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1、SiC MOSFET在高功率、高速以及高溫條件下的應(yīng)用具有極大的潛能。近幾年,隨著材料生長(zhǎng)以及工藝技術(shù)的不斷發(fā)展,SiC MOSFET得到了快速發(fā)展。與VDMOSFET相比,溝槽MOSFET(UMOSFET)因不存在JFET區(qū)使其導(dǎo)通電阻更小。但是,UMOSFET結(jié)構(gòu)自身存在一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題,即溝槽柵氧化層拐角處電場(chǎng)比較集中,使得柵氧化層容易發(fā)生提前擊穿。SiC浮結(jié)UMOSFET可以通過(guò)調(diào)節(jié)漂移層電場(chǎng)分布來(lái)緩解柵氧化層介質(zhì)的電場(chǎng)峰值,提
2、高器件擊穿電壓。仿真結(jié)果顯示,浮結(jié)UMOSFET器件的柵氧化層保護(hù)與高擊穿電壓之間存在折中關(guān)系。浮結(jié)摻雜濃度越高,柵氧化層拐角電場(chǎng)峰值越小,越不容易發(fā)生柵介質(zhì)的提前擊穿。但浮結(jié)的濃度過(guò)高,又會(huì)導(dǎo)致浮結(jié)與下漂移區(qū)之間PN結(jié)的電場(chǎng)集中,使得雪崩擊穿提早發(fā)生。當(dāng)選擇合適的浮結(jié)摻雜濃度時(shí),器件擊穿幾乎同時(shí)發(fā)生在柵氧化拐角以及浮結(jié)與下漂移層形成的PN結(jié)處,此時(shí)器件的擊穿電壓最大。但是在實(shí)際工藝中,并不能精確控制浮結(jié)的摻雜濃度,因此需要增加浮結(jié)摻雜
3、濃度來(lái)保護(hù)柵氧化層,但與此同時(shí)器件擊穿電壓有所降低。
本文提出了非均勻摻雜浮結(jié)UMOSFET,其特點(diǎn)在于浮結(jié)上部分摻雜濃度高于下部分摻雜濃度。上部分摻雜濃度高用于保護(hù)柵氧化層,降低下部分摻雜濃度用于緩解浮結(jié)與下漂移區(qū)之間的電場(chǎng)集中。首先,本文對(duì)雙區(qū)浮結(jié) UMOSFET器件的正向和阻斷特性進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明,對(duì)浮結(jié)采用非均勻摻雜器件的特征導(dǎo)通電阻基本不變。在阻斷特性方面,當(dāng)浮結(jié)總電荷量高于一定值時(shí),改變浮結(jié)上下兩部分摻雜濃
4、度,柵氧化層均可以得到保護(hù),擊穿電壓的大小與摻雜濃度分布密切相關(guān),當(dāng)浮結(jié)上下兩部分摻雜濃度為漸進(jìn)變化時(shí),器件擊穿電壓較大。
在雙區(qū)浮結(jié)分析的基礎(chǔ)上,本文給出了高斯摻雜浮結(jié)的工藝設(shè)計(jì)。在相同浮結(jié)摻雜面密度條件下,高斯摻雜浮結(jié)UMOSFET擊穿電壓為1644V,且擊穿發(fā)生于體內(nèi)。高斯摻雜浮結(jié)的擊穿電壓相比均勻摻雜提高了18.8%。最后,在浮結(jié)總電荷量相同條件下,本文對(duì)高斯摻雜和均勻摻雜浮結(jié) UMOSFET的柵電荷以及開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行動(dòng)
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