本發明專利技術公開了一種改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，屬于半導體器件技術領域，包括多層JFET區域模塊；所述多層JFET區域模塊包括從下到上依次堆疊的第一JFET區域層、第二JFET區域層和第三JFET區域層；所述第一JFET區域層的寬度和第三JFET區域層的寬度均大于第二JFET區域層的寬度；所述第一JFET區域層、第二JFET區域層和第三JFET區域層均為n型摻雜區域；所述第一JFET區域層和第二JFET區域層的n型摻雜濃度均大于第三JFET區域層的n型摻雜濃度；所述第二JFET區域層的n型摻雜濃度大于第一JFET區域層的n型摻雜濃度。本發明專利技術解決了碳化硅場效應管器件長期使用可靠性不足的問題。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體器件，尤其涉及一種改善柵極電場的碳化硅場效應管器件。
技術介紹
1、隨著電力電子技術不斷向高能效、高功率密度和小型化發展，目前對于功率開關器件的功耗和開關速度提出了更高的要求。碳化硅材料具有高熱導率、禁帶寬度大、電子飽和速度高、臨界擊穿電場強度高的特點，是制作能夠適應極端環境的大功率器件所必需的和最重要的半導體材料之一。碳化硅場效應管器件比傳統的硅場效應管器件具有更優秀的高溫穩定性，被廣泛應用于新能源汽車、高鐵和智能電網等高壓高頻大功率領域。
2、現有的碳化硅場效應管器件在阻斷狀態時，由于其高擊穿電場，其柵氧層相對于硅器件的柵氧層承受著更高的電場應力，不利于長期使用的可靠性。目前改善柵氧電場的方式包括：方式一，公開號為cn110660863a的專利技術專利中，對碳化硅場效應管器件的jfet區域注入n型離子，形成了jfet埋層式摻雜區，從而提高柵氧可靠性；方式二，公開號為cn112820769a的專利技術專利中，在碳化硅場效應管器件的jfet區的一側設置了p型控制區，以提高器件的可靠性，方式三，公開號為cn117334732a的專利技術專利中，在碳化硅mosfet的漂移層和柵極氧化層之間插入了高k介質，以提高柵極介質層的可靠性。但方式一中由于增加了掩埋層，需要對碳化硅場效應管器件進行二次外延，大大增加了其制作工藝的復雜程度；方式二由于存在p型控制區，使碳化硅場效應管器件的有源區域大大減小，從而減小了的有源面積利用率；方式三中由于需要額外增加k介質，也增加了碳化硅場效應管器件在制作時候的工藝復雜度。</p>
技術實現思路
1、針對現有技術中的上述不足，本專利技術提供的一種改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，通過對場效應管的傳統平面結構jfet區域進行改進，將其設置為多個不同n型摻雜區域組成的jfet區域，在低工藝復雜度的情況下，實現了減小柵極電場的效果，解決了碳化硅場效應管器件長期使用可靠性不足的問題。
2、為了達到上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案為：
3、本專利技術提供的一種改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，包括多層jfet區域模塊；
4、所述多層jfet區域模塊包括從下到上依次堆疊的第一jfet區域層、第二jfet區域層和第三jfet區域層；所述第一jfet區域層、第二jfet區域層和第三jfet區域層均關于同一中心軸線水平對稱，且所述第一jfet區域層的寬度和第三jfet區域層的寬度均大于第二jfet區域層的寬度；
5、所述第一jfet區域層、第二jfet區域層和第三jfet區域層均為n型摻雜區域；所述第一jfet區域層和第二jfet區域層的n型摻雜濃度均大于第三jfet區域層的n型摻雜濃度；所述第二jfet區域層的n型摻雜濃度大于第一jfet區域層的n型摻雜濃度。
6、本專利技術的有益效果為：本專利技術提供的一種改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，通過將傳統平面結構jfet區域改進成了由多層不同濃度n型摻雜jfet區域層構成的多層jfet區域模塊，以對柵極周圍電場進行調制，達到減小柵極上最大電場的作用，同時還提高了器件柵極的可靠性；通過使第一jfet區域層的寬度和第三jfet區域層的寬度均大于第二jfet區域層的寬度，使得在第二jfet區域的兩側形成一部分突出的pwell區域層，pwell區域層在器件關斷承受漏極電壓時可以起到承受電壓的作用，從而進一步減小柵極下方的電壓；通過使第一jfet區域層和第二jfet區域層的n型摻雜濃度均大于第三jfet區域層的n型摻雜濃度，能夠減小因第三jeft區域層；通過使第二jfet區域層的n型摻雜濃度大于第一jfet區域層的n型摻雜濃度能夠減小突出的pwell區域層帶來的額外的器件開啟電阻。
7、進一步地，所述第一jfet區域層的寬度和第三jfet區域層的寬度相等。
8、采用上述進一步方案的有益效果為：本專利技術中，通過使第一jfet區域層的寬度和第三jfet區域層的寬度相等，且均大于第二jfet區域層的寬度，，以形成使得在第二jfet區域的兩側形成一部分突出的pwell區域層，通過pwell區域層承受漏極電壓時可以起到承受電壓的作用，從而減小柵極下方的電壓。
9、進一步地，所述碳化硅場效應管器件還包括關于同一中心軸線均呈水平對稱的金屬漏極層、n+襯底層、n-外延層、pwell區域層、nplus區域層、pplus區域層、金屬源極層、柵氧層和多晶硅柵極層，其中，該中心軸線與第一jfet區域層、第二jfet區域層和第三jfet區域層呈水平對稱時對應的中心軸線為同一軸線；
10、所述金屬漏極層、n+襯底層和n-外延層從下到上依次堆疊；所述pwell區域層的下側和第一jfet區域層的下側均與n-外延層的上側連接；所述pwell區域層包括2個pwell區域子層，所述nplus區域層包括2個nplus區域子層，所述pplus區域層包括2個pplus區域子層，所述金屬源極層包括2個金屬源極子層；所述多層jfet區域模塊的水平方向兩側分別與pwell區域子層對應連接，其中，第一jfet區域層的水平方向兩側、第二jfet區域層的水平方向兩側和第三jfet區域層的水平方向兩側分別與pwell區域子層對應連接；所述nplus區域子層水平方向一側與pplus區域子層連接；所述nplus區域子層水平方向的另一側、下側和pplus區域子層的下側均與pwell區域子層連接；所述nplus區域子層的上側和pplus區域子層的上側均與金屬源極子層連接；所述金屬源極子層、nplus區域子層的上側、pwell區域子層的上側和第三jfet區域層的上側均與柵氧層的凸側的連接；所述柵氧層的凹側與多晶硅柵極層連接。
11、采用上述進一步方案的有益效果為：本專利技術提供基于多層jfet區域模塊的完整改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，通過多層jfet區域模塊的設置，能夠有效提升碳化硅場效應管器件的柵極的可靠性，從而保障碳化硅場效應管器件長期使用的穩定性。
12、進一步地，所述多層jfet區域模塊還包括第四jfet區域層；所述第四jfet區域層包括2個第四jfet區域子層；所述第三jfet區域層水平方向兩側分別與第四jfet區域子層的一側連接；所述第三jfet區域層及水平方向兩側的第四jfet區域子層的寬度總和與第一jfet區域層的寬度相等；所述第四jfet區域子層的n型摻雜濃度大于第三jfet區域層的n型摻雜濃度。
13、采用上述進一步方案的有益效果為：本專利技術提供多層jfet區域模塊的另一種形式，在第三jfet區域層水平方向兩側設置有兩個相同的第四jfet區域子層，兩個第四jfet區域子層構成第四jfet區域層，且通過使第四jfet區域子層的n型摻雜濃度大于第三jfet區域層的n型摻雜濃度，能夠引導電場沿著第四jfet區域層分布，防止器件的柵極下方的電場過度集中，同時減小因第三jfet區域層較低n型摻雜濃度造成的開通電阻過大的影響。
14、進一步地，所述碳化硅場效應管器件還包括關于同一本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，包括多層JFET區域模塊；
2.根據權利要求1所述的改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，所述第一JFET區域層(4)的寬度和第三JFET區域層(6)的寬度相等。
3.根據權利要求2所述的改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，所述碳化硅場效應管器件還包括關于同一中心軸線均呈水平對稱的金屬漏極層(1)、N+襯底層(2)、N-外延層(3)、Pwell區域層、Nplus區域層、Pplus區域層、金屬源極層、柵氧層(12)和多晶硅柵極層(13)，其中，該中心軸線與第一JFET區域層(4)、第二JFET區域層(5)和第三JFET區域層(6)呈水平對稱時對應的中心軸線為同一軸線；
4.根據權利要求1所述的改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，所述多層JFET區域模塊還包括第四JFET區域層；所述第四JFET區域層包括2個第四JFET區域子層(7)；所述第三JFET區域層(6)水平方向兩側分別與第四JFET區域子層(7)的一側連接；所述第三JFET區域層(6)及水平方向兩側的第四JFET區域子層(7)的寬度總和與第一JFET區域層(4)的寬度相等；所述第四JFET區域子層(7)的n型摻雜濃度大于第三JFET區域層(6)的n型摻雜濃度。
5.根據權利要求4所述的改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，所述碳化硅場效應管器件還包括關于同一中心軸線均呈水平對稱的金屬漏極層(1)、N+襯底層(2)、N-外延層(3)、Pwell區域層、Nplus區域層、Pplus區域層、金屬源極層、柵氧層(12)和多晶硅柵極層(13)，其中，該中心軸線與第一JFET區域層(4)、第二JFET區域層(5)和第三JFET區域層(6)呈水平對稱時對應的中心軸線為同一軸線；
6.根據權利要求3或5任意一項所述的改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，所述多晶硅柵極層(13)為平面柵極或分離柵極。
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【技術特征摘要】
1.一種改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，包括多層jfet區域模塊；
2.根據權利要求1所述的改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，所述第一jfet區域層(4)的寬度和第三jfet區域層(6)的寬度相等。
3.根據權利要求2所述的改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，所述碳化硅場效應管器件還包括關于同一中心軸線均呈水平對稱的金屬漏極層(1)、n+襯底層(2)、n-外延層(3)、pwell區域層、nplus區域層、pplus區域層、金屬源極層、柵氧層(12)和多晶硅柵極層(13)，其中，該中心軸線與第一jfet區域層(4)、第二jfet區域層(5)和第三jfet區域層(6)呈水平對稱時對應的中心軸線為同一軸線；
4.根據權利要求1所述的改善柵極電場的碳化硅場效應管器件，其特征在于，所述多層jfet區域模塊還包括第四jfet區域層；所述第四jfet區域層包括2個第四jfet區域子層(7)；所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：汪志剛，黃孝兵，鐘馳宇，余建祖，張卓，熊琴，
申請(專利權)人：強華時代成都科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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