【嘉德點(diǎn)評】比亞迪公司深耕汽車電子領(lǐng)域中，并不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，在此項(xiàng)專利中提出了SiC MOSFET制備方法，增加了該電子設(shè)備的反應(yīng)速度以及使用壽命，同時(shí)應(yīng)用于旗下電動車，提升車輛使用性能。

集微網(wǎng)消息，前不久比亞迪公司宣布投入巨資布局第三代半導(dǎo)體材料SiC（碳化硅），并整合材料、單晶、外延、芯片、封裝等SiC基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，致力于降低SiC器件的制造成本，加快其在電動車領(lǐng)域的應(yīng)用。目前比亞迪公司已成功研發(fā)了SiC MOSFET，并期望之后應(yīng)用于旗下的電動車中，實(shí)現(xiàn)SiC基車用功率半導(dǎo)體對硅基IGBT的全面替代，將整車性能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提升10%。

在電子領(lǐng)域，MOSFET（場效應(yīng)晶體管）作為功率開關(guān)廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、放大器等電子設(shè)備中，同時(shí)也是硬件設(shè)備發(fā)熱和功率損耗的一大來源。隨著新式材料SiC的出現(xiàn)，由于其擊穿場強(qiáng)約為Si的10倍，同時(shí)具有高熱導(dǎo)率、抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，因此可廣泛應(yīng)用于大功率，高溫高頻半導(dǎo)體器件如MOSFET中。當(dāng)MOSFET應(yīng)用SiC材料后，其開關(guān)損耗可大幅降低，適用于更高的工作頻率，并大大增強(qiáng)高溫穩(wěn)定性，另一方面由于器件本身溝道密度低的特性，可以有效減小器件面積，增加芯片的集成度。然而基于溝槽型SiC的MOSFET普遍存在反型層遷移率低以及柵極氧化層使用壽命短的問題，一定程度限制了SiC的大規(guī)模使用。

針對這一缺陷，比亞迪公司早在2017年8月25日就提出一項(xiàng)名為“MOSFET及制備方法、電子設(shè)備、車輛”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01710743941.8），申請人為比亞迪股份有限公司。

此專利提出一種基于SiC形成的MOSFET及其制備方法，并應(yīng)用于電子設(shè)備和車輛中，可增加了該電子設(shè)備的反應(yīng)速度以及使用壽命，并提升車輛的使用性能。

圖1 MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖

此專利提出的MOSFET結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括襯底100、漂移層200、柵極氧化層300、柵極10、源極區(qū)400、接觸區(qū)500、阱區(qū)600以及漏極20。其中，漂移層200設(shè)置在襯底100的上方；漂移層200中設(shè)置有柵槽，柵極氧化層300設(shè)置在柵槽的底面以及側(cè)壁上，柵極10填充于柵槽中，且位于柵極氧化層300遠(yuǎn)離漂移層200的一側(cè)；源極區(qū)400以及接觸區(qū)500設(shè)置在漂移層200的頂部，并位于柵槽的一側(cè)，源極區(qū)400靠近柵槽設(shè)置；阱區(qū)600設(shè)置在漂移層200中，且位于源極區(qū)400以及接觸區(qū)500的下方；漏極20設(shè)置在襯底100的下方。由此結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以提高器件溝道遷移率，減小柵極氧化層的電場。

由于基于SiC的MOSFET中柵極氧化層/SiC界面存在大量界面陷阱，導(dǎo)致柵極氧化層與SiC界面之間有電流傳導(dǎo)，造成反型層遷移率低。此外，基于SiC的MOSFET的擊穿場強(qiáng)比基于Si的MOSFET的大十倍左右，所以在對器件施加大電壓時(shí)，對柵極氧化層施加的電場強(qiáng)度也將更大，因此，新式MOSFET開啟較慢且溝道遷移率較低，從而使得器件反型層遷移率較低。而當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，柵極10和漏極20之間會產(chǎn)生高的電壓差，并導(dǎo)致柵極氧化層300被破壞，進(jìn)而影響器件的性能和使用壽命。

在本發(fā)明中，以p型MOSFET為例，令阱區(qū)的一部分設(shè)置在柵槽的下方，從而可以將原本位于柵極氧化層以及漂移區(qū)之間的電場，轉(zhuǎn)移至阱區(qū)以及漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)的界面處，進(jìn)而可以降低柵極氧化層附近的電場強(qiáng)度，防止柵極氧化層被擊穿。同時(shí)，采用傾斜離子注入的方法，可以在柵槽的側(cè)壁兩側(cè)、底部同時(shí)形成分隔的阱區(qū)，使得柵槽以及阱區(qū)之間保留有部分n型溝道區(qū)，由此形成了溝道電子的積累層，提高了溝道遷移率。

圖2 MOSFET制備流程圖

MOSFET的制備方法如圖2所示。首先在襯底上通過外延生長形成漂移層，并在漂移層中通過刻蝕工藝設(shè)置柵槽，然后在漂移層中以傾斜離子注入的方式形成阱區(qū)，并在漂移層頂部設(shè)置源極區(qū)以及接觸區(qū)，緊接著在柵槽的底面以及側(cè)壁上形成柵極氧化層，最后在柵槽中設(shè)置柵極，在襯底下方設(shè)置漏極，形成最終的MOSFET器件。

隨著汽車日漸走向智能化、聯(lián)網(wǎng)化與電動化的趨勢，加上5G商用在即，SiC功率半導(dǎo)體市場的商業(yè)產(chǎn)值逐漸增加，但也面臨著諸多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。比亞迪公司深耕汽車電子領(lǐng)域中，并不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，在此項(xiàng)專利中提出了SiC MOSFET制備方法，增加了該電子設(shè)備的反應(yīng)速度以及使用壽命，同時(shí)應(yīng)用于旗下電動車，提升車輛使用性能。