[發明專利]高溫應用碳化硅場效應晶體管及其使用和制造方法

無效

• 申請號: 00806545.4
• 申請日: 2000-04-20
• 公開（公告）號: CN1347570A
• 公開（公告）日: 2002-05-01
• 發明（設計）人: 安德瑞·康斯坦特諾夫;克里斯托弗·哈里斯;蘇珊·薩維奇
• 申請（專利權）人: 阿克里奧股份公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/24;H01L21/336
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王永剛

本發明涉及用于高溫應用的SiC場效應晶體管、這種晶體管的使用及其制造方法，其中該場效應晶體管具有源區層、漏區層、在源區層和漏區層之間傳導電流的輕摻雜溝道區層、設置成通過改變所施加的電壓來控制溝道區層傳導特性的柵極、和設置有柵極的前表面。

SiC有很多特性使它非常適合于作為在極端條件下工作的半導體器件中的材料。它的寬帶隙和高的熱穩定性，使它理論上可用于SiC半導體器件以在高達1000K的溫度下很好地工作。然而，器件結構中的某些機理使無故障工作的最高可能溫度限制到很低的水平。

前言中定義的和已經公知的SiC場效應晶體管由于電荷注入機理而不能在更高溫度下工作。在柵極和SiC的外延層之間存在絕緣層的情況下，SiC導帶邊緣和絕緣材料(普通二氧化硅)導帶邊緣之間的電子能量勢壘與例如硅相比很小。這樣，用在SiC中經受的高電場耦合，增加了由于從SiC向絕緣層的電荷注入引起的絕緣層被擊穿的機會。這個效果由于勢壘降低而將隨著溫度而增加，并且能在比預期低的溫度下發生故障。

已經預先提到的在較高溫度出現故障的另一個機理是與周圍氣氛中的氣體的接觸金屬化的反應和由此產生的退化。

SiC場效應晶體管的一個可能應用是作為氣體傳感器，例如在來自機動車內燃機的汽缸的排放氣體流中用于檢測所通過的排放氣體的成分。已經公知的這種傳感器只能無故障地承受較低的溫度和必須在排放氣體已經充分冷卻的系統中的位置遠離汽缸放置，導致了很長的響應時間，并且因為傳感器只能檢測汽缸的輸出接合處，因此不能調節各個汽缸。作為材料SiC有能使場效應晶體管放在附近以便足以關于其固有熱穩定性單獨監視每個分開的汽缸的潛力。這將提供更快的響應時間和機會以在它發動不起來時單獨調節每個汽缸。這將導致汽油損耗減少和產生更潔凈的排放氣體，由此產生一種更有利于環境的系統。應當指出盡管它很適合應用于承受很高溫度的場效應晶體管，但是本發明根本不限制在這一特定的應用領域。

發明概要

本發明的目的是提供SiC場效應晶體管，與已經公知的晶體管相比，它在相當高的溫度下可穩定工作并且可構成為有利的氣體傳感器，而且還發現了其它可能的應用。

根據本發明這個目的是通過以下方式實現的：設置與所述前表面垂直分開的源區層、漏區層和溝道區層，用于在晶體管工作時減小所述表面上的電場。

有源的源、漏和溝道區與前表面分開減小了所述前表面附近的電場。這意味著在絕緣層存在于前表面上時減少了向所述絕緣層的上述電荷注入并且絕緣層可以承受比以前更高的溫度，實際上高達800℃。

而且，由于其有源區與表面分開，因此晶體管工作時對表面效應的靈敏度將減小。

有源區與前表面分開還允許柵極放置在整個有源區上，源和漏在一段距離接觸，因此當用做氣體傳感器時，除了催化柵極之外，所有電極被封裝保護而不暴露于氣氛，因此延長了使用壽命。

另一個優點是通過以下方式獲得的：從表面去掉有源區，即，使用不連續的柵極并且器件仍然工作。這是非常重要的特征，因為柵金屬層可能隨著時間而變得不連續，但是這里對于其它類型的器件來說它仍然工作和不出故障。這也構成了本發明的優選實施例。

根據本發明的另一個優選實施例，晶體管包括使源區層和漏區層與所述前表面分開的第一SiC層，并且它根據與源區層和漏區層相同的第一導電類型輕摻雜。這種輕摻雜層可用于通過柵壓有效控制溝道區層的傳導特性，并且它為常斷和常通器件即器件分別工作在增強模式和耗盡模式提供了必需的特征。所述第一層的摻雜濃度低于10¹⁶cm^-3，優選低于2×10¹⁵cm^-3。

根據本發明的另一個優選實施例，源區層和漏區層都被掩埋在SiC的外延層中并橫向分開用于形成橫向即水平場效應晶體管。這種橫向晶體管將具有有利的功能，在這種晶體管的叉指結構中，它將可以掩埋橫向交替的條形源區層和漏區層。

根據本發明的又一個優選實施例，根據與第一導電類型相反的第二導電類型輕摻雜的第二SiC層設置在源區層和漏區層下面，用于影響設置在其上的溝道區層。利用這種方式第二層和柵極從相反方向影響溝道區層，由此可能在源區層和漏區層之間出現傳導溝道，因而可獲得很靈敏的晶體管。

根據本發明的再一優選實施例，源區層和漏區層之一掩埋在SiC的外延層中，而另一個設置在與所述前表面相反的晶體管背面，用于垂直分開源區層和漏區層，以便形成垂直場效應晶體管。這種垂直晶體管在某些應用中是特別有利的。