[发明专利]改进的VJFET器件

说明书

本公开描述以宽带隙材料，特别是以碳化硅，生产高电压JFET的结构和工艺。本公开还提供以本公开的方法生产的产品以及用于执行本公开的方法的设备。本公开属于高电流和高电压半导体器件的领域。例如，公开了高电压常开和常关垂直结场效应晶体管(VJFET)及其制作方法。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2013年3月15日提交的名称为“改进的VJFET器件(Improved VJFETDevices)”的美国临时申请序列号61/792,141的优先权，该临时申请全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开属于高电流和高电压半导体器件的领域。例如，公开了高电压常开和常关垂直结场效应晶体管(VJFET)及其制作方法。

背景技术

使用碳化硅(SiC)和其他宽带隙材料实现的高电压VJFET可在高功率转换和马达控制应用中取代硅MOSFET、超结MOSFET和硅IGBT。宽带隙半导体具有较高的击穿场(Ec，以V/cm为单位测量)，其转化为较薄(例如，薄10倍)的电压支持漂移区，这些漂移区具有较高的掺杂，例如，掺杂高10倍以上。这可直接导致与具有相同电压额定值的硅器件相比，在导通状态下器件电阻减小许多个数量级。

VJFET因为是单极器件，可以相对高的频率切换而保持低功率损耗。这可实现更紧凑的电力电子电路。切换速度取决于器件电容。在硬切换应用中，类似于马达等大多数电感性负载，降低的栅漏电容(C_gd)可能是关键的。

由于SiC VJFET器件没有栅极氧化物，所以其不受MOS栅控碳化硅器件所面临的可靠性和产率问题影响。此外，由于VJFET通常具有体沟道而非反转层，因此其可被制造为具有相比具有类似电压额定值的MOSFET而言更低的导通电阻。栅极氧化物的缺失使得可以在较高峰值结温度下进行可靠操作。

由于SiC和其他宽带隙材料价格昂贵，所以帮助减小晶粒大小的器件结构有助于使器件更为经济从而能够广泛使用。现有技术中的VJFET结构可在给定电压额定值下每单位面积导通电阻方面和在降低C_gd并且提高切换速度方面得到改进。这些结构还可被实现为并入内置PiN二极管或JBS肖特基二极管以适应需要双向电流的电路。本公开涉及这些和其他重要需求。

发明内容

已在硅MOSFET器件中成功使用超结电荷平衡技术来实现相比具有均匀掺杂漂移区域的标准MOSFET而言更低的导通电阻。该结构涉及用几乎相等的n-型和p-型电荷掺杂的柱，其产生具有近零净掺杂的漂移区域。MOSFET中的p-柱通常连接到源极区。当这种技术应用于垂直JFET时，如果p-柱连接到p-栅极，则可实现较低的导通电阻，但可导致高C_gd。因此，可能有利的是将超结层连接到路由至源电极的单独埋栅。

在以下公开的一个实施例中，屏蔽超结JFET可包括：超结电荷平衡区域，其包括第一导电类型的注入区和第二导电类型的注入区；沿着第一方向设置在超结电荷平衡区域上方的埋置屏蔽，其包括第一导电类型的区和第二导电类型的区；以及链路区域，其沿着第一方向设置在超结电荷平衡区域和埋置屏蔽上方。该链路区域可包括第一导电类型的区和第二导电类型的区。该屏蔽超结JFET还可包括JFET区域，其沿着第一方向设置在超结电荷平衡区域和埋置屏蔽上方。该JFET区域可包括第一导电类型的区和第二导电类型的区。该屏蔽超结JFET还可包括源电极，其沿着第一方向设置在超结电荷平衡区、埋置屏蔽和JFET区域上方。该屏蔽超结JFET还可包括电链路，该电链路可包括：链路区域的至少一个第二导电类型的区，其电连接到埋置屏蔽的至少一个第二导电类型的区，并且沿着第一方向与埋置屏蔽的至少一个第二导电类型的区至少部分地对准；JFET区域的至少一个第二导电类型的区，其电连接到链路区域的至少一个第二导电类型的区和源电极，该JFET区域的至少一个第二导电类型的区沿着第一方向与链路区域的至少一个第二导电类型的区至少部分地对准，并且其中电链路将源电极电连接到埋置屏蔽以便使埋置屏蔽保持在源电极电位下。