【嘉德点评】厦门芯光润泽的该项专利提出的碳化硅MOSFET器件在提升器件续流能力的同时,还可防止肖特基接触区在器件工作于高压阻断模式时泄漏电流过大的问题。

集微网消息,2019年国内首条碳化硅智能功率模块(SiC IPM)生产线在厦门芯光润泽科技有限公司正式投产,其生产的碳化硅产品广泛应用于港口重机、家电、高铁、数据机房、新能源汽车充电桩等领域,可以为这些行业器件提供高端核心功率部件,大大提高国内市场供给率。

近些年来电力电子系统的发展对系统中的功率器件提出了更高的要求,硅(Si)基电力电子器件由于材料本身的限制已无法满足系统应用的要求。而新型半导体材料碳化硅(SiC)在诸多特性上远好于硅材料,使用碳化硅制备的MOSFET器件在导通电阻、开关时间、开关损耗和散热性能等方面,均有着替代现有IGBT的巨大潜力。在碳化硅MOSFET中,常使用结势垒肖特基二极管以节约系统面积,然而为使肖特基二极管拥有较好的续流能力,需要较大的肖特基接触区面积,从而导致MOSFET正常工作时有较大的泄漏电流,同时也增加了碳化硅MOSFET器件的元胞面积,增加了芯片制备成本。

在这种背景下,厦门芯光润泽公司于2019年2月14日提出一项名为“碳化硅MOSFET器件及其制备方法”的发明专利(申请号:201910116289.6),申请人为厦门芯光润泽科技有限公司。此专利提出的碳化硅MOSFET器件在提升器件续流能力的同时,还可防止肖特基接触区在器件工作于高压阻断模式时泄漏电流过大的问题。

图1 碳化硅MOSFET器件示意图

本专利提供的集成沟槽结势垒肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件的结构剖面如图1所示,自下而上包括漏电极(金属19),N+衬底11和N-外延层12。第一金属分别与P+区16、部分第一P-阱区14、部分N+区17形成良好的欧姆接触。另外,器件还包括金属19、栅介质层20、栅极21、隔离介质层22、第一P-阱区14、第二P-阱区15。与此同时,第二金属覆盖沟槽13表面以形成第二欧姆接触23,覆盖第一间隔上表面以形成肖特基接触24;第三金属25覆盖隔离介质层22、第一金属和第二金属。三种金属均作为源电极的一部分,第一欧姆接触为其中一部分源极欧姆接触,之后通过第三金属,使第一金属和第二金属连接。第一欧姆接触与第二欧姆接触23和肖特基接触24相连接,共同形成了相应MOS器件的源电极。

图2 碳化硅MOSFET制备方法过程图

此专利还提出了碳化硅MOSFET制备流程如图2所示。首先在N+衬底11上采用外延生长的方式形成N-外延层12,进而沉积形成第一掩模层,并通过光刻与ICP刻蚀工艺分别形成第一掩模图形与沟槽13。此后对沟槽和部分N-外延层表面进行Al离子注入,形成第一P-阱区和第二P-阱区,然后在第一P-阱区注入N离子和Al离子形成N+区17和P+区16。最后形成栅介质层20覆盖整个源区(包括部分N+区17上表面、部分第一P-阱区14上表面和部分N-外延层12)上表面,并在栅介质层20上表面形成栅极21,在栅极21的侧面和上表面形成隔离介质层22,完成整个制备过程。

图3 阻断伏安特性曲线对比分析

图3展示了专利提出的碳化硅MOSFET器件与现有碳化硅MOSFET器件的阻断伏安特性曲线对比图。从图中可以看出碳化硅MOSFET器件由于具有TJBS结构(沟槽结势垒肖特基二极管结构),器件泄漏电流得到了有效降低,从而能够降低了器件功耗。

以上就是芯光润泽公司提出的新型碳化硅MOSFET器件及其制备方法,在国际半导体市场持续保持高速增长而国内市场自给率不足的情况下,相信厦门芯光润泽科技能够通过技术创新找到我国芯片产业健康发展的突破口,成为中国半导体行业和企业的前进方向。

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(校对/holly)

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