【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功率半导体，具体涉及一种抗单粒子栅穿的sic mosfet及制备方法。
技术介绍
1、沟槽型sic mosfet，具有击穿电压高、开关速度快、导通电阻低等优点，性能优于平面型sic mosfet，满足新型航天电源系统对高压功率器件的迫切需求。
2、太空中充满着大量高能带电粒子，这些高能带电粒子进入功率半导体器件内部时，可能会对其造成永久性损伤。根据大量地面加速器模拟试验，沟槽型sic mosfet普遍不耐受高能带电粒子辐射，在10％左右额定电压下即发生单粒子栅穿(segr)，造成器件永久性损伤。如果将未经过抗辐射加固的传统沟槽型sic mosfet直接应用在航天电源系统内，会严重威胁航天器的在轨寿命。
3、沟槽型sic mosfet对单粒子栅穿非常敏感和脆弱，这是因为高能带电粒子进入器件内部时，会碰撞电离产生大量电子、空穴对，空穴在强电场作用下快速积累在栅氧界面处，产生瞬时强电场。一旦瞬时强电场超过临界击穿电场值，栅氧就会破裂，泄漏电流通道随之形成。
4、沟槽型sic mosfet由于沟槽拐角的几何非对称性，在高能带电粒子入射时，会导致沟槽拐角栅氧的最大电场大于沟槽底部。如何抑制或缓解沟槽拐角和沟槽底部因空穴积累导致的栅氧瞬时强电场，是沟槽型sic mosfet抗单粒子栅穿加固设计的重点。
5、如图1所示为传统沟槽型sic mosfet结构的示意图，可作为本专利技术的对比器件，其包括：源极金属化层101、隔离氧102、栅氧103、多晶硅栅104、n+源区105、p-b
技术实现思路
1、本申请解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种抗单粒子栅穿的sicmosfet及制备方法，以解决在空间应用中由高能带电粒子辐射所造成的单粒子栅穿问题。
2、本申请提供的技术方案如下：
3、第一方面，提供了一种抗单粒子栅穿的sic mosfet及制备方法，包括：
4、n+衬底层；
5、漏极金属化层，位于所述n+衬底层的下表面；
6、n-漂移区，位于所述n+衬底层的上表面；
7、电流扩展区，位于所述部分n-漂移区的上表面；
8、第一p-base区，位于所述电流扩展区的上表面；
9、第一n+源区，位于所述第一p-base区的上表面；
10、栅极沟槽一侧与第一n+源区、第一p-base区、电流扩展区接触，栅氧位于栅极沟槽内底部与侧壁上；
11、多晶硅栅，位于栅氧的上表面，其顶部与n+源区的顶部平齐；
12、隔离氧，位于所述多晶硅栅、部分第一n+源区的上表面；
13、p-well区，位于所述部分n-漂移区的上表面，与电流扩展区接触；
14、第二n+源区，位于所述部分p-well区的上表面，将沟槽栅氧的底部、两个拐角、一个侧壁包围；
15、第二p-base区，位于部分第二n+源区、部分p-well区的上表面，与栅氧侧壁、电流扩展区接触；
16、源极金属化层，位于所述隔离氧、第一n+源区、部分第二n+源区、部分p-well区的上表面；
17、所述第二n+源区，被p-well区、第二p-base区屏蔽，与电流扩展区、n-漂移区隔离。
18、优选的，第一n+源区的材质为n型sic,掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为1×1019～1×1020cm-3，厚度为0.1μm～0.5μm，宽度为1μm～5μm。
19、优选的，第二n+源区的材质为n型sic,掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为1×1019～1×1020cm-3，厚度为1.0μm～4.0μm，宽度为0.8μm～3.0μm。
20、优选的，第一p-base区的材质为p型sic，掺杂元素为铝元素或硼元素，掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3，厚度为0.1μm～0.6μm，宽度为1.0μm～5.0μm。
21、优选的，第二p-base区的材质为p型sic，掺杂元素为铝元素或硼元素，掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3，厚度为0.1μm～0.6μm，宽度为0.4μm～1.5μm。
22、优选的，p-well区的材质为p型sic,掺杂元素为铝元素或硼元素，掺杂浓度为1×1018～5×1019cm-3，厚度为1.5μm～5.0μm，宽度为1.0μm～6.0μm。
23、优选的，电流扩展区的材质为n型sic,掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为1×1016～5×1017cm-3，厚度为1.0μm～4.0μm，宽度为0.8μm～3.0μm。
24、优选的，栅氧的材质为sio2、hfo2或al2o3，厚度为40nm～150nm。
25、优选的，隔离氧的材质为sio2、hfo2或al2o3，厚度为0.1μm～2.0μm。
26、优选的，多晶硅栅的材质为n型多晶硅，掺杂元素为磷元素，掺杂浓度为1×1019～1×1020cm-3，厚度为1.0μm～3.0μm，宽度为0.5μm～1.5μm。
27、优选的，n-漂移区的材质为n型sic,掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为1×1013～5×1016cm-3，厚度为5μm～50μm。
28、优选的，n+衬底层的材质为n型sic,掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为5×1018～1×1020cm-3，厚度为50μm～400μm。
29、第二方面，提供了一种抗单粒子栅穿的sic mosfet及制备方法的制备方法，所述制备方法包括但不限于以下步骤：
30、①在重掺杂的sic n+衬底层上外延生长一层n-漂移区；
31、②在n-漂移区上再外延生长一层高浓度的n型外延层；
32、③制作掩膜版，遮挡n型外延层的部分上表面，通过离子注入形成部分p-well区；
33、④在上一步骤的基础上，再外延生长一层相同浓度的n型外延层；
34、⑤制作不同的掩膜版，利用多次光刻和控制离子注入能量的方式，在新生长出的外延层上形成部分p-well区和第二n+源区；
35、⑥在上一步骤的基础上，再外延生长一层相同浓度的n型外延层，制作多套不同掩膜版，再利用多次光刻和控制离子注入能量的方式，在新生长出的外延层上形成部分p-well区、第二n+源区和第二p-base区；
36、⑦在上一步骤的基础上，再外延生长一层相同浓度的n型外延层，利用离子注入的方法在新生长出的外延层上形成剩余的p-well区、第二n+源区以及外延层的中间部位的第一n+源区和第一p-base区；
37、⑧通过干法刻蚀在上一步骤⑦所生长的外延层上表面刻蚀沟槽，栅极沟槽的一侧与第一n+源区、第一p-base区、电流扩展区、第二p-base区、第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于，包括多个并联的元胞，每个元胞包括：
2.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于，每个元胞还包括：第二P-base区(209)，位于第一凸起和第三凸起背离N-漂移区(211)的表面，第二P-base区(209)与栅氧(203)侧壁和电流扩展区(210)接触；第二P-base区(209)背离第一凸起的一侧依次为电流扩展区(210)、第一P-base区(206)和第一N+源区(205)；
3.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于：所述第一N+源区(205)的材质为N型SiC，掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为1×1019～1×1020cm-3，厚度为0.1μm～0.5μm，宽度为1μm～5μm；
4.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于：所述第一P-base区(206)的材质为P型SiC，掺杂元素为铝元素或硼元素，掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3，厚度为0.1μm～0.6μm，宽度为
5.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于：所述P-well区(208)的材质为P型SiC，掺杂元素为铝元素或硼元素，掺杂浓度为1×1018～5×1019cm-3，厚度为1.5μm～5.0μm，宽度为1.0μm～6.0μm。
6.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于：所述电流扩展区(210)的材质为N型SiC，掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为1×1016～5×1017cm-3，厚度为1.0μm～4.0μm，宽度为0.8μm～3.0μm。
7.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于：所述多晶硅栅(204)的材质为N型多晶硅，掺杂元素为磷元素，掺杂浓度为1×1019～1×1020cm-3，厚度为1.0μm～3.0μm，宽度为0.5μm～1.5μm。
8.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于：所述栅氧(203)的材质为SiO2、HfO2或Al2O3，厚度为40nm～150nm；隔离氧的材质为SiO2、HfO2或Al2O3，厚度为0.1μm～2.0μm。
9.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET，其特征在于：所述N-漂移区(211)的材质为N型SiC，掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为1×1013～5×1016cm-3，厚度为5μm～50μm；
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种抗单粒子栅穿的SiC MOSFET的制备方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种抗单粒子栅穿的sic mosfet，其特征在于，包括多个并联的元胞，每个元胞包括：
2.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的sic mosfet，其特征在于，每个元胞还包括：第二p-base区(209)，位于第一凸起和第三凸起背离n-漂移区(211)的表面，第二p-base区(209)与栅氧(203)侧壁和电流扩展区(210)接触；第二p-base区(209)背离第一凸起的一侧依次为电流扩展区(210)、第一p-base区(206)和第一n+源区(205)；
3.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的sic mosfet，其特征在于：所述第一n+源区(205)的材质为n型sic，掺杂元素为氮元素或磷元素，掺杂浓度为1×1019～1×1020cm-3，厚度为0.1μm～0.5μm，宽度为1μm～5μm；
4.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的sic mosfet，其特征在于：所述第一p-base区(206)的材质为p型sic，掺杂元素为铝元素或硼元素，掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3，厚度为0.1μm～0.6μm，宽度为1μm～5μm；
5.根据权利要求1所述的一种抗单粒子栅穿的sic mosfet，其特征在于：所述p-well区(208)的材质为p型sic，掺杂元素为铝元素或硼元素，掺杂浓度为1×1018～5×...
【专利技术属性】
技术研发人员：王立昊，方星宇，赵元富，王亮，董涛，毕潇，
申请(专利权)人：北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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