双极半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种双极半导体器件及其制造方法。一种半导体晶体包括布置在基极接触区（１６）与发射极区（１４）之间的表面的附近的具有第二导电类型的复合抑制半导体层（１７），并且该复合抑制半导体层（１７）将具有大量表面状态的半导体表面与主要传导空穴电流的部分和电子电流的部分分离。抑制了复合，从而增大了电流放大因子并降低了导通电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，更具体地说，本专利技术涉 及适于抑制来自发射极区的电子与来自基极区的空穴之间在半导体表面 上发生复合的。
技术介绍
与广泛用于器件中的硅相比，半导体碳化硅(SiC)具有相当大的带隙能量，并由此适于高电压、高功率以及高温操作。对于将碳化硅应用至功率器件和其它组件存在很高的期望。已经积极执行研究和开发的SiC功率器件的结构可以主要分成两种类型MOS器件和结型器件。本专利技术涉及作为结型器件的双极晶体管的性能改善。下面是SiC双极晶体管的描述的实施例。已经在HighPower (500V-70A) andHighGain (44-47) 4H-SiC Bipolar Junction Transistors (J. Zhang, et al， Materials Science Forum， Vols. 457-460 (2004) pp. 1149-1152)中对典型双极晶体管的实施例进行了描 述。在该文章中所描述的双极晶体管是通过在错向(misoriented)达8度 至(0001)的低阻n+型4H-SiC基片的表面上，按如下次序层压n—型高 阻区、p型基极区以及n+型发射极区形成的，该发射极区由多个长窄形 区构成。在发射极区、基极区以及集电极区中形成有多个电极，以形成 至外部的电连接。图9示出了在上述引用中公开的双极晶体管的剖面示意图。双极晶 体管100设置有作为n型低阻层的集电极区101; n型高阻区102; p 型基极区103; n型低阻发射极区104;在发射极区周围形成的p型低阻基极接触区105;集电极106;基极107;发射极108;以及表面保护膜109。图10是例示双极晶体管100的典型操作的图。在图10中，相同标 号表示与图9中所示的组成部分相同的组成部分。图10中省略了表面保 护膜109，因为该膜不直接涉及对所述操作的描述。在图9和10所示双极晶体管100中，主电流由箭头110所示的从发 射极区104流向集电极区101的电子产生。电子电流的导通/截止状态受 施加至基极107的电压信号控制。主电流这时流动的方向是面对从集电 极区101至发射极区104的方向。当基极107与发射极108之间的电压 为0 V或以下时双极晶体管100处于截止状态，而当将正电压施加至基 极107与发射极108之间时改变成导通状态。当双极晶体管100处于导 通状态时，形成在基极107与发射极108之间的pn结被设置成具有正向 偏压，从而基于空穴的电流从基极107流向发射极108。优选地以较弱的基极电流控制较强的主电流110，以便高效地操作双 极晶体管100。电流放大因子(=主电流/基极电流)由此成为一必需参数。 使电流放大因子减小的原因是半导体表面上的由符号x示意性示出的 复合状态(由图10中的标号111表示)。在半导体的表面上通常存在由 未结合的原子、晶体缺陷等造成的大量表面状态。通过对硅表面进行热氧化，例如，可以生成具有不会对器件特性产 生负面影响的具有低表面状态密度的硅/氧化物膜界面。另一方面，例如 利用热氧化或随后执行的热处理(POA:后氧化退火)等来充分减小SiC 的表面上的表面状态密度在当前是不能的。半导体表面的表面状态充当 复合状态。出于这个原因，当主电流110导通时，从发射极区104射入 的电子113和基极区103中的空穴112共存于由基极区103的表面的表 面状态造成的高浓度复合状态lll的区域中，如图10示意性所示。空穴 和电子(由箭头115和116所示)由此主动地复合，并且因为在不影响 器件的操作情况下反应(reactive)基极电流流过，所以结果是减小了电 流放大因子。常规双极晶体管100中存在的问题在于基极区103中的空穴和从发 射极区104射入的电子经由基极区103的表面的表面状态复合，从而在 将正电压施加至基极与集电极之间以使器件导通时减小了电流放大因子。因此，需要提供可以应用至用于控制汽车马达的装置和其它装置的 高性能，在该双极半导体器件及其制造方 法中可以控制经由半导体表面的表面状态而产生的空穴和电子的复合并 且增大了电流放大因子。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种双极半导体器件，该双极半导 体器件包括集电极区，该集电极区包括形成在半导体晶体的一个表面 上的具有第一导电类型的低阻层；布置在所述集电极区上的具有第一导电类型的高阻层；布置在具有第一导电类型的所述高阻层上的具有第二 导电类型的基极区；形成在所述半导体晶体的另一表面上的具有第一导 电类型的低阻发射极区；以及连接至所述基极区并且在所述发射极区的外周的具有第一导电类型的所述高阻层的两侧布置的具有第二导电类型的低阻基极接触区，并且该双极半导体器件还具有在所述基极接触区与所述发射极区之间的所述半导体晶体的表面附近的具有第二导电类型 的复合抑制半导体层。在本专利技术中，将第二导电类型的复合抑制半导体层布置在所述基极 接触区与所述发射极区之间的所述半导体晶体的所述表面附近。通过设 置所述复合抑制半导体层，将具有大量表面状态的半导体表面与主要传 导空穴电流和电子电流的部分分离，从而抑制复合。由此，可以增大电 流放大因子，降低导通电压，并且可以利用本专利技术的双极晶体管来增强 功率转换装置的效率。根据本专利技术的另一方面，提供了一种双极半导体器件，该双极半导体器件包括集电极区，该集电极区包括形成在半导体晶体的一个表面 上的具有第一导电类型的低阻层；布置在所述集电极区上的具有第一导 电类型的高阻层；布置在具有第一导电类型的所述高阻层上的具有第二 导电类型的基极区；形成在所述半导体晶体的另一表面上的具有第一导 电类型的低阻发射极区，以及连接至所述基极区并且在所述发射极区的外周的具有第一导电类型的所述高阻层的两侧布置的具有第二导电类型 的低阻基极接触区；并且该双极半导体器件还具有在所述基极接触区 与所述发射极区之间的所述半导体晶体的表面附近的具有第一导电类型 的复合抑制半导体层。在本专利技术中，将具有所述第一导电类型的复合抑制半导体层布置在 所述基极接触区与所述发射极区之间的所述半导体晶体的所述表面的附 近。通过设置所述复合抑制半导体层，将具有大量表面状态的半导体表 面与主要传导空穴电流和电子电流的部分分离，从而抑制复合。由此， 可以增大电流放大因子，降低导通电压，并且可以利用本专利技术的双极晶 体管来增强功率转换装置的效率。上述双极半导体器件被优选地设置成，使得所述基极接触区与所述 发射极区之间的所述半导体的所述表面局部地倾斜。上述双极半导体器件被优选地设置成，使得所述基极接触区与所述 发射极区之间的所述半导体的所述表面不是阶跃的。上述双极半导体器件被优选地设置成，使得所述基极接触区与所述 发射极区之间的所述半导体晶体的所述表面设置有复合抑制膜。通过将 所述复合抑制半导体层与降低所述半导体的表面上复合的所述复合抑制 膜进行组合，可以进一步改善器件特性。上述双极半导体器件被优选地设置成具有作为碳化硅的半导体晶体。上述双极半导体器件被优选地设置成，使得所述复合抑制半导体层 的杂质浓度低于所述基极区的杂质浓度。根据本专利技术的另一方面，提供了一种双极半导体器件的制造方法， 所述制造方法包括以下步骤在具有第一导电类型的半导体基片的一个 表面上形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极半导体器件，该双极半导体器件包括：集电极区，该集电极区包括形成在半导体晶体的一个表面上的具有第一导电类型的低阻层；布置在所述集电极区上的具有第一导电类型的高阻层；布置在具有第一导电类型的所述高阻层上的具有第二 导电类型的基极区；形成在所述半导体晶体的另一表面上的具有第一导电类型的低阻发射极区；以及连接至所述基极区并且在所述发射极区的外周的具有第一导电类型的所述高阻层的两侧布置的具有第二导电类型的低阻基极接触区，并且所述双极半导体器 件还具有：在所述基极接触区与所述发射极区之间的所述半导体晶体的表面附近的具有第二导电类型的复合抑制半导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-6-13 172620/20051、一种双极半导体器件，该双极半导体器件包括集电极区，该集电极区包括形成在半导体晶体的一个表面上的具有第一导电类型的低阻层；布置在所述集电极区上的具有第一导电类型的高阻层；布置在具有第一导电类型的所述高阻层上的具有第二导电类型的基极区；形成在所述半导体晶体的另一表面上的具有第一导电类型的低阻发射极区；以及连接至所述基极区并且在所述发射极区的外周的具有第一导电类型的所述高阻层的两侧布置的具有第二导电类型的低阻基极接触区，并且所述双极半导体器件还具有在所述基极接触区与所述发射极区之间的所述半导体晶体的表面附近的具有第二导电类型的复合抑制半导体层。2、 一种双极半导体器件，该双极半导体器件包括集电极区，该集电极区包括形成在半导体晶体的一个表面上的具有第一导电类型的低阻层，布置在所述集电极区上的具有第一导电类型的高阻层， 布置在具有第一导电类型的所述高阻层上的具有第二导电类型的基极区，形成在所述半导体晶体的另一表面上的具有第一导电类型的低阻发 射极区，以及连接至所述基极区并且在所述发射极区的外周的具有第一导电类型的所述高阻层的两侧布置的具有第二导电类型的低阻基极接触区，并且所述双极半导体器件还具有在所述基极接触区与所述发射极区之间的所述半导体晶体的表面附 近的具有第一导电类型的复合抑制半导体层。3、 根据权利要求1或2所述的双极半导体器件，其中，所述基极接触区与所述发射极区之间的所述半导体的所述表面局部地倾斜。4、 根据权利要求1或2所述的双极半导体器件，其中，所述基极接 触区与所述发射极区之间的所述半导体的所述表面不是阶跃的。5、 根据权利要求1或2所述的双极半导体器件，其中，所述基极接 触区与所述发射极区之间的所述半导体晶体的所述表面设置有复合抑制 膜。6、 根...

【专利技术属性】
技术研发人员：野中贤一，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]