CN217719610U - 一种具有两层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管 - Google Patents
一种具有两层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN217719610U CN217719610U CN202221569760.0U CN202221569760U CN217719610U CN 217719610 U CN217719610 U CN 217719610U CN 202221569760 U CN202221569760 U CN 202221569760U CN 217719610 U CN217719610 U CN 217719610U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- region
- type
- silicon carbide
- type base
- base region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Abstract
本实用新型提供了一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管，包括一元胞结构，所述元胞结构包括：阴极金属电极，N+型衬底，所述N+型衬底设于所述阴极金属电极上；P型缓冲区，所述P型缓冲区设于所述N+衬底上；P‑型漂移区，所述P‑型漂移区设于所述P型缓冲区上；N‑型基区，所述N‑型基于设于所述所述P‑型漂移区上，所述N‑型基区上设有两个P+发射区；每个P+发射区上设有两个N+区；栅氧化层，所述栅氧化层覆盖P‑型漂移区、N‑型基区、P+发射区以及N+区；多晶硅栅电极，所述多晶硅栅电极设于所述栅氧化层外侧；以及，阳极金属电极，所述阳极金属电极设于所述P+发射区以及两个N+区上侧，便于制造。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管。
背景技术
MOS栅控晶闸管(MCT)作为复合化及功率集成方向的电力电子器件近年来受到大量的关注。它结构上结合了四层PNPN晶闸管和能够控制器件开通与关断的MOSFET。将MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率及快速开关过程与晶闸管的大电流、高耐压及低的导通压降等诸多优点相结合。MCT导通即进入擎住状态，电导调制效应明显，在高压应用中能够有效的降低通态电阻，从而降低通态压降、可以快速的开通关断伴随低的开关损耗且驱动电路简单。
4H SIC作为宽禁带半导体具有高临界击穿电场，高饱和漂移速度及高热导率等优点，能够采用比硅器件更薄的漂移区来承受高压，同时可以通过适当调整漂移区浓度来进一步降低通态压降。适合工作在高压高频及高温的环境下，应用于高压集成功率领域中，碳化硅MCT应运而生。
按制备工艺来讲，常见的MCT器件主要分为两大类，一类是扩散杂质MCT，另一类是外延MCT。对于碳化硅材料，扩散掺杂需要极高的温度，所以碳化硅器件掺杂一般采用高温离子注入方式，而高温离子注入会破坏材料原本的晶格结构，需要1600℃以上的退火温度来修复激活，而且使注入结深达到2um及以上需要很高的注入能量，这对于设备与工艺是一个巨大的挑战。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管，用外延层刻蚀形成器件结构来替代扩散MCT中的掺杂结构。
本实用新型是这样实现的：一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管，包括一元胞结构，所述元胞结构包括：
阴极金属电极，
N+型衬底，所述N+型衬底设于所述阴极金属电极上；
P型缓冲区，所述P型缓冲区设于所述N+衬底上；
P-型漂移区，所述P-型漂移区设于所述P型缓冲区上；
N-型基区，所述N-型基于设于所述所述P-型漂移区上，所述N-型基区上设有两个P+发射区；每个P+发射区上设有两个N+区；
栅氧化层，所述栅氧化层覆盖设定位置的P-型漂移区、N-型基区、P+发射区以及N+区；
多晶硅栅电极，所述多晶硅栅电极设于所述栅氧化层外侧；
以及，阳极金属电极，所述阳极金属电极设于所述P+发射区以及两个N+区上侧；
所述P-型漂移区以及N-型基区为外延生长形成。
进一步地，所述N-型基区厚度为2-5微米。
进一步地，所述P-漂移区的厚度为50-100微米。
本实用新型的优点在于：本实用新型结构简单，便于实现；通过使用两层外延生长的晶圆刻蚀形成凹槽结构来代替高能离子注入形成MCT阱结构，避免了多次离子注入的复杂工艺及对离子注入机的本身的高性能要求，同时避免了高能离子注入造成的晶格损伤，提高了MOS的沟道迁移率。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型一种SIC MOS栅控晶闸管的示意图。
图2是本实用新型一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法的流程图。
图3是本实用新型一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法的示意图一。
图4是本实用新型一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法的示意图二。
图5是本实用新型一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法的示意图三。
图6是本实用新型一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法的示意图四。
图7是本实用新型一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法的示意图五。
图8是本实用新型一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法的示意图六。
具体实施方式
本实用新型所要解决的是，针对传统掺杂形成的MCT结构对设备及工艺上带来的苛刻要求，通过使用SIC多层外延作为晶圆材料，经过干法刻蚀凹槽实现SIC MCT结构；
如图1所示，本实用新型一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管，其元胞结构包括阴极金属电极1，设置在阴极金属电极1上的N+型衬底2，设置在N+衬底2上的P型缓冲区3，设置在P型缓冲区3上的P-型漂移区4，与SI器件相比，SIC器件可以使用很薄的漂移区来实现很高的耐压，同时可以适当的增加漂移区浓度来进一步减小正向压降，设置在P-型漂移区4上的N-型基区5，设置在N-型基区5上的P+发射区6，设置在P+发射区6上的N+区7，覆盖P-型漂移区4、N-型基区5、P+发射区6、N+区7的栅氧化层8，设置在栅氧化层8外侧的多晶硅栅电极9，设置在P+发射区6、两个N+区7上侧的阳极金属电极10，N-型基区5采用外延材料，P+发射区注入，N+区注入的MCT示意图，SIC器件N-型基区5为外延生长形成，通过干法刻蚀形成沟槽结构，便于连接电极，再通过离子注入形成P+发射区6、N+区7，器件两侧多晶硅栅电极9与栅氧化层8、P发射极6、N-型基区55与P-漂移区4构成了导通MOSFET，通过在多晶硅栅电极9施加负压在N-型基区55侧向表面形成P型沟道，当阳极金属电极10施加正压时，P+区6的空穴通过P型沟道注入到P-漂移区4(NPN的基区)中形成正反馈使器件开启；通过在多晶硅栅电极9施加正压，使N-型基区55与P+发射区6短路破坏擎住效应使器件关断；
所述N-型基区5厚度为2-5微米，所P-漂移区4厚度为50-100微米；
所述P-型漂移区以及N-型基区为外延生长形成。
如图1至8所示，上述晶闸管的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、采用碳化硅两层外延晶圆，所述碳化硅两层外延晶圆为从下至上以此层叠的设置的N+型衬底2、P型缓冲区3、P-型漂移区4以及N-型基区5，碳化硅两层外延为P-型漂移区4以及N-型基区5；在碳化硅两层外延晶圆正面淀积形成掩膜，使用相应光刻版对掩膜进行刻蚀开孔；通过掩膜阻挡对N-型基区5进行凹槽刻蚀，刻穿N-型基区5露出P-型漂移区4，去除掩膜层；
步骤2、重新淀积掩膜，使用相应光刻版对掩膜进行刻蚀开孔，通过掩膜阻挡在N-型基区5进行P阱注入，形成P+发射区6，去除掩膜；
步骤3、重新淀积掩膜，使用相应光刻版进行刻蚀开孔，通过掩膜阻挡在P+发射区6中进行N阱注入，形成N+区7，去除掩膜；
步骤4、在晶圆表面生长栅氧，使用相应光刻版对栅氧进行刻蚀开孔，保留凹槽外侧栅氧及P-型漂移区4、N-型基区5、P+发射区6以及N+区7上的栅氧，形成栅氧化层8；
步骤5、在晶圆表面生长多晶硅，使用相应光刻版对多晶硅进行刻蚀开孔，保留栅氧上方多晶硅，形成多晶硅栅电极9；
步骤6、在晶圆表面生长金属电极，使用相应光刻版对金属电极进行刻蚀开孔，保留P+发射区6以及两个N+区7上方金属电极作为器件的阳极金属电极10；
步骤7、在晶圆背面生长金属电极作为器件的阴极金属电极1。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
Claims (3)
1.一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管，包括一元胞结构，其特征在于，所述元胞结构包括：
阴极金属电极，
N+型衬底，所述N+型衬底设于所述阴极金属电极上；
P型缓冲区，所述P型缓冲区设于所述N+衬底上；
P-型漂移区，所述P-型漂移区设于所述P型缓冲区上；
N-型基区，所述N-型基于设于所述P-型漂移区上，所述N-型基区上设有两个P+发射区；每个P+发射区上设有两个N+区；
栅氧化层，所述栅氧化层覆盖设定位置的P-型漂移区、N-型基区、P+发射区以及N+区；
多晶硅栅电极，所述多晶硅栅电极设于所述栅氧化层外侧；
以及，阳极金属电极，所述阳极金属电极设于所述P+发射区以及两个N+区上侧；
所述P-型漂移区以及N-型基区为外延生长形成。
2.根据权利要求1所述的一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管，其特征在于，所述N-型基区厚度为2-5微米。
3.根据权利要求1所述的一种具有两层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管，其特征在于，所述P-漂移区的厚度为50-100微米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221569760.0U CN217719610U (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种具有两层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221569760.0U CN217719610U (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种具有两层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN217719610U true CN217719610U (zh) | 2022-11-01 |
Family
ID=83775719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202221569760.0U Active CN217719610U (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种具有两层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN217719610U (zh) |
-
2022
- 2022-06-22 CN CN202221569760.0U patent/CN217719610U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ueda et al. | A new vertical power MOSFET structure with extremely reduced on-resistance | |
| US8563986B2 (en) | Power semiconductor devices having selectively doped JFET regions and related methods of forming such devices | |
| JP3259485B2 (ja) | 炭化けい素たて型ｍｏｓｆｅｔ | |
| CN114823911B (zh) | 集成高速续流二极管的沟槽碳化硅mosfet及制备方法 | |
| CN111834449A (zh) | 一种具有背面双mos结构的快速关断rc-igbt器件 | |
| CN108155230B (zh) | 一种横向rc-igbt器件及其制备方法 | |
| EP0454201A2 (en) | A semiconductor device comprising a thyristor | |
| EP3637474A1 (en) | Silicon carbide switch device and manufacturing method therefor | |
| CN109065608A (zh) | 一种横向双极型功率半导体器件及其制备方法 | |
| CN109087946B (zh) | 一种沟槽栅mos控制晶闸管及其制作方法 | |
| CN217719610U (zh) | 一种具有两层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管 | |
| CN108598159B (zh) | 具有宽带隙半导体材料/硅半导体材料异质结的绝缘栅双极晶体管及其制作方法 | |
| CN107564959B (zh) | 一种mos栅控晶闸管及其制作方法 | |
| CN108258040B (zh) | 具有宽带隙半导体衬底材料的绝缘栅双极晶体管及其制作方法 | |
| CN114783873B (zh) | 具有两层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管的制造方法 | |
| CN217719611U (zh) | 一种具有三层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管 | |
| CN114023815B (zh) | 一种半垂直GaN基逆导型IGBT器件及其制备方法 | |
| CN217719612U (zh) | 一种具有四层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管 | |
| CN114783875B (zh) | 具有四层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管的制造方法 | |
| KR100977413B1 (ko) | 플레이너형 절연게이트 바이폴라 트랜지스터 | |
| CN114628507A (zh) | 具有沟槽-平面柵的发射极开关晶闸管及其制造方法 | |
| CN114783874A (zh) | 具有三层外延的碳化硅凹槽mos栅控晶闸管的制造方法 | |
| JPH0529628A (ja) | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ | |
| CN116387348B (zh) | 一种精确控制短沟道的平面型SiC MOSFET及其制造方法 | |
| CN114023814B (zh) | 一种半垂直GaN基场截止型IGBT器件及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |