CN105932062B - 一种具有埋氧场板的soi ldmos器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，涉及一种半导体功率器件，包括P型衬底、埋氧层、埋氧场板、顶层硅、横向多晶硅栅、源电极、漏电极、金属电极及栅氧化层；本发明的SOI LDMOS器件，具有源、漏埋氧场板，漏埋氧场板的引入屏蔽了漏区N+区域下的漂移区，使得器件的纵向电压由漏埋氧场板下的埋氧层承担。源埋氧场板的引入增强了器件的体耗尽并调制了器件的横向电场分布，从而提高了器件的击穿电压并降低了导通电阻。另外，由于埋氧场板取代了一部分埋氧层且多晶硅的热导率大于二氧化硅，所以本申请可以有效的改善器件的自加热效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体功率器件，特别涉及一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件。
背景技术
SOI(Silicon On Insulator)技术由于具有低漏电、低寄生电容、低功耗、高可靠性、便于隔离等优点，被广泛的应用于各种智能功率集成电路(Smart Power IntegratedCircuit，SPIC)和高压集成电路(High Voltage Integrated Circuit，HVIC)中，并被称之为“21世纪硅集成技术”。
SOI LDMOS(Laterally Double-Diffused MOSFET)器件由于其优秀的电学性能已被广泛的应用汽车电子、航空航天等领域。并且，SOI LDMOS器件作为SPIC和HVIC中的核心高压功率器件，通常需要工作在高压、大电流的状态。但LDMOS器件的比导通电阻(SpecificOn-resistance，Ron,sp)与击穿电压(Breakdown Voltage，BV)之间存在着严重的矛盾关系，即比导通电阻与击穿电压的2.5次方成正比。随着击穿电压的提高，器件的导通电阻会大幅增加，进而导致器件功耗的增大。为了改善器件击穿电压与比导通电阻之间的关系，RESURF(Reduce Surface Field)原理和各种终端技术相继提出。超结技术(Super Junction，SJ)就是其中的一种，虽然SJ技术可以有效的改善SOI LDMOS器件击穿电压与导通电阻之间的关系，但由于衬底辅助效应(Substrate Assisted Depletion Effect，SAD)的存在，使得SJ器件结构不能最大程度地实现RESURF效果，进而导致无法实现最优的击穿电压特性。另外，高掺杂的P柱/N柱经过长时间的高温退火，会使得杂质的分布不均匀，导致器件的性能并不如设计的那般理想，并且工艺较为复杂。以上原因限制了SJ技术在横向功率半导体器件中的应用。
SOI器件与传统的体硅器件相比，在漂移区与衬底中间引入了一个厚的埋氧层，形成了类似于“三明治”的结构。埋氧层的热传导率远远的小于硅衬底，二氧化硅的热导率是1.4W/m.K，硅的热导率是140W/m.K，硅热传导率是二氧化硅热传导率的100倍，这时埋氧层就相当于一个热阻挡层，阻碍了热量从有源区向衬底的释放，从而使得器件的温度显著上升。自加热效应 会对器件带来一系列不利的影响，例如：载流子的负微分迁移率以及饱和输出电流的下降，这严重限制了SOI器件在高温大功率领域的应用。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件(SOILDMOS With Buried Field Plate，简称BFP-LDMOS)。本发明一方面可以有效改善器件击穿电压与导通电阻之间的关系，另一方面又能够有效缓解SOI LDMOS器件的自加热效应，从而提高器件的性能。
一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，包括P型衬底、埋氧层、沟道区、漂移区、源极P+区域、源极N+区域、漏极N+区域、源极、漏极、栅极和栅氧化层；其特征在于：还包括源埋氧场板、漏埋氧场板、第一连接金属、第二连接金属；埋氧层内设有源埋氧场板和漏埋氧场板；漏极通过第一连接金属与漏埋氧场板连接，源极通过第二连接金属与源埋氧场板。
所述的源埋氧场板、漏埋氧场板由多晶硅材料构成。
所述第一连接金属和第二连接金属由金属铝构成。
所述源区包括重掺杂的N型区域和重掺杂的P型区域。
所述沟道区的掺杂类型为P型，所述漂移区及漏区掺杂类型为N型。
所述源极N+区域和漏极N+区域的掺杂浓度大于1×1019cm-3，并源极N+区域与源极形成欧姆接触，漏极N+区域与漏极形成欧姆接触。
如上所述，本发明提供一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，至少包括P型衬底、埋氧层、埋氧场板、顶层硅、横向多晶硅栅、源电极、漏电极、连接金属及栅氧化层；有源区，形成于上述顶层硅中，包括依次相连的源区、沟道区、漂移区及漏区。所述埋氧场板由多晶硅材料构成，且连接金属分别与源、漏电极相连。
本发明的具有埋氧场板的SOI LDMOS器件可以有效的改善器件击穿电压与导通电阻之间的关系；而且，由于多晶硅埋氧场板取代了一部分埋氧层，所以本发明还可以有效的改善SOI LDMOS器件的自加热效应。
附图说明
图1为传统的SOI LDMOS器件结构示意图；
图2为本发明的具有埋氧场板的SOI LDMOS器件结构示意图；
图3为传统的SOI LDMOS器件结构、具有埋氧场板的SOI LDMOS器件结构击穿特性的仿真对比图；
图4为传统的SOI LDMOS器件结构、具有埋氧场板的SOI LDMOS器件结构表面电场分布对比图；
图5为传统的SOI LDMOS器件结构、具有埋氧场板的SOI LDMOS器件结构自加热效应的仿真对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明进行具体阐述。
如图1所示，为现有的SOI LDMOS器件，如图2所示，一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，包括P型衬底1、埋氧层2、沟道区5、漂移区6、源极P+区域7、源极N+区域8、漏极N+区域9、源极12、漏极13、栅极15和栅氧化层14；其特征在于：还包括源埋氧场板3、漏埋氧场板4、第一连接金属10、第二连接金属11；埋氧层2内设有源埋氧场板3和漏埋氧场板4；漏极13通过第一连接金属10与漏埋氧场板4连接，源极12通过第二连接金属11与源埋氧场板3。
所述的源埋氧场板3、漏埋氧场板4由多晶硅材料构成。
所述第一连接金属10和第二连接金属11由金属铝构成。
所述源区包括重掺杂的N型区域和重掺杂的P型区域。
所述沟道区的掺杂类型为P型，所述漂移区及漏区掺杂类型为N型。
所述源极N+区域8和漏极N+区域9的掺杂浓度大于1×1019cm-3，并源极N+区域8与源极12形成欧姆接触，漏极N+区域9与漏极13形成欧姆接触。
图3给出了BFP-LDMOS和C-LDMOS两种结构击穿特性的比较。由于漏端N+/N结的曲率效应，击穿通常发生在漏端N+区域的拐角处。从图中可得，传统SOI LDMOS器件的击穿电压为128V，BFP-LDMOS器件的击穿电压为182V，提升了42.2％。漏埋氧场板的引入使得器件的击穿电压不再受纵向耐压的限 制，纵向上的耐压由漏埋氧场板下的介质层承担。
图4显示了两种器件结构沿器件表面(y＝0.01μm)的电场分布情况。从图中可以看出，BFP-LDMOS相比于C-LDMOS有两个新的电场峰值C'和D'，这两个电场峰值分别是由源埋氧场板和漏埋氧场板引入。除此之外，BFP-LDMOS源端和漏端的电场相比于C-LDMOS有了明显的下降，源端的电场从35V/μm下降到27V/μm，漏端电场从43V/μm下降到15V/μm，从而使得BFP-LDMOS的表面电场分布更加的平坦，这将显著的提高器件的击穿电压。
图5给出了BFP-LDMOS和C-LDMOS两种器件在栅压Vgs＝10V，功耗P＝1mW/μm时，晶格温度沿器件表面(y＝0.01μm)的分布图。在仿真中设定衬底温度为室温300K，从图中可以看出C-LDMOS器件的最高晶格温度为390.5K，BFP-LDMOS器件的最高晶格温度为356.7K，二者的最高晶格温度均出现在沟道区与漂移区的交界处。两种器件的最高晶格温度相差33.8K，这说明埋氧场板的引入可以有效的降低器件的最高晶格温度。出现上述现象的原因主要是由于埋氧场板取代了一部分埋氧层，二氧化硅的热导率是1.4W/m.K，多晶硅的热导率是34.3W/m.K，增强了器件的散热能力，进而有效的缓解了BFP-LDMOS器件的自加热效应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，包括P型衬底(1)、埋氧层(2)、沟道区(5)、漂移区(6)、源极P+区域(7)、源极N+区域(8)、漏极N+区域(9)、源极(12)、漏极(13)、栅极(15)和栅氧化层(14)；其特征在于：还包括源埋氧场板(3)、漏埋氧场板(4)、第一连接金属(10)、第二连接金属(11)；埋氧层(2)内设有源埋氧场板(3)和漏埋氧场板(4)；漏极(13)通过第一连接金属(10)与漏埋氧场板(4)连接，源极(12)通过第二连接金属(11)与源埋氧场板(3)。
2.根据权利要求1一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，其特征在于：所述的源埋氧场板(3)、漏埋氧场板(4)由多晶硅材料构成。
3.根据权利要求1一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，其特征在于：所述第一连接金属(10)和第二连接金属(11)由金属铝构成。
4.根据权利要求1一种具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，其特征在于：所述源极P+区域、源极N+区域包括重掺杂的N型区域和重掺杂的P型区域。
5.根据权利要求1具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，其特征在于：所述沟道区的掺杂类型为P型，所述漂移区及漏极N+区域掺杂类型为N型。
6.根据权利要求1具有埋氧场板的SOI LDMOS器件，其特征在于：所述源极N+区域(8)和漏极N+区域(9)的掺杂浓度大于1×1019cm-3，并源极N+区域(8)与源极(12)形成欧姆接触，漏极N+区域(9)与漏极(13)形成欧姆接触。
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