一种高压碳化硅功率场效应晶体管及高低压集成电路制造技术

本发明专利技术属于半导体器件技术领域，涉及碳化硅半导体器件及集成电路，具体提供一种高压碳化硅功率场效应晶体管及高低压集成电路，以解决传统SiC MOSFET器件的沟道迁移率低、导通电阻高以及高温栅氧可靠性的问题；同时，基于该高压碳化硅功率场效应晶体管器件，实现其与低压器件的同一衬底集成，为新型的SiC集成电路及功率集成电路技术提供新的实现途径。本发明专利技术高压碳化硅功率场效应晶体管的沟道迁移率大大增加，比导通电阻大大降低；同时，由于新型场效应晶体管没有栅氧介质层，能够避免SiC MOSFET的栅氧高温可靠性问题，使得器件能够在高温工作，而且新型场效应晶体管能够很好的实现高低压器件的集成，能够较好地用于高温集电路和高温功率集成电路。路和高温功率集成电路。路和高温功率集成电路。

【技术实现步骤摘要】
一种高压碳化硅功率场效应晶体管及高低压集成电路


[0001]本专利技术属于半导体器件
，涉及碳化硅半导体器件及集成电路，具体为一种高压碳化硅功率场效应晶体管及高低压集成电路。

技术介绍

[0002]二十世纪九十年代以来，碳化硅(SiC)技术飞速发展，同时促进了碳化硅材料所构成的半导体器件的发展；与普通的硅材料相比，碳化硅具有更大的禁带宽度，所以其拥有更高的击穿电场，同时碳化硅材料拥有较更高的热导率，因此适用于高温条件下，且其拥有较高的电流密度。尤其在场效应晶体管(FET)的开发与应用方面，与相同功率等级的硅基场效应晶体管(FET)相比，碳化硅FET有更小的导通电阻，其开关损耗相比于同等级的硅基FET也大幅降低，使之适用于更高的工作频率，另由于其高温稳定性也使得碳化FET可以应用于高温领域；并且用碳化硅材料制备的功率器件及功率集成电路性能要高于普通硅材料的功率器件，因此碳化硅材料具有更广阔的应用前景。
[0003]但是，由于注入离子在碳化硅中的扩散系数较小，无法形成较深的结，使得器件与器件间的隔离变得困难，因此在同一衬底上制作互补型FET器件以及实现高压器件与低压器件的集成(功率集成电路)存在困难，同时由于SiC中反型层中载流子的迁移率极低，无法制作出高性能和在高温环境中应用的CMOS集成电路。
[0004]为了克服该问题，本专利技术提出了高沟道迁移率的新型的高压碳化硅功率场效应晶体管器件，并实现其与低压场效应晶体管器件间的集成。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高压碳化硅功率场效应晶体管器件，以解决传统MOS器件的沟道迁移率低以及导通电阻高的问题；同时，基于该高压碳化硅功率场效应晶体管器件，实现其与低压器件的同一衬底集成，为新型的SiC集成电路及功率集成电路技术提供新的实现途径。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0007]一种高压碳化硅功率场效应晶体管，其特征在于，所述高压碳化硅功率场效应晶体管采用对称结构，包括：设置于第一导电类型SiC衬底或未掺杂SiC绝缘衬底上的碳化硅第二导电类型阱区；碳化硅第二导电类型阱区中依次设置的第一个碳化硅第二导电类型重掺杂源极区、第一个碳化硅第一导电类型重掺杂栅极区、第一个碳化硅第一导电类型掺杂区、碳化硅第二导电类型重掺杂漏极区、第二个碳化硅第一导电类型掺杂区、第二个碳化硅第一导电类型重掺杂栅极区、第二个碳化硅第二导电类型重掺杂源极区，第一个碳化硅第二导电类型重掺杂源极区与第二个碳化硅第二导电类型重掺杂源极区上均设置金属化源极(S)，碳化硅第二导电类型重掺杂漏极区上设置金属化漏极(D)，第一个碳化硅第一导电类型重掺杂栅极区与第二个碳化硅第一导电类型重掺杂栅极区上均设置金属化栅极(G)。
[0008]进一步的，所述第一导电类型为P型，所述场效应晶体管为高压N型碳化硅功率场
效应晶体管；所述第一导电类型为N型，所述场效应晶体管为高压P型碳化硅功率场效应晶体管。
[0009]基于上述高压N型碳化硅功率场效应晶体管，本专利技术还提供一种高低压集成电路，包括：设置于同一P型SiC衬底或未掺杂SiC绝缘衬底上的低压N型碳化硅功率场效应晶体管(N
‑
JFET)、低压P型碳化硅功率场效应晶体管(P
‑
JFET)及高压碳化硅功率场效应晶体管，所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管之间设置碳化硅P型隔离区、该碳化硅P型隔离区连接于低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极，所述低压P型碳化硅功率场效应晶体管与高压碳化硅功率场效应晶体管之间设置碳化硅P型隔离区、该碳化硅P型隔离区连接于高压碳化硅功率场效应晶体管的源极，所述碳化硅P型隔离区由设置于衬底上的碳化硅P型掺杂隔离区及其上的碳化硅P型重掺杂隔离区构成。
[0010]进一步的，所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管构成反相器电路，低压P型碳化硅功率场效应晶体管的源极接高电位(V
DD
)，低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极接地(GND)，低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的栅极为输入电极(V
in
)，低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的漏极为输出电极(V
out
)、连接高压碳化硅功率场效应晶体管的栅极驱动高压碳化硅功率场效应晶体管，高压碳化硅功率场效应晶体管的源极与低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极相连、漏极接片外负载到偏置电压。
[0011]基于上述高压P型碳化硅功率场效应晶体管，本专利技术还提供一种高低压集成电路，包括：设置于同一N型SiC衬底或未掺杂SiC绝缘衬底上的低压N型碳化硅功率场效应晶体管(N
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JFET)、低压P型碳化硅功率场效应晶体管(P
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JFET)及高压碳化硅功率场效应晶体管，所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管之间设置碳化硅N型隔离区、该碳化硅N型隔离区连接于低压P型碳化硅功率场效应晶体管的源极，所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与高压碳化硅功率场效应晶体管之间设置碳化硅N型隔离区、该碳化硅N型隔离区连接于低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极，所述碳化硅N型隔离区由设置于衬底上的碳化硅N型掺杂隔离区及其上的碳化硅N型重掺杂隔离区构成。
[0012]进一步的，所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管构成反相器电路，低压P型碳化硅功率场效应晶体管的源极接地，低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极接低电位，低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的栅极为输入电极(V
in
)，低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的漏极为输出电极(V
out
)、连接高压碳化硅功率场效应晶体管的栅极驱动高压碳化硅功率场效应晶体管，高压碳化硅功率场效应晶体管的源极与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的源极相连、漏极接片外负载到偏置电压。
[0013]进一步的，基于上述两种高压碳化硅功率场效应晶体管，本专利技术还提供一种高低压集成电路，包括：同一未掺杂SiC绝缘衬底上依次设置的高压N型碳化硅功率场效应晶体管(HV N
‑
JFET)、第一个低压N型碳化硅功率场效应晶体管(N
‑
JFET)、第一个低压P型碳化硅功率场效应晶体管(P
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JFET)、第二个低压N型碳化硅功率场效应晶体管(N
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JFET)、第二个低压P型碳化硅功率场效应晶体管(P
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JFET)及高压P型碳化硅功率场效应晶体管(HV P
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JFET)；其中，第一个低压N型碳化硅功率场效应晶体管与第一个低压P型碳化硅功率场效应晶体管构成第一个反相器，第二个低压N型碳化硅功率场效应晶体管、第二个低压P型碳化
硅功率场效应晶体管构成第二个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压碳化硅功率场效应晶体管，其特征在于，所述高压碳化硅功率场效应晶体管采用对称结构，包括：设置于第一导电类型SiC衬底或未掺杂SiC绝缘衬底上的碳化硅第二导电类型阱区；碳化硅第二导电类型阱区中依次设置的第一个碳化硅第二导电类型重掺杂源极区、第一个碳化硅第一导电类型重掺杂栅极区、第一个碳化硅第一导电类型掺杂区、碳化硅第二导电类型重掺杂漏极区、第二个碳化硅第一导电类型掺杂区、第二个碳化硅第一导电类型重掺杂栅极区、第二个碳化硅第二导电类型重掺杂源极区，第一个碳化硅第二导电类型重掺杂源极区与第二个碳化硅第二导电类型重掺杂源极区上均设置金属化源极(S)，碳化硅第二导电类型重掺杂漏极区上设置金属化漏极(D)，第一个碳化硅第一导电类型重掺杂栅极区与第二个碳化硅第一导电类型重掺杂栅极区上均设置金属化栅极(G)。2.按权利要求1所述高压碳化硅功率场效应晶体管，其特征在于，所述第一导电类型为P型，所述场效应晶体管为高压N型碳化硅功率场效应晶体管；所述第一导电类型为N型，所述场效应晶体管为高压P型碳化硅功率场效应晶体管。3.一种高低压集成电路，包括：设置于同一P型SiC衬底或未掺杂SiC绝缘衬底上的低压N型碳化硅功率场效应晶体管(N
‑
JFET)、低压P型碳化硅功率场效应晶体管(P
‑
JFET)及权利要求2所述高压N型碳化硅功率场效应晶体管，所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管之间设置碳化硅P型隔离区、该碳化硅P型隔离区连接于低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极，所述低压P型碳化硅功率场效应晶体管与高压碳化硅功率场效应晶体管之间设置碳化硅P型隔离区、该碳化硅P型隔离区连接于高压碳化硅功率场效应晶体管的源极，所述碳化硅P型隔离区由设置于衬底上的碳化硅P型掺杂隔离区及其上的碳化硅P型重掺杂隔离区构成；所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管构成反相器电路，低压P型碳化硅功率场效应晶体管的源极接高电位(V
DD
)，低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极接地(GND)，低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的栅极为输入电极(V
in
)，低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的漏极为输出电极(V
out
)、连接高压碳化硅功率场效应晶体管的栅极驱动高压碳化硅功率场效应晶体管，高压碳化硅功率场效应晶体管的源极与低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极相连、漏极接片外负载到偏置电压。4.一种高低压集成电路，包括：设置于同一N型SiC衬底或未掺杂SiC绝缘衬底上的低压N型碳化硅功率场效应晶体管(N
‑
JFET)、低压P型碳化硅功率场效应晶体管(P
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JFET)及权利要求2所述高压P型碳化硅功率场效应晶体管，所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管之间设置碳化硅N型隔离区、该碳化硅N型隔离区连接于低压P型碳化硅功率场效应晶体管的源极，所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与高压碳化硅功率场效应晶体管之间设置碳化硅N型隔离区、该碳化硅N型隔离区连接于低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极，所述碳化硅N型隔离区由设置于衬底上的碳化硅N型掺杂隔离区及其上的碳化硅N型重掺杂隔离区构成；所述低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管构成反相器电路，低压P型碳化硅功率场效应晶体管的源极接地，低压N型碳化硅功率场效应晶体管的源极接低电位，低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的栅极为输入电极(V
in
)，低压N型碳化硅功率场效应晶体管与低压P型碳化硅功率场效应晶体
管的漏极为输出电极(V
out
)、连接高压碳化硅功率场效应晶体管的栅极驱动高压碳化硅功率场效应晶体管，高压碳化硅功率场效应晶体管的源极与低压P型碳化硅功率场效应晶体管的源极相连、漏极接片外负载到偏置电压。5.一种高低压集成电路，其特征在于，包括：同一未掺杂SiC绝缘衬底上依次设置的权利要求2所述高压N型碳化硅功率场效应晶体管(HV N
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JFET)、第一个低压N型碳化硅功率场效应晶体管(N
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JFET)、第一个低压P型碳化硅功率场效应晶体管(P
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JFET)、第二个低压N型碳化硅功率场效应晶体管(N
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JFET)、第二个低压P型碳化硅功率场效应晶体管(P
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JFET)及权利要求2所述高压P型碳化硅功率场效应晶体管(HV P
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JFET)；其中，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔谋夫，王彬，胡泽伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：