一种栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管制造技术

本发明专利技术公开一种栅控双极‑场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，该器件通过采用基区与栅极相连的电极连接方式，代替传统的碳化硅VDMOS中基区与源极短接的电极连接方式。该器件工作在关态时源区、基区和漂移区之间寄生的双极型晶体管不工作，防止二次击穿，器件的击穿特性与传统器件击穿特性相同；该器件工作在开态时，使得器件寄生的双极型晶体管开启，提供了一个新的导电通道，与此同时，器件的沟道同样能正常开启进行导电。因此，本发明专利技术在保证器件具有相同击穿电压的同时，大幅度提高器件的导通电流，极大改善碳化硅晶体管的导通性能。

A Gate Controlled Bipolar-Field Effect Composite Silicon Carbide Vertical Double Diffusion Metal Oxide Semiconductor Transistor

【技术实现步骤摘要】
一种栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管
本专利技术涉及半导体功率器件
，具体涉及一种垂直双扩散晶体管。
技术介绍
功率MOS场效应晶体管是在MOS集成电路工艺基础上发展起来的新一代半导体功率开关器件，二十年来取得了长足的进步，由LDMOS结构起步，经历了VVMOS、VUMOS、VDMOS、EXTFET等结构的演化，目前仍以VDMOS结构为主，垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)器件具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、电压控制、热稳定性好等一系列独特特点，目前已在开关稳态电源、高频加热、计算机接口电路以及功率放大器等方面获得了广泛的应用。碳化硅材料具有良好的物理和电学特性，以其大禁带宽度、高临界击穿电场、高热导率和高饱和漂移速度等独特有点，成为制作高压、高功率、耐高温、抗辐照器件的理想材料，其在军事和民工等发面都有着广泛的前景。
技术实现思路
本专利技术提出了一种栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，旨在不影响击穿特性的前提下，进一步降低器件的导通电阻,改善碳化硅晶体管的导通性能。本专利技术的解决方案如下：该栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：半导体材料的衬底；位于衬底上表面的外延层，形成漂移区；在所述外延层上部两侧分别形成的两处基区；在所述外延层上表面中间区域形成的栅绝缘层；在每一处所述基区形成的基区接触、源区以及相应的沟道；在栅绝缘层上表面形成的栅极；在源区上表面形成的源极；在衬底下表面形成的漏极；其特殊之处在于：所述衬底为碳化硅材料；所述基区接触的上表面形成基极，所述基极与源极隔离，与栅极电连接，满足：栅极接入电压时，基区获得的电压使得器件寄生的双极型晶体管开启。基极与栅极之间的连接材料可以是导体材料(例如铜或铝)，使得栅极接入电压时基极与栅极电位一致。基极与栅极之间的连接材料也可以是半导体材料(例如半绝缘多晶硅)；使得基极接入电压时基极电位大于栅极电位，栅极接入电压时栅极电位大于基极电位。进一步的，所述衬底的掺杂浓度为1×1019cm-3。进一步的，所述漂移区的材料为碳化硅，漂移区的掺杂浓度为1×1015cm-3。进一步的，所述基区接触的掺杂浓度为1×1019cm-3。本专利技术技术方案的有益效果如下：该碳化硅器件采用基区与栅极相连的电极连接方式，代替传统的碳化硅VDMOS中基区与源极短接的电极连接方式。该器件工作在关态时，器件的耐压特性与传统的碳化硅VDMOS的一致。器件的栅极，基区和源极接地，漏极接高电位。所以器件关态工作时源区、基区和漂移区之间寄生的双极型晶体管不工作，防止二次击穿，器件的击穿特性与传统器件击穿特性相同。该器件工作在开态时，由于栅极与基区相连。当在栅极接入栅压时，基区也接入一定电压，使得器件寄生的双极型晶体管开启，同时，器件的沟道同样能正常开启进行导电。器件导通电流得到大幅度增加，大大降低器件的导通电阻。附图说明图1为本专利技术的栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管结构示意图。图2基于图1所示结构示意了导电通道。其中，A为沟道形成的导电通道，B为寄生的双极型晶体管开启形成的导电通道。附图标号说明：1-碳化硅衬底；2-漂移区；3-基区；4-源区；5-基区接触；6-源极；7-栅极，8-漏极；9-基极。具体实施方式如图1所示，该栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管包括：碳化硅材料衬底1，掺杂浓度为1×1019cm-3；在衬底1上外延生成出漂移区2；漂移区的材料也为碳化硅，掺杂浓度为1×1015cm-3；在漂移区表面形成的栅绝缘层，并在栅绝缘层上方形成栅极7；在漂移区上形成基区3；在基区上形成源区4和基区接触5同时在所述基区上形成沟道；其中，基区接触的掺杂浓度为1×1019cm-3；在源区4、基区接触5和衬底1底部上分别生成源极6、基极9和漏极7。器件的基极9与栅极7相连接。具体来说：基极9与栅极7之间的连接材料可为导体材料(如铜和铝等)，栅极7接入电压时，基极9与栅极7电位一致。基极9与栅极7之间的连接材料也可为电阻材料(如半绝缘多晶硅等)。基极9接入电压时，则基极9电位大于栅极7电位；栅极7接入电压时，则栅极7电位大于基极9电位。需要说明的是，附图中所示栅极与基极共接引出接线端子为拓扑示意，实际产品中基极和栅极相连后引出的电极，它可以从基极处直接引出或是从栅极处直接引出。所以会因基极和栅极间的电阻以及引出电极位置的不同导致栅极与基极的电位存在差异。本专利技术的碳化硅器件采用基区与栅极相连的电极连接方式。该器件工作在关态时，器件的耐压特性与传统的碳化硅VDMOS的一致。器件的栅极，基区和源极接地，漏极接高电位。所以器件关态工作时源区，基区和漂移区之间寄生的双极型晶体管不工作，防止二次击穿，器件的击穿特性与传统器件击穿特性相同。该器件工作在开态时，由于栅极与基区相连。当在栅极接入栅压时，基区也接入一定电压，使得器件寄生的双极型晶体管开启，提供了一个新的导电通道。同时，器件的沟道同样能正常开启进行导电。器件导通电流得到大幅度增加，大大降低器件的导通电阻。采用本专利技术的电极连接方式的碳化硅器件较之传统器件的导通电流密度大幅度提升，两种器件的在漂移区相同的情况下，器件的导通电流密度提升了1到3个数量级。当然，本专利技术中的VDMOS也可以为P沟道，其结构与N沟道VDMOS相同，在此不再赘述。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换的方案也落入本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种栅控双极‑场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：半导体材料的衬底；位于衬底上表面的外延层，形成漂移区；在所述外延层上部两侧分别形成的两处基区；在所述外延层上表面中间区域形成的栅绝缘层；在每一处所述基区形成的基区接触、源区以及相应的沟道；在栅绝缘层上表面形成的栅极；在源区上表面形成的源极；在衬底下表面形成的漏极；其特征在于：所述衬底为碳化硅材料；所述基区接触的上表面形成基极，所述基极与源极隔离，与栅极电连接，满足：栅极接入电压时，基区获得的电压使得器件寄生的双极型晶体管开启。

【技术特征摘要】
1.一种栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：半导体材料的衬底；位于衬底上表面的外延层，形成漂移区；在所述外延层上部两侧分别形成的两处基区；在所述外延层上表面中间区域形成的栅绝缘层；在每一处所述基区形成的基区接触、源区以及相应的沟道；在栅绝缘层上表面形成的栅极；在源区上表面形成的源极；在衬底下表面形成的漏极；其特征在于：所述衬底为碳化硅材料；所述基区接触的上表面形成基极，所述基极与源极隔离，与栅极电连接，满足：栅极接入电压时，基区获得的电压使得器件寄生的双极型晶体管开启。2.根据权利要求1所述的栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于：基极与栅极之间的连接材料为导体材料，使得栅极接入电压时基极与栅极电位一致。3.根据权利要求2所述的栅控双极-场效应复合碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于：所述导体材料为铜或铝。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：段宝兴，董自明，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61