[发明专利]一种高击穿电压的N型纵向碳化硅金属氧化物半导体管

说明书

技术领域

本发明主要涉及高压功率半导体器件领域，具体的说，是一种具有高击穿电压的N型纵向碳化硅金属氧化物半导体管，适用于航天、航空、石油勘探、核能等领域。

背景技术

碳化硅材料是一种宽带隙半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率高、电子饱和漂移速度高、电子迁移率高、热导率高、抗辐射能力强、化学稳定性好等优良的物理化学性质，以及与硅集成电路工艺兼容等特点，成为制造高温、高频、大功率、抗辐射、不挥发存储器件及光电集成器件的优选材料。目前以美国为代表的发达国家以及基本解决了碳化硅单晶生长和同质外延薄膜，并开发出一系列高温、高频、大功率微电子器件，以Cree为代表的一批公司已经开始提供碳化硅器件的商业产品。

功率金属氧化物半导体管是一种理想的开关器件和线性放大器件，它具有开关速度高、保真度高、频率响应好、热稳定性高等优点，在功率器件中占有极为重要的地位。在传统的硅基金属氧化物半导体管中，其电流传输能力受限于降低导通电阻和提高击穿电压这一矛盾关系上，为获得高的击穿电压必须采用高电阻率的漂移区，因此限制了其在高压电路领域的应用。由于碳化硅材料有较大的临界击穿电场，对于给定的击穿电压，选取薄的重掺杂漂移区，碳化硅金属氧化物半导体管的导通电阻至少比硅基的金属氧化物半导体管小两个数量级，特别是对高击穿电压，碳化硅金属氧化物半导体管更有优越性。

纵向碳化硅金属氧化物半导体管具有垂直于芯片表面的导电路径，它沟道短，截面积大，具有较高的通流能力和耐压能力，因此纵向碳化硅金属氧化物半导体管在大功率应用方面具有良好的性能。但是实际中纵向碳化硅金属氧化物半导体管的击穿电压比理论上要小，一方面是由于P型基区在拐角处是球面的形状，当处于截止态时，球面处的电场线很密，导致P型基区球面处的电场很强，还有一方面是由于每个P型基区与相邻对角处的P型基区的距离较远，当处于截止态时，即使漏压较大N型漂移区中的耗尽层都无法完全连在一起，因此没有将栅氧和P型基区屏蔽于高电场之外，导致器件提前发生击穿。 

发明内容

本发明提供一种能够有效提高击穿电压的N型纵向碳化硅金属氧化物半导体管。

本发明采用如下技术方案：一种高击穿电压的N型纵向碳化硅金属氧化物半导体管，包括：N型衬底，在N型衬底的一面上连接有漏极金属，在N型衬底的另一面上设有N型漂移区，其特征在于，在N型漂移区上设有P型基区层，在P型基区层设有按照阵列分布的N型源区和P型体接触区，在每对相邻的N型源区之间设有由N型漂移区形成的N型漂移区突起，N型漂移区突起的边界延伸进入相应的击穿电压提高区域，所述击穿电压提高区域是由相邻四个N型漂移区突起的内侧边界延长线构成的矩形区域，在N型漂移区突起区域上设有栅氧化层，并且，栅氧化层的各个边界分别向外延伸并止于N型源区的边界，在栅氧化层上设有多晶硅栅，在多晶硅栅及N型源区上设有场氧化层，在N型源区及P型体接触区连接有源极金属，在多晶硅栅的表面连接有栅极金属。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)、一般结构中的P型基区3是一个个分立的P型阱，所以在每个P型阱的四个拐角处都有球面，截止态时P型阱的球面拐角处的电场线比较集中，导致P型阱球面处的电场比P型阱其他区域的电场要强，造成截止态时器件将首先在P型阱的球面拐角处发生局部击穿，导致击穿电压不高，而本发明器件引入了P型基区层3，所述P型基区层3相对于一般器件的P型基区3多出了图7所示的阴影区域，该区域直接消除了一般器件中分立P型阱的球面拐角，从而有效地防止了截止态时器件球面处的局部击穿，而且该区域还使得P型基区层3之间不存在距离较长的区域，因此在截止态时N型漂移区突起12中的耗尽层在漏压不大的情况下就完全连接在了一起，从而将栅氧化层7以及P型基区层3屏蔽于高电场之外，进而提高了器件整体的击穿电压，图8显示了本发明器件与相同面积的一般结构的N型纵向碳化硅金属氧化物半导体管在截止态时的漏极电流电压关系比较图，从图中可以看出本发明器件的击穿电压有了很大的提高。