[發明專利]一種雙層基區SiC NPN集成晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201910089310.8
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109887995B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 蒲紅斌;唐新宇;王曦;安麗琪;劉青;李佳琪;杜利祥
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/16;H01L21/331;H01L29/73
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

本發明公開了一種雙層基區SiC NPN集成晶體管，包括襯底，襯底的上端表面依次設置有第一外延層、第二外延層、第三外延層、第四外延層、第五外延層；第五外延層和第四外延層組成凸臺三；第三外延層和第二外延層組成凸臺二；第一外延層為凸臺一；還包括鈍化層，鈍化層覆蓋凸臺三、凸臺二和凸臺一的外表面及襯底的上端表面；凸臺三的上端表面設有電極一；凸臺二的上端表面設有電極二；凸臺三的上端表面設有有電極三。本發明還公開了該雙層基區SiC NPN集成晶體管的制作方法。本發明提供的雙層基區SiC NPN集成晶體管的基區采用低高結的雙層結構，降低增益β隨溫度的漂移程度。

技術領域

本發明屬于半導體集成電路領域，涉及一種雙層基區SiC NPN集成晶體管，本發明還涉及上述雙層基區SiC NPN集成晶體管的制作方法。

背景技術

碳化硅(SiC)材料具有高禁帶寬度、高臨界擊穿電場、高熱導率和高飽和電子漂移速度等優點，這些優點使SiC基集成電路能夠在500℃高溫環境下工作，得到了業界的認可。其中，SiC雙極集成電路由于不存在柵氧化層可靠性問題，更適用于高溫環境。由于SiC材料獨特的性質，其SiC NPN集成晶體管及及制作工藝均不兼容與現有技術，SiC NPN集成晶體管的共射極電流增益β隨溫度漂移問題嚴重，對集成電路的性能影響不容忽視。

2008年美國Purdue大學的Singh S,Cooper J A等人在其論文《Demonstrationand Characterization of Bipolar Monolithic Integrated Circuits in 4H-SiC》中首次報道了基于SiC NPN集成晶體管的TTL門電路，測試結果表明該電路可以在300℃環境中正常工作，但是SiC BJT的共射極電流增益β從室溫下的23下降到300℃下的15。2013年他們在論文《Modeling of High Performance 4H-SiC Emitter Coupled Logic Circuits》中對之前SiC NPN集成晶體管的參數進行了優化，室溫下增益提高到了56，但是500℃下的增益為32。2012年瑞典KTH大學的Zetterling C M等人在其論文《Design andCharacterization of High-Temperature ECL-Based Bipolar Integrated Circuits in4H-SiC》中報道了平均傳播延遲為300ns的TTL門電路，測試結果表明，SiC NPN集成晶體管在室溫下電流增益為45，但300℃時下降到21；2018年他們在論文《A500℃Active Down-Conversion Mixer in Silicon Carbide Bipolar Technology》中根據電路的要求設計了SiC NPN集成晶體管的結構參數，測試結果表明室溫下的電流增益為40，但500℃時下降到16，仍有很大的溫度漂移。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙層基區SiC NPN集成晶體管，解決現有SiCNPN集成晶體管增益β隨溫度漂移過大的問題。

本發明的另一目的是提供該種雙層基區SiC NPN集成晶體管的制作方法。

本發明所采用的技術方案是，一種雙層基區SiC NPN集成晶體管，包括襯底；

襯底的上端表面依次設置有第一外延層、第二外延層、第三外延層、第四外延層、第五外延層；

第五外延層和第四外延層組成凸臺三；第三外延層和第二外延層組成凸臺二；第一外延層為凸臺一；

還包括鈍化層，鈍化層覆蓋凸臺三、凸臺二和凸臺一的外表面及襯底的上端表面；

凸臺三的上端表面設有有電極一；

凸臺二的上端表面設有電極二；

凸臺一的上端表面設有有電極三。

本發明的特點還在于：

襯底的材料為高純半絕緣SiC；