【嘉德點評】比亞迪公司深耕汽車電子領域中，并不斷實現(xiàn)技術創(chuàng)新，在此項專利中提出了SiC MOSFET制備方法，增加了該電子設備的反應速度以及使用壽命，同時應用于旗下電動車，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，加快其在電動車領域的應用。目前比亞迪公司已成功研發(fā)了SiC MOSFET，并期望之后應用于旗下的電動車中，實現(xiàn)SiC基車用功率半導體對硅基IGBT的全面替代，將整車性能在現(xiàn)有基礎上提升10%。

在電子領域，MOSFET（場效應晶體管）作為功率開關廣泛應用于開關電源、放大器等電子設備中，同時也是硬件設備發(fā)熱和功率損耗的一大來源。隨著新式材料SiC的出現(xiàn)，由于其擊穿場強約為Si的10倍，同時具有高熱導率、抗輻射等優(yōu)點，因此可廣泛應用于大功率，高溫高頻半導體器件如MOSFET中。當MOSFET應用SiC材料后，其開關損耗可大幅降低，適用于更高的工作頻率，并大大增強高溫穩(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日就提出一項名為“MOSFET及制備方法、電子設備、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，并應用于電子設備和車輛中，可增加了該電子設備的反應速度以及使用壽命，并提升車輛的使用性能。

圖1 MOSFET結構示意圖

此專利提出的MOSFET結構如圖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設置在襯底100的上方；漂移層200中設置有柵槽，柵極氧化層300設置在柵槽的底面以及側壁上，柵極10填充于柵槽中，且位于柵極氧化層300遠離漂移層200的一側；源極區(qū)400以及接觸區(qū)500設置在漂移層200的頂部，并位于柵槽的一側，源極區(qū)400靠近柵槽設置；阱區(qū)600設置在漂移層200中，且位于源極區(qū)400以及接觸區(qū)500的下方；漏極20設置在襯底100的下方。由此結構進行分析，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，導致柵極氧化層與SiC界面之間有電流傳導，造成反型層遷移率低。此外，基于SiC的MOSFET的擊穿場強比基于Si的MOSFET的大十倍左右，所以在對器件施加大電壓時，對柵極氧化層施加的電場強度也將更大，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MOSFET關斷時，柵極10和漏極20之間會產(chǎn)生高的電壓差，并導致柵極氧化層300被破壞，進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，轉移至阱區(qū)以及漂移區(qū)之間形成的PN結的界面處，進而可以降低柵極氧化層附近的電場強度，防止柵極氧化層被擊穿。同時，采用傾斜離子注入的方法，可以在柵槽的側壁兩側、底部同時形成分隔的阱區(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)，并在漂移層頂部設置源極區(qū)以及接觸區(qū)，緊接著在柵槽的底面以及側壁上形成柵極氧化層，最后在柵槽中設置柵極，在襯底下方設置漏極，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功率半導體市場的商業(yè)產(chǎn)值逐漸增加，但也面臨著諸多技術上的挑戰(zhàn)。比亞迪公司深耕汽車電子領域中，并不斷實現(xiàn)技術創(chuàng)新，在此項專利中提出了SiC MOSFET制備方法，增加了該電子設備的反應速度以及使用壽命，同時應用于旗下電動車，提升車輛使用性能。