[发明专利]一种低导通电阻的碳化硅功率半导体器件

说明书

一种低导通电阻的碳化硅功率半导体器件，所述低导通电阻的碳化硅功率半导体器件为轴对称结构，包括：N型衬底，在N型衬底的上设有N型漂移区，在N型漂移区中对称设置一对P型基区，在P型基区中设有P+型体接触区和N+型源区，在N型漂移区的表面设有栅氧层，在栅氧层的表面设有多晶硅栅。其特征在于：在P型基区体内设有由N‑型区构成的阵列，上表面与栅氧层相分离，所述N‑型区在器件栅宽方向上N‑型区与P型基区间隔分布，且N‑型区到栅氧层的距离、厚度和掺杂浓度使得N‑型区在自然状态下恰好完全夹断。这种结构的优点在于维持器件击穿电压的同时，有效降低器件导通电阻，提升器件开态电流能力，降低开态能量损耗。

技术领域

本发明主要涉及高压功率半导体器件领域，具体来说，是一种低导通电阻的碳化硅功率半导体器件，适用于航天、航空、石油勘探、核能、雷达与通信等高温、高频、大功率、强辐射等极端环境并存的应用领域。

背景技术

碳化硅是近十几年来迅速发展起来的宽禁带半导体材料之一。与广泛应用的半导体材料硅、锗以及砷化镓相比，碳化硅具有宽禁带、高击穿电场、高载流子饱和漂移速率、高热导率及高功率密度等优点，是制备高温、大功率、高频器件的理想材料。目前美、欧、日等发达国家已经基本解决了碳化硅单晶生长和同质外延薄膜等问题，在大功率半导体器件领域占据主导地位。据报道，2014年1月中国首次实现碳化硅大功率器件的批量生产，在以美、欧、日为主导的半导体领域形成突破。

图1所示的是常规的碳化硅功率半导体器件，包括：N型衬底，在N型衬底的一侧连接有漏极金属，在N型衬底的另一侧设有N型漂移区，在N型漂移区中对称设置一对P型基区，N+型源区和P+型体接触区，在N型漂移区的表面设有栅氧层，在栅氧层的表面设有多晶硅栅，在多晶硅栅的上方设有钝化层，在N+型源区和P+型体接触区连接有源极金属。当有足够大的正电压施加在多晶硅栅上时，P型基区与栅氧化层的界面会产生一个反型沟道，电子可以通过沟道从N+型有源区注入到N型漂移区。但是由于常规的碳化硅功率半导体器件的导电沟道紧贴在栅氧化层下方，栅氧化层表面的缺陷会对载流子输运产生影响，因此常规的碳化硅功率半导体器件导通电阻较高。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提出了一种低导通电阻的碳化硅功率半导体器件，该结构在保持击穿电压不变的基础上，有效降低器件的导通电阻、提升了器件的通态I-V特性、降低了件在导通状态下的能量损耗。

本发明采用如下技术方案：一种低导通电阻的碳化硅功率半导体器件，所述低导通电阻的碳化硅功率半导体器件为轴对称结构，包括：N型衬底，在N型衬底的一侧连接有漏极金属，在N型衬底的另一侧设有N型漂移区，在N型漂移区中对称设置一对P型基区，在各P型基区中分别设有P+型体接触区和N+型源区，在N型漂移区的表面设有栅氧层，在栅氧层的表面设有多晶硅栅，在多晶硅栅上设有钝化层且所述钝化层包裹多晶硅栅的两侧，在N型源区和P型体接触区连接有源极金属，其特征在于：在各P型基区体内分别设有由N-型区构成的阵列且所述阵列被P型基区包裹在其内部，上表面与栅氧层相分离，所述N-型区始于N+型源区沿沟道方向水平延伸至N型漂移区，在器件栅宽方向上N-型区与P型基区间隔分布，且自然状态下N-型区在P型基区的辅助耗尽下恰好完全夹断。所述N-型区上表面与栅氧层之间的距离约为0.2-0.3μm。所述N-型区厚度为150-250nm。所述N-型区的掺杂浓度为1e16-4e17cm^-3。所述N-型区的宽度与栅宽的比例为0.1-0.5∶1。所述的被P型基区包裹在其内部的N-型区阵列可以不止一层，自然状态下各层N-型区阵列在P型基区的辅助耗尽下均恰好完全夹断。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)、本发明器件采用在P型基区中设置N-型区的结构，通过增加有效导通路径，从而有效降低器件导通电阻和阈值电压，获得更高的开态电流能力。