本發(fā)明屬于電力電子，具體涉及一種寬禁帶半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

1、功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)的核心組件，對(duì)于電力電子系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率有著決定性的影響。理想的功率半導(dǎo)體器件在具有足夠高電壓阻斷能力的同時(shí)還需要有盡可能低的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。在寬禁帶半導(dǎo)體mosfet器件中，溝道電阻占比較大，是器件導(dǎo)通損耗的主要來(lái)源。另一方面，溝道電阻占比較大使得寬禁帶半導(dǎo)體mosfet器件處于反向截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，源漏電場(chǎng)將更多的集中于溝道區(qū)域，導(dǎo)致溝道區(qū)域的柵介質(zhì)層擊穿風(fēng)險(xiǎn)急劇上升。因此在寬禁帶半導(dǎo)體mosfet器件中，溝道電阻優(yōu)化是器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的首要目標(biāo)。

2、mosfet的溝道電阻可以通過(guò)以下公式計(jì)算：其中，l為溝道長(zhǎng)度，w為溝道寬度，μ為載流子遷移率，cox為單位面積的柵氧電容，vgs為柵源電壓，vth為閾值開啟電壓。根據(jù)上述公式，降低mosfet的溝道電阻主要有四種途徑：1)降低溝道的長(zhǎng)寬比；2)提高溝道載流子的遷移率；3)提高單位面積的柵氧電容；4)提高柵源電壓或降低閾值開啟電壓。在mosfet元胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般通過(guò)途徑1降低溝道的長(zhǎng)寬比來(lái)優(yōu)化mosfet的溝道電阻。途徑2載流子遷移率的提升主要通過(guò)工藝對(duì)柵氧界面質(zhì)量的改善來(lái)實(shí)現(xiàn)。而途徑3和4均會(huì)導(dǎo)致器件出現(xiàn)嚴(yán)重的可靠性問(wèn)題并會(huì)帶來(lái)開關(guān)損耗的增加，因此一般不作為溝道電阻的優(yōu)化方向。

3、但是，目前通過(guò)降低溝道長(zhǎng)寬比的方式來(lái)優(yōu)化寬禁帶半導(dǎo)體mosfet的溝道電阻也面臨著瓶頸。溝道長(zhǎng)寬比的降低一方面可以通過(guò)縮短溝道長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而伴隨著溝道長(zhǎng)度的縮短，mosfet漏極到源極之間的電場(chǎng)可能會(huì)直接穿通，導(dǎo)致mosfet的閾值電壓降低甚至無(wú)法關(guān)斷，這種現(xiàn)象被稱為漏致勢(shì)壘降低效應(yīng)(dibl)。另一方面，溝道長(zhǎng)寬比的降低能夠通過(guò)更多元胞并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)，但這樣也會(huì)導(dǎo)致芯片的短路電流上升，加劇寬禁帶半導(dǎo)體mosfet本就薄弱的短路耐受問(wèn)題。因此，在寬禁帶半導(dǎo)體mosfet中，常規(guī)的元胞結(jié)構(gòu)方案難以解決溝道電阻過(guò)大引起的高導(dǎo)通損耗和柵介質(zhì)層擊穿問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種寬禁帶半導(dǎo)體mosfet器件，以改善寬禁帶半導(dǎo)體mosfet器件的溝道電阻過(guò)大引起的高導(dǎo)通損耗和柵介質(zhì)層擊穿風(fēng)險(xiǎn)高問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種寬禁帶半導(dǎo)體器件，包括至少一個(gè)元胞結(jié)構(gòu)，所述元胞結(jié)構(gòu)包括：

4、襯底；

5、寬禁帶半導(dǎo)體層，設(shè)于襯底之上，為第一摻雜類型的寬禁帶半導(dǎo)體；

6、若干個(gè)源極溝槽，平行分布于寬禁帶半導(dǎo)體層；

7、若干個(gè)柵極溝槽，平行分布與寬禁帶半導(dǎo)體層，且與源極溝槽間隔設(shè)置；

8、源區(qū)，設(shè)于源極溝槽和柵極溝槽之間的寬禁帶半導(dǎo)體層中；

9、第一源電極，設(shè)于源極溝槽內(nèi)，第一源電極在源極溝槽的側(cè)壁與寬禁帶半導(dǎo)體層形成肖特基接觸；

10、柵電極，設(shè)于柵極溝槽內(nèi)；

11、柵介質(zhì)層，設(shè)于柵極溝槽內(nèi)且包圍著柵電極；

12、第二源電極，設(shè)于第一源電極之上，并與源區(qū)形成歐姆接觸；

13、電場(chǎng)調(diào)整區(qū)，設(shè)于至少一個(gè)第一源電極的下方，用于調(diào)整源極溝槽間的電場(chǎng)線分布情況；

14、漏電極，設(shè)于襯底的下表面；

15、其中，源極溝槽在垂直方向上的延伸長(zhǎng)度超過(guò)柵極溝槽。

16、優(yōu)選的，所述電場(chǎng)調(diào)整區(qū)設(shè)于所述源極溝槽內(nèi)，包括：場(chǎng)電極和隔離介質(zhì)層，所述隔離介質(zhì)層將所述場(chǎng)電極與寬禁帶半導(dǎo)體層物理隔離。

17、優(yōu)選的，所述電場(chǎng)調(diào)整區(qū)為第二摻雜類型的寬禁帶半導(dǎo)體層，設(shè)于源極溝槽的下方。

18、優(yōu)選的，所述的寬禁帶半導(dǎo)體層為sic、gan、aln、ga2o3、zno、sno2、金剛石中的一種。

19、優(yōu)選的，所述場(chǎng)電極與第一摻雜類型寬禁帶半導(dǎo)體層的功函數(shù)差大于0.3ev。

20、優(yōu)選的，所述場(chǎng)電極的組成材料為多晶硅。

21、優(yōu)選的，所述多晶硅具有第二摻雜類型，且摻雜濃度>1×1016cm-3。

22、優(yōu)選的，所述場(chǎng)電極的組成材料包含ti、co、ni、w、mo、au、pt、ru、rh、ir中的至少一種。

23、優(yōu)選的，所述場(chǎng)電極由功函數(shù)不同的多個(gè)部分組成。

24、優(yōu)選的，場(chǎng)電極在垂直方向上的長(zhǎng)度在0.1～20μm之間。

25、優(yōu)選的，在垂直方向上，場(chǎng)電極的下表面低于柵極溝槽的下表面。

26、優(yōu)選的，在水平方向，所述電場(chǎng)調(diào)整區(qū)的最大寬度大于源極溝槽的寬度。

27、優(yōu)選的，在垂直方向，所述電場(chǎng)調(diào)整區(qū)的中心軸線與源極溝槽的中心軸線重合。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

29、本發(fā)明通過(guò)在至少一個(gè)第一源電極的下方設(shè)置用于調(diào)整源極溝槽間的電場(chǎng)線分布情況的電場(chǎng)調(diào)整區(qū)，能夠降低寬禁帶半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通損耗和柵介質(zhì)層的擊穿風(fēng)險(xiǎn)。具體地：在源極溝槽中設(shè)置場(chǎng)電極，場(chǎng)電極能夠輔助漂移層的電荷耗盡，在漂移層中建立橫向電場(chǎng)，從而優(yōu)化mosfet器件反向截止時(shí)源漏電場(chǎng)在漂移層和溝道間的電場(chǎng)線分布，避免源漏電場(chǎng)在溝道區(qū)域的集中；或者，通過(guò)在源極溝槽的下方設(shè)置第二摻雜類型的寬禁帶半導(dǎo)體層，避免源極溝槽下表面低于柵極溝槽下表面時(shí)，電場(chǎng)線更集中于源極溝槽底部帶來(lái)的器件可靠性問(wèn)題。因此，溝道長(zhǎng)度可以在現(xiàn)有寬禁帶半導(dǎo)體mosfet結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮減而不會(huì)出現(xiàn)源漏電場(chǎng)穿通溝道的問(wèn)題，有效改善寬禁帶半導(dǎo)體mosfet器件溝道電阻過(guò)大引起的高導(dǎo)通損耗和柵介質(zhì)層失效問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種寬禁帶半導(dǎo)體器件，包括至少一個(gè)元胞結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述元胞結(jié)構(gòu)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述電場(chǎng)調(diào)整區(qū)設(shè)于所述源極溝槽內(nèi)，包括：場(chǎng)電極和隔離介質(zhì)層，所述隔離介質(zhì)層將所述場(chǎng)電極與寬禁帶半導(dǎo)體層物理隔離。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述電場(chǎng)調(diào)整區(qū)為第二摻雜類型的寬禁帶半導(dǎo)體層，設(shè)于源極溝槽的下方。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述的寬禁帶半導(dǎo)體層為sic、gan、aln、ga2o3、zno、sno2、金剛石中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述場(chǎng)電極與寬禁帶半導(dǎo)體層的功函數(shù)差大于0.3ev。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述場(chǎng)電極的組成材料為多晶硅。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述多晶硅具有第二摻雜類型，且摻雜濃度>1×1016cm-3。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述場(chǎng)電極的組成材料包含ti、co、ni、w、mo、au、pt、ru、rh、ir中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述場(chǎng)電極由功函數(shù)不同的多個(gè)部分組成。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：場(chǎng)電極在垂直方向上的長(zhǎng)度在0.1～20μm之間。

11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：在垂直方向上，場(chǎng)電極的下表面低于柵極溝槽的下表面。

12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：在水平方向，所述電場(chǎng)調(diào)整區(qū)的最大寬度大于源極溝槽的寬度。

13.根據(jù)權(quán)利要求3或12所述的寬禁帶半導(dǎo)體器件，其特征在于：在垂直方向，所述電場(chǎng)調(diào)整區(qū)的中心軸線與源極溝槽的中心軸線重合。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種寬禁帶半導(dǎo)體功率器件，包括至少一個(gè)元胞結(jié)構(gòu)，元胞結(jié)構(gòu)包括：襯底；寬禁帶半導(dǎo)體層，設(shè)于襯底之上；若干源極溝槽和柵極溝槽，均平行分布于寬禁帶半導(dǎo)體層，且兩者間隔設(shè)置；源區(qū)，設(shè)于源、柵極溝槽之間的寬禁帶半導(dǎo)體層中；第一源電極，設(shè)于源極溝槽內(nèi)，在源極溝槽側(cè)壁與寬禁帶半導(dǎo)體層形成肖特基接觸；柵電極，設(shè)于柵極溝槽內(nèi)；柵介質(zhì)層，包圍柵電極；第二源電極，設(shè)于第一源電極之上，并與源區(qū)形成歐姆接觸；電場(chǎng)調(diào)整區(qū)，設(shè)于至少一個(gè)第一源電極下方，用于調(diào)整源極溝槽間電場(chǎng)線分布；漏電極，設(shè)于襯底下表面；其中，源極溝槽在垂直方向上的延伸長(zhǎng)度超過(guò)柵極溝槽。本發(fā)明能降低寬禁帶半導(dǎo)體器件導(dǎo)通損耗和柵介質(zhì)層擊穿風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉偉,鄧云,唐斌,薛勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州華瑞升陽(yáng)投資有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23