[发明专利]一种碳化硅双极型晶体管及其制造方法

说明书

本发明提供一种碳化硅双极型晶体管及其制造方法。该碳化硅双极型晶体管为在N+型SiC衬底上面设有的NPN三层SiC结构，其上层为多条由复数个重复排列的N型发射区组成的条带，中层由P型基区、P型浓基区和P型浓基区汇流条组成，N型发射区的下面有P型基区，中层P型基区的下面有下层N型集电区和N+型SiC衬底，该N型发射区的上表面连接发射极金属层，该N+型SiC衬底下表面连接集电极金属层，该P型浓基区与P型浓基区汇流条相交或平行；该基极金属层与P型浓基区汇流条的上表面相连接。本发明提供的碳化硅双极型晶体管可以降低周边的电流密度，提高功率器件的抗电流冲击能力。

技术领域

本发明属于化合物半导体电流型功率器件技术领域，涉及一种碳化硅双极型晶体管(SiC BJT)。

背景技术

化合物半导体材料SiC比单质半导体材料Si具有很大的优势，近年来，随着SiC单晶棒材料的成熟和外延技术的成熟，碳化硅双极型晶体管(SiC BJT)已经供应市场。图1、图2和图3为现有技术的SiC BJT的结构示意图。

与电压驱动型晶体管SiC MOS管和SiC IGBT相比较，SiC BJT具有低成本容易制作的优点，但可靠性方面一直存在着一些问题，与SiC BJT的电流集边效应有关系。电流集边效应是SiC BJT的固有特性。依据晶体管原理，在导通时，由于横向电阻导致在与浓基区最接近的发射区周边区域的基极电位比与浓基区距离最远的发射区中心区域要高，因此造成了电流在“周边”的聚集(下面所述的“周边”，都是指与浓基区最接近的发射区周边区域)。之前的公开文件对集边效应的认识，就只是“电流聚集减小了晶体管有源区的面积”。发明人研究发现，电流集边的结果，造成了周边的饱和程度更深，周边聚集的少数载流子浓度更高。因此，在晶体管由导通状态转到关断状态的瞬间，周边的电流密度最大。关断的高电压与大电流密度相结合，使得周边最容易烧毁。所谓的SiC BJT的反偏安全工作区(RBSOA)小的问题，其实质就是电流集边效应。在开机瞬间，在异常状态下，晶体管线路会出现很大的浪涌电流，电流的峰值是正常工作电流的十倍至几十倍，抗不住瞬间巨大的浪涌电流的冲击是SiC BJT失效的主要原因。失效分析发现，失效点即铝层烧毁区域总是出现在周边，证明了周边的电流聚集效应的严重性。因此，降低周边的电流密度，就成了提高SiC BJT抗电流冲击能力，提高SiC BJT的可靠性的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种碳化硅双极型晶体管，可以降低周边的电流密度，提高功率器件的抗电流冲击能力。

本发明的另一个目的是提供上述碳化硅双极型晶体管的制造方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种碳化硅双极型晶体管，为在N+型SiC衬底上面设有的NPN三层SiC结构，其上层为多条由复数个重复排列的N型发射区组成的条带，中层由P型基区、P型浓基区和P型浓基区汇流条组成，其中，P型浓基区和P型浓基区汇流条掺杂浓度比P型基区高，P型浓基区和P型浓基区汇流条位于P型基区的上部；N型发射区的下面有P型基区，中层P型基区的下面有下层N型集电区，N型集电区的下面为N+型SiC衬底，该N型发射区的上表面连接发射极金属层，该N+型SiC衬底下表面连接集电极金属层，

该P型浓基区与P型浓基区汇流条相交或平行；

该P型浓基区汇流条的上方设有基极金属层，该基极金属层与P型浓基区汇流条的上表面相连接；

该重复排列的N型发射区组成的条带内相邻N型发射区之间的重复间距在50μm以内。

更进一步地，所述的P型浓基区的表面杂质浓度是P型基区的杂质浓度的10倍以上。

更进一步地，所述P型基区和P型浓基区通过氧化层与发射极金属层连接。

更进一步地，该重复排列的N型发射区组成的条带内相邻N型发射区之间的距离为0。

本发明还提供一种碳化硅双极型晶体管的制造方法，包括下列工艺步骤：