[發(fā)明專利]一種具有相同柵源摻雜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管、元胞結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010725690.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN111933698A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃興;陳欣璐;陳然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 派恩杰半導(dǎo)體（杭州）有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/423
• 分類號(hào): H01L29/423;H01L29/06;H01L29/08;H01L29/808
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 董世博

本發(fā)明公開了一種具有相同柵源摻雜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管、元胞結(jié)構(gòu)，其中元胞結(jié)構(gòu)包括：碳化硅襯底，該碳化硅襯底材料的摻雜類型為第一導(dǎo)電類型，在碳化硅襯底的正面和背面分別設(shè)有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層和第一電極；在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層上依次設(shè)置有第二導(dǎo)電類型懸浮區(qū)、第一導(dǎo)電類型柵極注入?yún)^(qū)、第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)，柵極注入?yún)^(qū)上設(shè)置有柵極，源極注入?yún)^(qū)上設(shè)置有源極，柵極注入?yún)^(qū)和源極注入?yún)^(qū)之間設(shè)置有極間介質(zhì)，所述極間介質(zhì)用于對(duì)柵極和源極進(jìn)行隔離，其中所述第二導(dǎo)電類型懸浮區(qū)與第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)的接觸部與第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)相同，且都設(shè)置為具有終端尖角。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有相同柵源摻雜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管、元胞結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著材料技術(shù)的發(fā)展與成熟，SiC材料的寬禁帶特性使其具有更高的溫度特性和耐壓特性，可以突破Si基器件的限制。由于SiC/SiO₂界面的性能和可靠性仍需要進(jìn)一步的提高，SiC結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Junction Field Effect Transistor，JFET)器件結(jié)構(gòu)受到了廣泛的關(guān)注。SiC JFET除了避免SiC/SiO₂界面缺陷帶來的問題，更容易減小元胞尺寸帶來更低的導(dǎo)通電阻。由于SiO₂在高溫下會(huì)激發(fā)更多的界面態(tài)，因此SiC JFET器件可以最大限度的發(fā)掘SiC材料在高溫高壓特性。

傳統(tǒng)的SiC JFET通過PN結(jié)控制，載流子從器件的源極流出后，經(jīng)過一個(gè)狹長(zhǎng)的溝道區(qū)域，流入器件漂移區(qū)，并最終被器件漏極收集。器件溝道由位于柵極和源極間的兩個(gè)PN結(jié)控制，從而控制器件的關(guān)斷和開啟。但傳統(tǒng)JFET的P型柵極在器件應(yīng)用層面帶來了很多不利影響：首先，在器件導(dǎo)通時(shí)，為了避免PN結(jié)開通，器件柵極偏壓Vgs不能超過PN結(jié)正向開啟電壓V_F0(以碳化硅為例，V_F0＝2.6V,即VgsV_F0)；同時(shí)，若器件為常開型，在柵級(jí)零偏壓導(dǎo)通時(shí)，P型柵極與N型溝道之間形成的內(nèi)建電勢(shì)(下稱“柵極內(nèi)建電勢(shì)”)使溝道有一定程度的耗盡，導(dǎo)致溝道電阻較高；在器件處于大電流(臨近飽和區(qū))工作時(shí)，柵極內(nèi)建電勢(shì)導(dǎo)致溝道過早進(jìn)入夾斷狀態(tài)，導(dǎo)致電流過早飽和，并使得該工作時(shí)的導(dǎo)通損耗過高。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上存在的技術(shù)問題，本發(fā)明用于提供一種具有相同柵源摻雜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管、元胞結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明第一方面提供一種具有相同柵源摻雜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管元胞結(jié)構(gòu)，包括：

碳化硅襯底，該碳化硅襯底材料的摻雜類型為第一導(dǎo)電類型，

在碳化硅襯底的正面和背面分別設(shè)有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層和第一電極；

在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層上依次設(shè)置有第二導(dǎo)電類型懸浮區(qū)、第一導(dǎo)電類型柵極注入?yún)^(qū)、第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)，柵極注入?yún)^(qū)上設(shè)置有柵極，源極注入?yún)^(qū)上設(shè)置有源極，柵極注入?yún)^(qū)和源極注入?yún)^(qū)之間設(shè)置有極間介質(zhì)，所述極間介質(zhì)用于對(duì)柵極和源極進(jìn)行隔離，其中所述第二導(dǎo)電類型懸浮區(qū)與第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)的接觸部與第一導(dǎo)電類型源極注入?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)相同，且都設(shè)置為具有終端尖角。

優(yōu)選地，所述終端尖角為0到180度。

優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體外延層厚度為5～250um，摻雜濃度為1×10¹⁴cm^-3-5×10¹⁸cm^-3。

優(yōu)選地，元胞一側(cè)的柵極注入?yún)^(qū)與柵極連接，元胞另一側(cè)的柵極注入?yún)^(qū)和源極注入?yún)^(qū)共同連到源極。

優(yōu)選地，第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型的摻雜為1×10¹⁴cm^-3-2×10²¹cm^-3的均勻或非均勻摻雜。