【技术实现步骤摘要】
本专利技术是1997年7月10日提交的美国专利申请08/891,221的继续申请,该申请涉及1997年6月12日提交的、题为免闭锁功率UMOS-双极型晶体管(LMBT)的美国临时专利申请60/049,423,并具有优先权。本专利技术涉及半导体器件,特别是制作在碳化硅中的器件。本专利技术具体涉及制作在碳化硅中的功率晶体管。硅双极型晶体管是在电机驱动电路、设备控制、机器人和灯光镇流器等高功率应用中使用的器件。这是因为双极型晶体管可以在200至50A/cm2的范围内控制较大的电流密度,并能够在500-2500V的范围内承受较高的截止电压。尽管双极型晶体管具有诱人的额定功率,但是对于所有的高功率应用它们还存在几个主要缺点。双极型晶体管是电流控制器件,它需要较大的基极控制电流,通常为集电极电流的1/5到1/10,来维持晶体管的导通状态。对于需要高速关断的应用需要比例更高的基极电流。因为需要大基极电流,控制导通和关断的基极驱动电路相对地复杂昂贵。如果同时向器件施加高电流和高电压,如同感性功率电路应用通常所需的那样,那么双极型晶体管还容易过早击穿。此外,因为单个晶体管的电流分流通常在高温下进行,双极型晶体管并联工作相对较困难,需要发射极镇流电路。这种电流分流通常源于双极型器件上的导通压降的下降和工作温度的升高。硅功率MOSFET用于解决这种基极驱动问题。在功率MOSFET中,在施加适当的栅极偏压时,栅极电极将提供导通和关断控制。例如,当导电n型反型层响应正栅极偏压的施加而在p型沟道区中形成时,n型增强MOSFET导通。反型层电连接到n型源极区和漏极区,并允许多数载 ...
【技术保护点】
一种MOS双极型晶体管,包括: 在单晶体材料n型碳化硅衬底上的碳化硅npn双极型晶体管,具有n型漂移层和p型基极层; 在上述p型基极层中的碳化硅nMOSFET,包括间隔开的n型源极和漏极区,同时栅极区在它们之间并邻近上述的npn双极型晶体管,以便当上述双极型晶体管在导电状态时为上述npn双极型晶体管提供基极电流;和 用于把在上述源极和漏极之间的电子流转换成空穴电流并注入上述p型基极层中的装置。
【技术特征摘要】
US 1997-7-10 08/891,221;US 1998-5-21 09/082,554;US1.一种MOS双极型晶体管,包括在单晶体材料n型碳化硅衬底上的碳化硅npn双极型晶体管,具有n型漂移层和p型基极层;在上述p型基极层中的碳化硅nMOSFET,包括间隔开的n型源极和漏极区,同时栅极区在它们之间并邻近上述的npn双极型晶体管,以便当上述双极型晶体管在导电状态时为上述npn双极型晶体管提供基极电流;和用于把在上述源极和漏极之间的电子流转换成空穴电流并注入上述p型基极层中的装置。2.一种依照权利要求1的MOS双极型晶体管,其中上述用于转换的装置包括在nMOSFET和npn双极型晶体管之间在p型基极层中的碳化硅隧道二极管,以便把通过上述nMOSFET的电子流转换为空穴流注入npn双极型晶体管的基极层。3.一种依照权利要求2的MOS双极型晶体管,其中上述隧道二极管包括具有高于邻近n型导电源极区的p型基极层载流子浓度的p型导电碳化硅区,以便在上述源极区和p型导电区之间提供导电p-n隧道结。4.一种依照前面任一权利要求的MOS双极型晶体管,其中上述碳化硅nMOSFET包括具有邻近npn双极型晶体管的栅极槽和源极区的UMOSFET,以便为上述用于转换的装置提供电子,其中上述npn双极型晶体管包括垂直的npn双极型晶体管。5.一种依照权利要求1的MOS双极型晶体管,其中上述p型基极层在上述n型漂移层上形成了台面。6.一种依照权利要求5的MOS双极型晶体管,其中上述台面的侧壁包括台阶部分,其中上述用于转换的装置包括在上述台阶部分的p型基极层中的p型导电碳化硅区,其具有高于p型基极层的载流子浓度;和用于电连接上述nMOSFET的n型源极区到p型导电碳化硅区的导电带。7.一种依照权利要求5或6的MOS双极型晶体管,其中上述台面有倾斜的侧壁,侧壁的斜度提供了与上述减少场聚集效应的装置相关的预定掺杂截面分布。8.一种依照前面任一权利要求的MOS双极型晶体管,其中上述nMOSFET是集聚模式nMOSFET。9.一种依照前面任一权利要求的MOS双极型晶体管,进一步包括用于减少与上述nMOSFET的绝缘层相关的场聚集效应的装置。10.一种依照前面权利要求的MOS双极型晶体管,其中用于转换的装置包括在上述p型基极层中的p型导电碳化硅区,具有高于p型基极层的载流子浓度;和用于电连接上述nMOSFET的n型源极区到p型导电碳化硅区的导电带。11.一种依照前面任一权利要求的MOS双极型晶体管,其中上述MOS双极型晶体管包括多个单元以便提供多个电气并联的npn双极型晶体管。12.一种依照前面任一权利要求的MOS双极型晶体管,其中上述MOS双极型晶体管形成在4H n型导电单晶体材料碳化硅衬底上。13.一种MOS双极型晶体管单元,包括n型单晶体材料碳化硅衬底;邻近上述n型导电单晶体材料碳化硅衬底的n型碳化硅漂移层,上述n型漂移层具有小于n型碳化硅衬底的载流子浓度;在上述n型碳化硅漂移层上的p型碳化硅基极层;在上述p型基极层中的第一n型碳化硅区;在上述p型基极层中的栅极槽,通过基极层和第一n型区延展到漂移层,以便提供n型区部分作为栅极槽的侧壁部分;在上述栅极槽的底部和侧壁上的绝缘层;在邻近上述栅极槽排列的基极层中的第二n型碳化硅导电区;在上述绝缘层上的栅极触点延展到部分第一n型区;在上述碳化硅衬底与漂移层相对的表面上的集电极触点;在上述基极层中的p型碳化硅区,在上述第一n型区和第二n型区之间排列,上述p型区具有高于p型基极层的载流子浓度以便把流过第一n型区的电子转变成空穴注入p型基极层;和在上述第二n型碳化硅区上的发射极触点。14.依照权利要求13的单元,进一步包括在上述n型碳化硅漂移区中在栅极槽底部的p型碳化硅区,具有高于p型基极层的载流子浓度。15.依照权利要求13或14的单元,其中上述p型区和第一n型区形成p-n结以便提供隧道二极管。16.依照权利要求13、14或15的单元,进一步包括在上述第一n型区和p型区之间的导电带,以便提供p型区到第一n型区的电连接。17.一种MOS双极型晶体管单元,包括n型单晶体材料碳化硅衬底;邻近上述n型导电单晶体材料碳化硅衬底的n型碳化硅漂移层,上述n型漂移层具有小于n型碳化硅衬底的载流子浓度;在上述n型碳化硅漂移层上形成的p型外延碳化硅基极层;在上述p型基极层中邻近与n型碳化硅漂移层相对的表面形成的第一碳化硅n型区,其中上述p型外延碳化硅基极层形成为具有侧壁的台面,该侧壁通过上述p型外延碳化硅基极层延展到n型漂移层;在上述n型漂移层上形成并排列在侧壁的绝缘层;在上述漂移层中邻近台面侧壁形成的第二n型导电碳化硅区,上述第二n型导电区具有高于漂移层的载流子浓度;在上述绝缘层上的栅极触点延展到部分第一n型区;在上述碳化硅衬底相对漂移层的表面上的集电极触点;在上述基极层中的第一p型碳化硅区和邻近第二n型导电区形成的第二p型区并延展进入第二n型导电区下面的n型漂移区和栅极触点下面,上述第一和第二p型区是电连接的并具有高于p型外延基极层的载流子浓度,形成p型区以便把流过上述n型区的电子转变成空穴注入p型基极层;在上述侧壁底部形成的导电带,以便电连接第二n型导电区和第一p型碳化硅区;和在上述第一n型碳化...
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