[發(fā)明專利]一種高擊穿電壓的N型縱向碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310365077.4
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN103400860A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉鋒;黃宇;顧春德;張春偉;劉斯揚(yáng);錢欽松;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及高壓功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體的說，是一種具有高擊穿電壓的N型縱向碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管，適用于航天、航空、石油勘探、核能等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硅材料是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率高、電子飽和漂移速度高、電子遷移率高、熱導(dǎo)率高、抗輻射能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，以及與硅集成電路工藝兼容等特點(diǎn)，成為制造高溫、高頻、大功率、抗輻射、不揮發(fā)存儲(chǔ)器件及光電集成器件的優(yōu)選材料。目前以美國為代表的發(fā)達(dá)國家以及基本解決了碳化硅單晶生長和同質(zhì)外延薄膜，并開發(fā)出一系列高溫、高頻、大功率微電子器件，以Cree為代表的一批公司已經(jīng)開始提供碳化硅器件的商業(yè)產(chǎn)品。

功率金屬氧化物半導(dǎo)體管是一種理想的開關(guān)器件和線性放大器件，它具有開關(guān)速度高、保真度高、頻率響應(yīng)好、熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在功率器件中占有極為重要的地位。在傳統(tǒng)的硅基金屬氧化物半導(dǎo)體管中，其電流傳輸能力受限于降低導(dǎo)通電阻和提高擊穿電壓這一矛盾關(guān)系上，為獲得高的擊穿電壓必須采用高電阻率的漂移區(qū)，因此限制了其在高壓電路領(lǐng)域的應(yīng)用。由于碳化硅材料有較大的臨界擊穿電場，對于給定的擊穿電壓，選取薄的重?fù)诫s漂移區(qū)，碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管的導(dǎo)通電阻至少比硅基的金屬氧化物半導(dǎo)體管小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，特別是對高擊穿電壓，碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管更有優(yōu)越性。

縱向碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管具有垂直于芯片表面的導(dǎo)電路徑，它溝道短，截面積大，具有較高的通流能力和耐壓能力，因此縱向碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管在大功率應(yīng)用方面具有良好的性能。但是實(shí)際中縱向碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管的擊穿電壓比理論上要小，一方面是由于P型基區(qū)在拐角處是球面的形狀，當(dāng)處于截止態(tài)時(shí)，球面處的電場線很密，導(dǎo)致P型基區(qū)球面處的電場很強(qiáng)，還有一方面是由于每個(gè)P型基區(qū)與相鄰對角處的P型基區(qū)的距離較遠(yuǎn)，當(dāng)處于截止態(tài)時(shí)，即使漏壓較大N型漂移區(qū)中的耗盡層都無法完全連在一起，因此沒有將柵氧和P型基區(qū)屏蔽于高電場之外，導(dǎo)致器件提前發(fā)生擊穿。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種能夠有效提高擊穿電壓的N型縱向碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種高擊穿電壓的N型縱向碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括：N型襯底，在N型襯底的一面上連接有漏極金屬，在N型襯底的另一面上設(shè)有N型漂移區(qū)，其特征在于，在N型漂移區(qū)上設(shè)有P型基區(qū)層，在P型基區(qū)層設(shè)有按照陣列分布的N型源區(qū)和P型體接觸區(qū)，在每對相鄰的N型源區(qū)之間設(shè)有由N型漂移區(qū)形成的N型漂移區(qū)突起，N型漂移區(qū)突起的邊界延伸進(jìn)入相應(yīng)的擊穿電壓提高區(qū)域，所述擊穿電壓提高區(qū)域是由相鄰四個(gè)N型漂移區(qū)突起的內(nèi)側(cè)邊界延長線構(gòu)成的矩形區(qū)域，在N型漂移區(qū)突起區(qū)域上設(shè)有柵氧化層，并且，柵氧化層的各個(gè)邊界分別向外延伸并止于N型源區(qū)的邊界，在柵氧化層上設(shè)有多晶硅柵，在多晶硅柵及N型源區(qū)上設(shè)有場氧化層，在N型源區(qū)及P型體接觸區(qū)連接有源極金屬，在多晶硅柵的表面連接有柵極金屬。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)、一般結(jié)構(gòu)中的P型基區(qū)3是一個(gè)個(gè)分立的P型阱，所以在每個(gè)P型阱的四個(gè)拐角處都有球面，截止態(tài)時(shí)P型阱的球面拐角處的電場線比較集中，導(dǎo)致P型阱球面處的電場比P型阱其他區(qū)域的電場要強(qiáng)，造成截止態(tài)時(shí)器件將首先在P型阱的球面拐角處發(fā)生局部擊穿，導(dǎo)致?lián)舸╇妷翰桓撸景l(fā)明器件引入了P型基區(qū)層3，所述P型基區(qū)層3相對于一般器件的P型基區(qū)3多出了圖7所示的陰影區(qū)域，該區(qū)域直接消除了一般器件中分立P型阱的球面拐角，從而有效地防止了截止態(tài)時(shí)器件球面處的局部擊穿，而且該區(qū)域還使得P型基區(qū)層3之間不存在距離較長的區(qū)域，因此在截止態(tài)時(shí)N型漂移區(qū)突起12中的耗盡層在漏壓不大的情況下就完全連接在了一起，從而將柵氧化層7以及P型基區(qū)層3屏蔽于高電場之外，進(jìn)而提高了器件整體的擊穿電壓，圖8顯示了本發(fā)明器件與相同面積的一般結(jié)構(gòu)的N型縱向碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體管在截止態(tài)時(shí)的漏極電流電壓關(guān)系比較圖，從圖中可以看出本發(fā)明器件的擊穿電壓有了很大的提高。