[发明专利]在碳化硅中具有改进的击穿电压的双极结晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术的领域，具体而言，涉及针对高功率应用的碳化硅双极结晶体管。本发明还涉及生产这种碳化硅双极结晶体管的方法。

背景技术

功率晶体管可用于电力电子系统中的开关。此类开关在导通状态传导高电流和关闭状态下阻断高电压之间交替切换。电力开关的两个重要特点（灵敏值，figure of merit）是在正向传导期间低功率损耗和在开（导通）和关（关闭）之间切换期间低功率损耗。低功率损耗是有利的，因为它们能够节约能源，并且因为由于功率耗损降低所致的热耗散而能够构造更紧凑的系统。

碳化硅（SiC）的双极结晶体管（BJT）是具有相比于标准硅（Si）功率晶体管由于SiC的高击穿电场而在导通和开关期间提供显著较低的功率损耗的优点的功率晶体管。此外，SiC具有高导热率，并属于宽带隙半导体，因此可有利地用于制造用于高功率、高温和高频应用的设备。

参照图1，介绍了标准SiC BJT100。SiC BJT100包括基底110，在此基底上通过取向附生（外延）而生长出集电极层120、基极层140和发射极层160。在NPN SiC BJT的情况下，取向附生（外延）结构通常可以包含生长于高掺杂n-型基底110的顶部上的低掺杂n-型集电极（集极）层120，p-型基极层140和高度掺杂的n-型发射极层160。在取向附生生长之后，发射区160和基极区140使用干式蚀刻技术进行限定，从而提供升高的发射区或台面（即，抬高结构）160。欧姆接触点161和141分别形成于发射区160和基极区140，而集电极（集极）欧姆接触点121可以形成于基底110的背侧而连接集电区（集极区）120。

针对基极区140的欧姆接触点141可以通过使用，例如，选择性离子注入接着在形成接触点141之前进行随后的高温退火而提供具有增加的受体掺杂的区142而改进。位于发射极台面160之下，即位于发射极边缘的轮廓内的基极层140的部分，传统上被称为本征基极区145，而并不用发射区160封顶（覆盖，capped）的那部分的基极层140传统上称为非本征基极区（或基极区的非本征部分）。

另外，电介层170可以用于在SiC BJT100的顶部上、基极和发射极金属触点161和141之间的表面钝化，以便终结在SiC表面上原子的自由键（悬垂键，dangling bond），从而减少造成表面复合和表面漏电流的缺陷密度。

BJT两个最相关的特点（灵敏值，figure of merit）通常是共发射极电流增益和击穿电压。在一篇2011年1月1日发表于关于电子器件的IEEE会刊第58卷259～265页，题为“Surface-passivation effects on the performance of4H-SiC BJTs”的论文中，对不同工艺条件下生长或沉积的许多表面钝化层进行了研究。这项研究表明，通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）二氧化硅随后在1100℃下N₂O环境中退火3h提供表面钝化，产生了最高电流增益。采用这种PECVD二氧化硅层作为表面钝化层，与采用常规热生长氧化物层而获得的表面钝化层相比，最大电流增益提高了60％。然而，这种表面钝化也导致了BJT具有最低击穿电压。另外，对于该研究中采用不同表面钝化层生产的器件的击穿电压，已观察到巨大变化。

因此，对于提供SiC BJT的新设计和生产这种将会缓解至少一些上述缺点的双极结型晶体管的新方法，仍存需要。

发明内容

本发明的一个目的是缓解现有技术领域内的至少一些上述缺点和缺陷而提供对于现有技术的SiC BJT的改进替代品。

一般而言，本发明的目的是提供一种SiC BJT，具有改进的阻塞容量，即，具有改进的击穿电压。另外，本发明的目的是提供生产这种SiC BJT的方法。

本发明的这些和其它目的通过独立权利要求中限定的SiC BJT和生产这种SiC BJT的方法而实现。优选实施方式限定于从属权利要求中。

根据本发明的第一方面，提供了一种碳化硅（SiC）双极结晶体管（BJT）。这种SiC BJT包含集电区，基极区和发射区。另外，表面钝化层沉积于用于接触所述发射区的发射极接触点和用于接触所述基极区的基极接触点之间。所沉积的表面钝化层促使耗尽区形成于基极区的非本征部分内的表面钝化层之下。另外，这种SiC BJT包含排布于所沉积的表面钝化层处的表面栅极（或表面电极）。所述表面栅极构造成相对于所述基极区中的电位向所沉积的表面钝化层施加负电位。