[發(fā)明專利]具有低源極電阻的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280029903.1
• 申請(qǐng)日: 2012-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN103620749B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳世衡;D·C·克派爾;程林;S·德哈;C·喬納斯;A·阿嘎瓦爾;J·帕爾莫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 克里公司
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336;H01L29/06
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 金曉

美國(guó)政府利益的聲明

通過軍隊(duì)研究實(shí)驗(yàn)室授予的合同號(hào)DAAD19-01-C-0067，在政府支持下作出本發(fā)明。在本發(fā)明中，該政府具有特定的權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子器件及其制造方法。更加具體地，本發(fā)明涉及高功率絕緣柵晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

由于碳化硅(SiC)的高臨界場(chǎng)和寬帶隙，對(duì)于高速、高功率和/或高溫應(yīng)用，與硅上功率器件相比，期望利用SiC制作的功率器件顯示出較大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于能夠阻斷高壓的器件，例如超過大約5kV的電壓，可以期望具有雙極操作以通過由注入的少數(shù)載流子產(chǎn)生的電導(dǎo)率調(diào)制來降低漂移層電阻。然而，可能由于在單晶碳化硅中存在基面錯(cuò)位(BPD)，對(duì)于在碳化硅中的雙極器件的一個(gè)技術(shù)上的挑戰(zhàn)是正向電壓隨時(shí)間而衰減。因此，單極器件(例如SiC肖特基二極管和MOSFET)通常用于高功率應(yīng)用，例如，高達(dá)10kV或更高。

已經(jīng)制造了具有10kV阻斷能力的SiC DMOSFET器件，其具有大約100mΩ×cm²的特定導(dǎo)通電阻。由于它們的多數(shù)載流子的特性，DMOSFET器件可以顯示出非常快的開關(guān)速度，例如，小于100ns。然而，隨著期望的器件的阻斷電壓的增加，例如高達(dá)15kV或更高，由于相應(yīng)地增加了漂移層的厚度，MOSFET器件的導(dǎo)通電阻可以大大增加。由于體遷移率降低，這個(gè)問題在高溫時(shí)可能惡化，其可以導(dǎo)致過多的功率損耗。

隨著SiC晶體材料生長(zhǎng)的進(jìn)展，已經(jīng)開發(fā)出一些方法以減輕BPD相關(guān)的問題。例如，參考B.Hull，M.Das，J.Sumakeris，J.Richmond和S.Krishinaswami，“Drift-Free 10-kV，20-A 4H-SiC PiN Diodes”，Journal of Electrical Materials，Vol.34，No.4,2005。這些改進(jìn)能夠增強(qiáng)SiC雙極器件，例如晶閘管、GTO等等的改進(jìn)和/或潛在的應(yīng)用。即使晶閘管和/或GTO可以提供低的正向壓降，它們也可能需要大體積的整流電路以用于柵極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)。因此，可以期望SiC雙極器件具有柵極關(guān)斷能力。由于其較好的導(dǎo)通狀態(tài)特性、適當(dāng)?shù)拈_關(guān)速度和/或良好的安全操作區(qū)域(SOA)，4H-SiC絕緣柵雙極晶體管(IGBT)變得更加適合功率開關(guān)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括具有第一導(dǎo)電類型的漂移層，在該漂移層中具有與該第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)域，以及在該阱區(qū)域中的源極區(qū)域。該源極區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型并且在該阱區(qū)域中限定溝道區(qū)域。該源極區(qū)域包括鄰近該溝道區(qū)域的橫向源極區(qū)域，以及相反于所述溝道區(qū)域從所述橫向源極區(qū)域延伸離開的多個(gè)源極接觸區(qū)域。具有該第二導(dǎo)電類型的體接觸區(qū)域位于該多個(gè)源極接觸區(qū)域中的至少兩個(gè)之間，且與該阱區(qū)域接觸，并且源極歐姆接觸與該源極接觸區(qū)域和該體接觸區(qū)域接觸。

該體接觸區(qū)域可以包括在該源極接觸區(qū)域之間散布的多個(gè)體接觸區(qū)域。可以通過該橫向源極區(qū)域?qū)⒃摱鄠€(gè)體接觸區(qū)域與該溝道區(qū)域間隔開。

該源極歐姆接觸可以在源極接觸范圍中與該源極區(qū)域接觸，并且該源極歐姆接觸可以在以體接觸區(qū)域范圍中與該體接觸區(qū)域接觸。

在一些實(shí)施例中，該接觸區(qū)域范圍的最小尺寸p1與該阱區(qū)域的最小尺寸w1的比率可以大于0.2。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，該接觸區(qū)域范圍的最小尺寸p1與該阱區(qū)域的最小尺寸w1的比率可以大于大約0.3。

該漂移區(qū)域可以包括寬帶隙半導(dǎo)體材料，例如碳化硅。

該源極區(qū)域具有薄層電阻，且該源極歐姆接觸具有大于該源極區(qū)域的接觸電阻的75％的薄層電阻，并且在一些實(shí)施例中大于該源極區(qū)域的接觸電阻。

該器件可以具有超過1000伏特的反向阻斷電壓，以及大于200安培每平方厘米的電流密度。

附圖說明

附圖示出了本發(fā)明的特定實(shí)施例，包含的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，以及將其并入并且構(gòu)成了本申請(qǐng)的一部分。在圖中：

圖1是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(MOSFET)器件的電路圖。

圖2是示出了MOSFET器件的假設(shè)的導(dǎo)通狀態(tài)的電流-電壓特性的曲線圖。

圖3是示出了源極電阻對(duì)柵極電壓的影響的曲線圖。

圖4是傳統(tǒng)的功率MOSFET器件的單元的部分橫截面圖。

圖5和圖6是示出了傳統(tǒng)的功率MOSFET器件的布局的平面圖。

圖7和圖8是示出了根據(jù)一些實(shí)施例的功率MOSFET器件的布局的平面圖。