[发明专利]具有过度生长的发射极的SiC双极结晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及高功率半导体装置技术的领域，特别是涉及高功率碳化硅双极结晶体管的领域。本发明还涉及制造这种碳化硅双极结晶体管的方法。

背景技术

碳化硅（SiC）双极结晶体管（BJT）是高性能功率装置，其具有低接通状态和开关损耗，并且，由于SiC中的电子的高击穿电场、高导热率和高饱和漂移速度，还能够进行高温操作。SiC是一种宽带隙半导体，并可以有利地用于制造用于高功率、高温和高频率应用的装置。

在包括集电极区域、基极区域和发射极区域的高功率双极结晶体管（BJT）中，代表BJT的性能的重要特性是，共发射极电流增益，特定的导通电阻和击穿电压。对于特定的掺杂浓度，BJT的基极区域优选地尽可能薄，以获得高电流增益。然而，基极区域的最小厚度由基极穿通效应限制，其代表基极区域在高集电极偏压下的总损耗。对于基极层的掺杂，一方面，高击穿电场在BJT的基极区域中需要高掺杂等级，以防止早期击穿，而另一方面，基极区域中的高掺杂等级减小发射极电流增益，这在实际应用中是一个缺点。因此，现有技术的SiC BJT的一个缺点是，其无法同时提供足够高的发射极电流增益和足够高的闭锁电压。

SiC双极技术的又一限制来自于表面复合，其会限制可达到的发射极电流增益。此外，表面复合是一个潜在的稳定性问题，因为，在少数载流子注入的条件下，界面特性可能随着时间而变差。

因此，需要提供新的SiC BJT的设计和新的制造这种BJT的方法，这种BJT将减少上述缺点的至少一部分。

发明内容

本发明的一个目的是，减少以上缺点和现有技的缺点的至少一部分，以提供现有技术的SiC BJT的改进的替代物。

总体上，本发明的一个目的是，提供一种具有改进的闭锁能力同时仍提供足够的电流增益的SiC BJT。此外，本发明的一个目的是，提供制造这种SiC BJT的方法。

通过如在独立权利要求中限定的SiC BJT的装置，功率半导体器件的单元，以及制造这种SiC BJT（或单元）的方法，来实现本发明的这些和其他目的。在从属权利要求中限定了优选实施方式。

根据本发明的第一方面，提供一种碳化硅（SiC）双极结晶体管（BJT）。SiC BJT包括布置为叠层的集电极区域、基极区域和发射极区域。发射极区域在叠层的顶部上形成由外侧壁限定的凸起结构。基极区域的与发射极区域界面连接的部分限定本征基极部分。此外，本征基极部分包括第一部分，该第一部分通过第二部分与发射极区域的外侧壁沿侧向隔开，第二部分的掺杂剂剂量比第一部分的掺杂剂剂量高。

根据本发明的第二方面，提供一种制造SiC BJT的方法，其包括布置为叠层的集电极区域、基极区域和发射极区域。该方法包括以下步骤：在集电极层上提供基极层，并在基极层的顶部上提供发射极区域。发射极区域形成由外侧壁限定的凸起结构，并且，基极层的与发射极区域界面连接的部分限定（基极区域的）本征基极区域。本征基极区域包括第一部分，该第一部分通过第二部分与发射极区域的外侧壁沿侧向隔开，第二部分的掺杂剂剂量比第一部分的掺杂剂剂量高。

将理解，集电极和基极层分别形成SiC BJT的集电极和基极区域。

根据本发明的第三方面，提供一种功率半导体器件的单元。该功率半导体器件包括，具有第一导电类型的第一区域，具有与第一导电类型相反的第二导电类型的第二区域，以及具有第一导电类型的第三区域，第一区域、第二区域和第三区域布置为叠层。第三区域在叠层的顶部上形成由外侧壁限定的凸起结构，其中，第二区域的与第三区域界面连接的部分限定第三区域的有源区域。有源区域包括第一部分，该第一部分通过第二部分与第三区域的外侧壁沿侧向隔开，第二部分的掺杂剂剂量比第一部分的掺杂剂剂量高。