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Structure et méthode de fabrication de l’umosfet
4/26/2024 7:33:34 PM
Domaines techniques
La présente invention concerne le domaine de la technologie des semi - conducteurs et en particulier une structure umosfet haute tension.
Technologie de fond
Le carbure de silicium semi - conducteur à large bande interdite (sic) est un matériau clé pour la recherche sur les dispositifs de haute puissance en raison de sa grande largeur de bande interdite, de sa conductivité thermique élevée, de son champ électrique de claquage critique élevé, de sa vitesse de saturation électronique élevée et de sa forte résistance aux radiations. Dans le même temps, en raison de la forte compatibilité des matériaux en carbure de silicium avec les processus de circuits intégrés en silicium, la difficulté de fabrication de la production est considérablement réduite. À l'heure actuelle, la recherche et la production de dispositifs de puissance en carbure de silicium ont été menées à l'étranger, et les avantages d'application des dispositifs de puissance en carbure de silicium dans les navires, les satellites, les armes, les communications, l'automobile, les applications militaires et civiles sont inégalés par certains dispositifs de puissance traditionnels.
4H - SiC peut être un matériau semi - conducteur candidat pour des applications dans des environnements spéciaux tels que les hautes fréquences, les hautes températures, la résistance aux radiations, les hautes tensions, les hautes puissances, etc., avec des avantages uniques, principalement exprimés dans les points suivants:
(1) grande largeur de bande interdite: la grande largeur de bande interdite est la principale raison pour laquelle les matériaux semi - conducteurs SiC sont devenus des matériaux préférés dans les environnements résistants aux hautes températures et aux radiations. La grande bande interdite rend la concentration en porteurs intrinsèques du matériau très faible et diminue également l'excitation intrinsèque des porteurs internes du semi - conducteur. En théorie, les matériaux semi - conducteurs SiC peuvent fonctionner normalement jusqu'à 1000 ° c. même dans des environnements spéciaux tels que des températures élevées et des radiations élevées, le dispositif n'a pas beaucoup de porteurs intrinsèques, ce qui peut réduire l'impact des porteurs intrinsèques sur les caractéristiques du dispositif et rendre le fonctionnement du dispositif plus stable.
(2) vitesse de saturation électronique élevée: dans l'environnement d'application à haute fréquence, la fréquence caractéristique du dispositif est inversement proportionnelle au temps de transit électronique, et la vitesse de saturation électronique est directement liée aux caractéristiques de fréquence du dispositif à haute fréquence. Il ressort du tableau ci - dessus que la vitesse de dérive de saturation électronique du SIC est de 2,0 x 107 CM / s, soit le double de celle du matériau si. Une telle vitesse de saturation électronique élevée rend les dispositifs à base de SiC largement utilisés dans les environnements de dispositifs électroniques à haute vitesse et de dispositifs à haute fréquence.
(3) Champ électrique de claquage critique élevé: le champ électrique de claquage critique est un paramètre très important qui affecte la résistance à la tension des dispositifs semi - conducteurs de puissance. Le champ électrique critique de claquage des matériaux semi - conducteurs SiC est relativement important, de l'ordre de 3 MV / CM, soit 8 à 10 fois plus que celui des matériaux GaAs et si. Dans les mêmes conditions de tension, par rapport aux caractéristiques de résistance de conduction des dispositifs à base de silicium, les caractéristiques de résistance des dispositifs à base de SiC sont seulement 1 \ 200 ~ 1 \ 100 de la résistance de conduction des dispositifs à base de silicium, les pertes de conduction du dispositif seront considérablement réduites. De même, la tension de claquage d'un dispositif à base de SiC est 10 à 20 fois supérieure à celle d'un dispositif à base de si pour les mêmes caractéristiques de résistance de conduction.
(4) conductivité thermique élevée: la conductivité thermique élevée permet aux dispositifs de puissance à base de SiC d'être largement utilisés dans des environnements à haute température et à haute puissance est un autre facteur très important. Une conductivité thermique élevée signifie qu'il a une efficacité de dissipation thermique élevée, favorisant la dissipation rapide de la chaleur produite par le dispositif de puissance en état de fonctionnement, de sorte que le dispositif ne tombe pas en panne en raison d'une température trop élevée.
Le brevet chinois cn111799333a divulgue une structure umosfet à zones de modulation de champ électrique comprenant un substrat n +, une zone de dérive N, une couche d'étalement de courant et une zone de corps P disposés successivement de bas en haut. La région du corps P est pourvue d'une région de source n + et d'une région de source p +. Il comprend en outre une tranchée traversant la région de source n +, la région de corps P et la couche d'étalement de courant, et le fond de la tranchée est situé dans la région de dérive n; Une couche de blindage p + est disposée sous la tranchée, la paroi interne de la tranchée étant pourvue d'un film d'oxyde de grille muni d'une grille; La zone de modulation de champ électrique est disposée sous la zone de corps P, la zone de modulation de champ électrique traversant la couche d'étalement de courant, le fond de la zone de modulation de champ électrique étant situé dans la zone de dérive n; Il existe un jeu entre la zone de modulation de champ et la rainure; La zone de modulation de champ électrique comprend une zone de type N noyée dans une zone de type p. L'inconvénient de ce brevet est qu'il ne résout pas le problème d'un champ électrique d'oxygène trop important sur le réseau électrique et qu'il ne garantit pas au maximum la fiabilité à long terme de l'appareil.
Contenu de l'invention
Le but principal de l'invention est de fournir une structure umosfet utilisant un matériau semi - conducteur 4H - SiC haute tension pour résoudre les problèmes de défaillance du dispositif et de résistance à la conduction excessive dus à un champ électrique d'oxygène de grille élevé qui existent dans la présente technique, tout en permettant également d'augmenter la tension de claquage du dispositif, d'améliorer la stabilité du dispositif, L'objectif d'optimiser les performances du dispositif est ainsi atteint. Ceci permet une meilleure application dans les dispositifs semi - conducteurs de forte puissance.
Pour atteindre les objectifs ci - dessus, l'invention propose la solution suivante: l'invention propose une structure umosfet utilisant un matériau semi - conducteur 4H - SiC haute tension, caractérisée en ce qu'elle comprend un drain, un substrat n +, une première zone de n - dérive, une couche tampon alternative P / N, une deuxième zone de n - dérive et des tranchées disposées successivement de bas en bas; La paroi interne de la tranchée est munie d'un film d'oxyde de grille muni d'une grille et de part et d'autre de la grille d'une région de source n +, d'une région de corps P, d'une région de source p +, la surface de la région de source n +, de la région de source p + étant munie d'une région de source p +, la tranchée traversant la région de source n +, la région de corps P, Le fond de la rainure est situé dans la deuxième zone de n - fissure; Une jonction de grille étagée PN constituée de silicium polycristallin de type P et de silicium polycristallin de type N recouverte d'un film d'oxyde de grille, disposée sous la grille; Les couches tampons alternées P / N sont constituées de silicium polycristallin de type P et de silicium polycristallin de type N disposés alternativement dans l'ordre; Un revêtement dopé de type n est disposé entre le sillon et une couche tampon alternative P / N, une zone de protection d'oxygène de grille p + est disposée à l'intérieur de la couche dopée de type N et la zone de protection d'oxygène de grille p + est en contact avec le film d'oxyde de grille au fond du sillon.
De préférence, la profondeur de pénétration de la protection en oxygène de grille p + ne dépasse pas la profondeur inférieure de l'encapsulation dopée de type n.
La profondeur des fentes de grille est de préférence supérieure à 2 µm.
De préférence, la concentration en dopage de zone P dans la couche tampon P / n est de 3x10.
De préférence, l'épaisseur de la couche tampon P / n est supérieure à 0,8 µm.
De préférence, la distance entre la couche tampon P / N et le fond du réservoir est comprise entre 1,0 et 1,5 µm.
2024-05-22
