[发明专利]金属氧化物场效应晶体管与双极晶体管复合结构器件

说明书

本发明属于半导体器件，特别是一种功率半导体器件。

功率半导体器件主要应用于导通电流很大和耐压很高的领域。现有的功率半导体器件，主要包括有功率双极晶体管和功率场效应晶体管。功率双极晶体管自1950年问世以来，以其导通电流密度大和制作工艺简单之优点，至今仍保持着非常广泛的应用。但在工作特性上存在有如下缺点：

(1)由于双极晶体管是一个电流控制器件，因而需要很大的基极电流维持其工作状态，和很大的反向基极驱动电流以获取高速关断；

(2)在大电流和高耐压瞬时工作时，具有二次击穿现象；

(3)导通电流随温度的升高而增大，不易并联使用，工作速度低。

功率场效应晶体管的出现改善了双极功率晶体管的某些性能缺点。例如，输入阻抗高，漏极电流具有负的电流温度系数，多只器件可以并联使用，避免了二次击穿现象，安全工作区宽；同时由于功率场效应晶体管是多子器件，如图4所示。排除了因少子复合而带来的开关损耗，故具有较高的开关速度，消除了对寿命控制的严格要求。但是该器件由于存在一个厚的轻掺杂的n-漂移区支持高耐压，所以导通电阻大，导通电流密度小，如果要提高导通电流密度就要降低漂移区长度，提高漂移区掺杂浓度，造成耐压降低，因而又存在着减小导通电阻与提高耐压的矛盾。

本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种电流密度大，耐压高的功率场效应晶体管与双极功率晶体管复合的功率半导体器件MBMT(MOS-Bipolar Mode Transistor)。

实现本发明目的的技术方案是在MOS金属氧化物功率场效应晶体管的结构上，引进寄生的双极晶体管，并由MOS功率场效应晶体管控制双极晶体管，使其两者在功能上结合和结构上集成，构成复合型功率半导体器件MBMT，如图1所示。该器件主要包括一个n⁺衬底，一个n^-外延层，两个铝连接点6与9，两个栅极区1与2，外延层n^-上分别设置一个p⁺结和一个p^-结，两个铝连接点6与9之间设置有绝缘层7，两个栅极区1与2各由多晶硅栅极G、栅氧化层4、p^-区、n⁺区构成。其特点是：铝接点6连接n⁺与p⁺区，铝接点9连接p^-与n⁺区，以在两个n⁺区之间形成一个较大的电阻区，并从铝接点9上引出阴极K；p⁺结的位置设在远离阴极区1的地方，以使阴极处的n⁺外围只存在p^-区；外延层n^-与栅极区1的p^-、n⁺区分别构成MOS管M₁的漏极、衬底和源极；外延层n^-与阴极处的p^-、n⁺区分别构成双极晶体管Q的集电极、基极和发射极；外延层n^-与栅极区2的p^-、n⁺分别构成MOS管M₂的漏极、衬底和源极。两MOS管M₁和M₂的栅极相连构成MBMT管的栅极，M₁、M₂管的漏极与双极晶体管Q的发射极相连构成MBMT管的阳极，用MOS器件M₁的源极与双极晶体管Q的基极相连，以使MOS器件驱动双极器件，实现功能上的复合，同时M₁的源极通过电阻R与双极器件Q的发射极、M₂管的源极相连构成MBMT器件的阴极，如图2所示。