[发明专利]一种具有渐变浓度掺杂层的横向双扩散碳化硅场效应晶体管

说明书

本发明提出了一种具有渐变浓度掺杂层的横向双扩散碳化硅场效应晶体管，其包括：具有第一导电类型的碳化硅衬底；具有与该第一导电类型相反电性的第二导电类型的漂移区，设置于衬底上；具有第二导电类型的漏极设置于漂移区表面上的一侧、第一导电类型第一阱区设置于漂移区表面的另一侧；具有第一导电类型的接触区以及与其相邻且隔开的第二导电类型的源极，设置于第一阱区；多个第一导电类型掺杂区形成于该漂移区表面上，作为第二导电类型的多区域场限环；栅极氧化层设置于第一阱区上并部分重叠位于第一阱区内的源极以及漂移区；场氧化层设置于漂移区表面上；多个接触电极分别与漏极、源极、以及栅极接触。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅场效应晶体管，特别是一种具有渐变浓度掺杂层的横向双扩散碳化硅场效应晶体管。

背景技术

高压集成电路(HVIC)通常组合一个或多个高压晶体管和同一芯片上的低压电路。这些电路常用的高压组件是横向MOSFET，通常称为横向双扩散MOS晶体管或LDMOS。于LDMOS器件中，传统方式所制作的漂移区是厚的外延层，除了有绝缘的问题之外也不符合经济效益，而离子注入提供的经济有效的解决方案能更好地控制漂移区电荷，其中漂移区电荷会影响击穿电压。对于给定的击穿电压(breakdown voltage)，漂移区电阻主导整体HV-LDMOS器件的导通电阻。因此，重要的是增加漂移区中的掺杂浓度以降低导通电阻。此外，更高的漂移区域浓度可以改善LDMOS的安全操作区域。然而，漂移区电荷(掺杂浓度×厚度)受RESURF条件的限制。因此，需要提出新型器件结构以增进漂移区域掺杂特性。

传统上Si功率电子器件中以高压横向双扩散MOSFET(LDMOSFET)为应用大宗，因其良好的半导体制程兼容性，容易通过内部连线将分布在表面的源极、栅极以及漏极与低压逻辑电路做集成，被广泛应用在高压功率集成电路中。功率半导体于应用上需要具有高源-漏击穿电压(source-to-drain breakdown voltage)、低沟道电阻(低导通电阻)、以及低储存栅极电荷(stored gate charge)。上述高源-漏击穿电压与低导通电阻之间存在一取舍关系，优化这一个取舍关系是LDMOSFET器件的设计上一大挑战。

由于LDMOSFET器件已经广泛应用于功率电子领域，例如功率切换开关、马达驱动、以及汽车电子等。传统Si功率电子器件在极端环境下的耐受性有其发展瓶颈。

碳化硅(SiC)功率半导体组件具有宽禁带、有潜力实现阻断电压(BV；Blockingvoltage)在600V以上到数千伏特之间的低损耗、高速单极性开关组件以及二极管，且能够应用在高温或辐射等极端环境下。SiC之所以能够在高温环境下应用，其主因是SiC具备宽禁带。SiC相较于Si的另一特点为较高的临界击穿电场(critical field)。SiC为唯一可以由热氧化形成氧化层的化合物半导体，因此SiC-LDMOSFET的发展备受期待。但是SiCLDMOSFET只能在一定程度上降低导通电阻，对于功率集成电路对高压LDMOSFET器件如何提高击穿电压仍然是必须克服的课题之一。为此，本发明提出一种具有渐变浓度掺杂层的横向双扩散碳化硅场效应晶体管，可以有效提高器件的击穿电压。

发明内容

本发明提出了一种具有渐变浓度掺杂层的横向双扩散碳化硅场效应晶体管，其包括：具有第一导电类型的碳化硅衬底；具有与第一导电类型相反电性的第二导电类型的漂移区，设置于碳化硅衬底上；具有第二导电类型的漏极设置于漂移区表面上的一侧；具有第一导电类型第一阱区设置于漂移区表面上的另一侧；具有第一导电类型的接触区以及一与其相邻且隔开的具有第二导电类型的源极，设置于第一阱区；多个第一导电类型掺杂区形成于该漂移区表面上位于该漏极与该第一阱区之间，作为第二导电类型的多个埋层(场限环)；栅极氧化层设置于第一阱区上并部分重叠位于第一阱区内的该源极以及漂移区；场氧化层设置于漂移区表面上未被栅极氧化层所覆盖的部分，并覆盖部分漏极的表面；多个接触电极分别与漏极、源极、以及栅极接触。

根据本发明的一个观点，所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。