[发明专利]具有低源极电阻的场效应晶体管器件

说明书

美国政府利益的声明

通过军队研究实验室授予的合同号DAAD19-01-C-0067，在政府支持下作出本发明。在本发明中，该政府具有特定的权利。

技术领域

本发明涉及电子器件及其制造方法。更加具体地，本发明涉及高功率绝缘栅晶体管及其制造方法。

背景技术

由于碳化硅(SiC)的高临界场和宽带隙，对于高速、高功率和/或高温应用，与硅上功率器件相比，期望利用SiC制作的功率器件显示出较大的优势。对于能够阻断高压的器件，例如超过大约5kV的电压，可以期望具有双极操作以通过由注入的少数载流子产生的电导率调制来降低漂移层电阻。然而，可能由于在单晶碳化硅中存在基面错位(BPD)，对于在碳化硅中的双极器件的一个技术上的挑战是正向电压随时间而衰减。因此，单极器件(例如SiC肖特基二极管和MOSFET)通常用于高功率应用，例如，高达10kV或更高。

已经制造了具有10kV阻断能力的SiC DMOSFET器件，其具有大约100mΩ×cm²的特定导通电阻。由于它们的多数载流子的特性，DMOSFET器件可以显示出非常快的开关速度，例如，小于100ns。然而，随着期望的器件的阻断电压的增加，例如高达15kV或更高，由于相应地增加了漂移层的厚度，MOSFET器件的导通电阻可以大大增加。由于体迁移率降低，这个问题在高温时可能恶化，其可以导致过多的功率损耗。

随着SiC晶体材料生长的进展，已经开发出一些方法以减轻BPD相关的问题。例如，参考B.Hull，M.Das，J.Sumakeris，J.Richmond和S.Krishinaswami，“Drift-Free 10-kV，20-A 4H-SiC PiN Diodes”，Journal of Electrical Materials，Vol.34，No.4,2005。这些改进能够增强SiC双极器件，例如晶闸管、GTO等等的改进和/或潜在的应用。即使晶闸管和/或GTO可以提供低的正向压降，它们也可能需要大体积的整流电路以用于栅极驱动和保护。因此，可以期望SiC双极器件具有栅极关断能力。由于其较好的导通状态特性、适当的开关速度和/或良好的安全操作区域(SOA)，4H-SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT)变得更加适合功率开关应用。

发明内容

根据一些实施例的半导体器件包括具有第一导电类型的漂移层，在该漂移层中具有与该第一导电类型相反的第二导电类型的阱区域，以及在该阱区域中的源极区域。该源极区域具有第一导电类型并且在该阱区域中限定沟道区域。该源极区域包括邻近该沟道区域的横向源极区域，以及相反于所述沟道区域从所述横向源极区域延伸离开的多个源极接触区域。具有该第二导电类型的体接触区域位于该多个源极接触区域中的至少两个之间，且与该阱区域接触，并且源极欧姆接触与该源极接触区域和该体接触区域接触。

该体接触区域可以包括在该源极接触区域之间散布的多个体接触区域。可以通过该横向源极区域将该多个体接触区域与该沟道区域间隔开。

该源极欧姆接触可以在源极接触范围中与该源极区域接触，并且该源极欧姆接触可以在以体接触区域范围中与该体接触区域接触。

在一些实施例中，该接触区域范围的最小尺寸p1与该阱区域的最小尺寸w1的比率可以大于0.2。在进一步的实施例中，该接触区域范围的最小尺寸p1与该阱区域的最小尺寸w1的比率可以大于大约0.3。

该漂移区域可以包括宽带隙半导体材料，例如碳化硅。

该源极区域具有薄层电阻，且该源极欧姆接触具有大于该源极区域的接触电阻的75％的薄层电阻，并且在一些实施例中大于该源极区域的接触电阻。

该器件可以具有超过1000伏特的反向阻断电压，以及大于200安培每平方厘米的电流密度。

附图说明

附图示出了本发明的特定实施例，包含的附图提供了对本发明的进一步的理解，以及将其并入并且构成了本申请的一部分。在图中：

图1是金属-氧化物-半导体场效应(MOSFET)器件的电路图。

图2是示出了MOSFET器件的假设的导通状态的电流-电压特性的曲线图。

图3是示出了源极电阻对栅极电压的影响的曲线图。

图4是传统的功率MOSFET器件的单元的部分横截面图。

图5和图6是示出了传统的功率MOSFET器件的布局的平面图。

图7和图8是示出了根据一些实施例的功率MOSFET器件的布局的平面图。