胞六個(gè)邊相鄰位置均分布有所述六邊形mos元胞，相鄰所述六邊形mos元胞至少有一邊平行，至少一個(gè)所述六邊形mos元胞中具有n+/p+/polysi背靠背二極管，所述n+/p+/polysi背靠背二極管包括通過離子注入形成于所述六邊形mos元胞其中一側(cè)的n+型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的p+2型半導(dǎo)體區(qū)，所述n+型半導(dǎo)體區(qū)的歐姆接觸短接源極，以形成源極側(cè)的n+/p+結(jié)二極管，所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)直接與六邊形mos元胞的一端多晶硅柵極接觸，以形成p+/polysi異質(zhì)結(jié)二極管。
3、在一些實(shí)施例中優(yōu)選地方案，所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)位于所述n+型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)中部或不靠近側(cè)面。
4、在一些實(shí)施例中優(yōu)選地方案，所述多晶硅柵極位于所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)正上部貫穿所述六邊形mos元胞的柵氧層并與之連接，所述多晶硅柵極只與所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)接觸。
5、在一些實(shí)施例中優(yōu)選地方案，sic?vdmosfet包括碳化硅外延層，所述碳化硅外延層上通過離子注入形成等距分布呈井狀的p型半導(dǎo)體區(qū)，所述p型半導(dǎo)體區(qū)中部通過相同極高濃度的離子注入形成有p+1型半導(dǎo)體區(qū)，所述p型半導(dǎo)體區(qū)上通過離子注入形成有位于所述p+1型半導(dǎo)體區(qū)兩側(cè)的所述n+型半導(dǎo)體區(qū)，相鄰所述p型半導(dǎo)體區(qū)之間形成有jfet區(qū)，所述jfet區(qū)上淀積有柵氧層，所述柵氧層覆蓋至少包括jfet區(qū)與所述n+型半導(dǎo)體區(qū)之間的p型半導(dǎo)體區(qū)，所述柵氧層上淀積有所述多晶硅柵極，所述多晶硅柵極上淀積有介質(zhì)層，所述p型半導(dǎo)體區(qū)、n+型半導(dǎo)體區(qū)、介質(zhì)層上統(tǒng)一淀積有源極，其中，為了便于理解六邊形mos元胞，將多晶硅柵極下所覆蓋用于形成開關(guān)通路的兩個(gè)對稱npn結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的半導(dǎo)體區(qū)定義為六邊形mos元胞。
6、在一些實(shí)施例中優(yōu)選地方案，其中，p+1型半導(dǎo)體區(qū)與所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)注入為相同離子。
7、在一些實(shí)施例中優(yōu)選地方案，所述碳化硅外延層下方具有n襯底，所述n襯底下方具有漏極。
8、在一些實(shí)施例中優(yōu)選地方案，所述p型半導(dǎo)體區(qū)注入離子為al離子或b離子，所述p+1型半導(dǎo)體區(qū)和p+2型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)注入為極高濃度的al離子或b離子，所述n+型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)注入為極高濃度的p離子或n離子。
9、在一些實(shí)施例中優(yōu)選地方案，所述介質(zhì)層為sio2。
10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：
11、1、本專利技術(shù)通過采用六邊形元胞的sic?vdmosfet的內(nèi)的柵極和源極之間單片集成n+/p+/polysi結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出兩個(gè)背靠背的鉗位二極管，其一為n+/p+二極管，其二為p+/polysi異質(zhì)結(jié)二極管，避免柵源電極在開關(guān)過程中因劇烈振蕩而出現(xiàn)的過電壓應(yīng)力。此外，由于片上集成的n+/p+/polysi結(jié)構(gòu)可通過工藝參數(shù)優(yōu)化、版圖設(shè)計(jì)與優(yōu)化等方法直接實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓性能、寄生電容參數(shù)與sic?mosfet性能的最佳匹配，因此不僅可以有效抑制sicmosfet快速開關(guān)過程中的電壓過沖，而且大幅簡化了sic?mosfet高速驅(qū)動控制電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，片上集成n-sic/p-sic/polysi結(jié)構(gòu)集成進(jìn)p-well中，大幅度減少了單個(gè)重復(fù)元胞尺寸，節(jié)省了源區(qū)面積，具有更大的電流密度，六邊形元胞減小元胞尺寸，增加電流密度，實(shí)現(xiàn)在解決柵源電壓過沖問題時(shí)，加入新結(jié)構(gòu)導(dǎo)致元胞尺寸增大的矛盾問題。
12、2、本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)在單片集成n-sic/p-sic/polysi結(jié)構(gòu)時(shí)，僅需在sic?mosfet芯片版圖設(shè)計(jì)中，將部分元胞結(jié)構(gòu)中的柵極多晶硅直接和p-sic接觸形成異質(zhì)結(jié)二極管，并將p-sic旁邊的n+型半導(dǎo)體區(qū)上的歐姆接觸和源極金屬短接，既可在版圖局部形成n-sic/p-sic/polysi結(jié)構(gòu)，實(shí)際實(shí)現(xiàn)方法簡便可行。
13、3、可同時(shí)實(shí)現(xiàn)sic?mosfet柵源電極之間正向和反向本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞SiC?VDMOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括多個(gè)二維平面內(nèi)分布的并聯(lián)的六邊形MOS元胞，所述六邊形MOS元胞六個(gè)邊相鄰位置均分布有所述六邊形MOS元胞，相鄰所述六邊形MOS元胞至少有一邊平行，至少一個(gè)所述六邊形MOS元胞中具有N+/P+/polySi背靠背二極管，所述N+/P+/polySi背靠背二極管包括通過離子注入形成于所述六邊形MOS元胞其中至少一側(cè)的N+型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的P+2型半導(dǎo)體區(qū)，所述N+型半導(dǎo)體區(qū)的歐姆接觸短接源極，以形成源極側(cè)的N+/P+結(jié)二極管，所述P+2型半導(dǎo)體區(qū)直接與六邊形MOS元胞的一端多晶硅柵極接觸，以形成P+/polySi異質(zhì)結(jié)二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞SiC?VDMOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P+2型半導(dǎo)體區(qū)位于所述N+型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)中部或不靠近側(cè)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞SiC?VDMOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多晶硅柵極位于所述P+2型半導(dǎo)體區(qū)正上部貫穿所述六邊形MOS元胞的柵氧層并與之連接
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞SiC?VDMOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，SiC?VDMOSFET包括碳化硅外延層，所述碳化硅外延層上通過離子注入形成等距分布呈井狀的P型半導(dǎo)體區(qū)，所述P型半導(dǎo)體區(qū)中部通過相同極高濃度的離子注入形成有P+1型半導(dǎo)體區(qū)，所述P型半導(dǎo)體區(qū)上通過離子注入形成有位于所述P+1型半導(dǎo)體區(qū)兩側(cè)的所述N+型半導(dǎo)體區(qū)，相鄰所述P型半導(dǎo)體區(qū)之間形成有JFET區(qū)，所述JFET區(qū)上淀積有柵氧層，所述柵氧層覆蓋至少包括JFET區(qū)與所述N+型半導(dǎo)體區(qū)之間的P型半導(dǎo)體區(qū)，所述柵氧層上淀積有所述多晶硅柵極，所述多晶硅柵極上淀積有介質(zhì)層，所述P型半導(dǎo)體區(qū)、N+型半導(dǎo)體區(qū)、介質(zhì)層上統(tǒng)一淀積有源極，其中，為了便于理解六邊形MOS元胞，將多晶硅柵極下所覆蓋用于形成開關(guān)通路的兩個(gè)對稱NPN結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的半導(dǎo)體區(qū)定義為六邊形MOS元胞；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞SiC?VDMOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳化硅外延層下方具有N襯底，所述N襯底下方具有漏極。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞SiC?VDMOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P型半導(dǎo)體區(qū)注入離子為Al離子或B離子，所述P+1型半導(dǎo)體區(qū)和P+2型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)注入為極高濃度的Al離子或B離子，所述N+型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)注入為極高濃度的P離子或N離子。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞SiC?VDMOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介質(zhì)層為SiO2。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞sic?vdmosfet結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括多個(gè)二維平面內(nèi)分布的并聯(lián)的六邊形mos元胞，所述六邊形mos元胞六個(gè)邊相鄰位置均分布有所述六邊形mos元胞，相鄰所述六邊形mos元胞至少有一邊平行，至少一個(gè)所述六邊形mos元胞中具有n+/p+/polysi背靠背二極管，所述n+/p+/polysi背靠背二極管包括通過離子注入形成于所述六邊形mos元胞其中至少一側(cè)的n+型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的p+2型半導(dǎo)體區(qū)，所述n+型半導(dǎo)體區(qū)的歐姆接觸短接源極，以形成源極側(cè)的n+/p+結(jié)二極管，所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)直接與六邊形mos元胞的一端多晶硅柵極接觸，以形成p+/polysi異質(zhì)結(jié)二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞sic?vdmosfet結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)位于所述n+型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)中部或不靠近側(cè)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞sic?vdmosfet結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多晶硅柵極位于所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)正上部貫穿所述六邊形mos元胞的柵氧層并與之連接，所述多晶硅柵極只與所述p+2型半導(dǎo)體區(qū)接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抑制柵源電壓過沖的六邊形元胞sic?vdmosfet結(jié)構(gòu)，其特征在于，sic?vdmosfet包括碳化硅外延層，所述碳化...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許一力，
申請(專利權(quán))人：杭州譜析光晶半導(dǎo)體科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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