CN108666366A - 一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体功率器件技术领域，涉及一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件。本发明的具有阶梯埋氧层的横向高压器件在N型漂移区和P型衬底之间引入阶梯型的埋氧层，并且按照从源到漏逐渐增加，较好优化了漂移区内电荷分布，屏蔽衬底辅助耗尽效应，从而使得超结层达到了电荷平衡增加了器件的横向击穿电压。另外阶梯型的埋氧层也起到了固定空穴的作用使得埋层上界面空穴浓度大大增加，从而使得埋层电场得到了增加，提高器件的纵向击穿电压。本发明的有益效果为，具有耐高压，同时降低了工艺难度。

Description

一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件

技术领域

本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件。

背景技术

功率半导体器件作为电力电子系统的核心器件，是现代生活中不可或缺的重要电子元件。随着应用范围的拓宽，其应用领域从家用消费类电子设备延伸到各类工业设备、能源和航天等领域。近年来，随着科学技术的飞速发展，使得半导体技术逐渐形成两大分支：一个是以大规模集成电路为核心，实现对信息的存储、处理以及转换；另一个则是以功率半导体器件为核心，应用于电源和控制电路，实现对电能的处理和变换。

功率器件全称是功率半导体器件或半导体功率器件，简单的说，就是进行功率处理的，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件。随着社会的发展，功率器件朝着高耐压BV、低比导通电阻R _on,sp的方向发展。对于目前研究的硅材料器件，比导通电阻R _on,sp和耐压BV呈2.5次方的关系（“硅极限”），高的比导通电阻会降低器件的性能。

电力电子系统的小型化、集成化为功率半导体器件的发展提出了一个重要方向：智能功率集成电路。它要求将保护、控制、检测、驱动等低压电路和高压功率器件集成在统一芯片上。因此，要求功率器件的尺寸越来越小，器件的性能越来越好。

陈星弼院士提出了超结功率器件，进一步优化了耐压与比导通电阻之间的关系。在器件中运用超结技术，即用高浓度掺杂的P条和N条替代单一掺杂的漂移区。对于N型LDMOS而言，当器件处于开态时，高浓度掺杂的N条可以提供低阻通道，有效降低器件的比导通电阻。当器件处于关态时，高浓度掺杂的P条和N条相互耗尽，N条中的电离施主离子终止于P区中的电离受主离子，提高器件的表面电场，增强器件的耐压。但是，常规超结器件存在衬底辅助耗尽效应，即N型漂移区和P型衬底之间会存在一个纵向PN结，破坏超结层中南P条和N条间的电荷平衡，降低器件的耐压。具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件特点是P型衬底和N型漂移区之间的阶梯型埋氧层，优化了漂移区内电荷分布较好。另外阶梯型的埋氧层也起到了固定空穴的作用使得埋层上界面空穴浓度大大增加，从而使得埋层电场得到了增加，提高器件的纵向耐压。

发明内容

本发明申请的目的在于在N型漂移区和P型衬底之间加入阶梯型的埋氧层，提高器件的耐压，缓解器件的“硅极限”。阶梯埋氧将漂移区按照深度划分为三个部分并按照从源极到漏极逐渐增加，漂移区对超结层的补偿从源极到漏极依次增加，优化器件电荷分布，屏蔽衬底辅助耗尽效应，实现超结层电荷平衡，提高器件表面电场，增强器件横向耐压。此外，阶梯型的埋氧层可以固定埋层上界面的空穴，增加埋层电场，提高器件的耐压。

本发明的技术方案：

一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件其元胞结构包括P型衬底1、埋氧层23，N型漂移区31，其特征在于：所述N型漂移区31包括P型阱区41，超结层71，第二N型重掺杂区34。

具体的，

所述P型体区41包括P型重掺杂区41和第一N型重掺杂区32，其上端面是源端电极52。

具体的，

P型体区41和多晶硅栅极通过介质21隔离。

具体的，

超结层71包括N型掺杂区33和P型掺杂区43。

具体的，

第二N型重掺杂区34上端面是漏端电极53。

具体的，

漏端电极53和多晶硅电极61通过介质22隔离。

具体的，

介质隔离层22上端面设置有漏极场板81，并且漏极场板81和漏端电极53相连。

具体的，

埋氧层23隔离P型衬底1和N型漂移区31，并且按照从源端到漏端阶梯深度逐渐增加的分布，阶梯是共有三层。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明提供的一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件，在N型漂移区和P型衬底之间引入阶梯型分布的埋氧层。本发明与传统技术相比，即引入阶梯埋氧层，主要的优点：（1）隔离N型漂移区和P型衬底；（2）阶梯型的分布，优化漂移区电荷分布，使得漂移区对超结层电荷补偿从源端到漏端逐渐增加，屏蔽器件衬底辅助耗尽效应，实现超结层电荷平衡；（3）阶梯型分布的埋氧层可以固定埋层上界面空穴，增加埋层界面电荷浓度，增强器件的耐压。

附图说明

图1 为实施例1的结构示意图；

图2 为实施例2的结构示意图；

图3 为实施例3的结构示意图；

图4 为实施例4的结构示意图；

图5 为实施例5的结构示意图；

图6 为实施例6的结构示意图；

图7 为常规超结横向高压功率器件结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

如图1所示，一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件，包括P型衬底1上、阶梯型的埋氧层23以及设置在埋氧层23上端的N型漂移区31，所述N型漂移区31中设置有P型体区41、超结层71以及第二N型重掺杂34，所述P型体区41中包括相互独立的第一N型重掺杂区42和P型重掺杂区32，所述P型体区41上端设置有源金属52和栅氧化层21，所述栅氧化层21上端设置有多晶硅栅电极61，所述超结层71包括N型掺杂条33和P型掺杂条43，所述第二N型重掺杂34上端面设置有漏极金属53，所述漏极金属53和栅氧化层21之间通过介电层22隔离，所述介质隔离层22上端面设置有漏极场板81。

实施例2

如图2所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：P型衬底1和N型漂移区31之间的埋氧层形状变成部分阶梯。较实施例1，降低器件的自热效应。

实施例3

如图3所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：超结层71位于器件N型漂移区31的内部。

实施例4

如图4所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：N型漂移区31中超结层变为部分超结层，位于漂移区的左半边。

实施例5

如图5所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：部分超结层71在N型漂移区31的内部，并且位于漂移区的左半边。

实施例6

如图6所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：超结层P条43由高K材料替代，降低工艺难度。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件，包括P型衬底1上、阶梯型的埋氧层23以及设置在阶梯埋氧层23上端的N型漂移区31，所述N型漂移区31中设置有P型体区41、超结层71以及第二N型重掺杂34，所述P型体区41中包括相互独立的第一N型重掺杂区42和P型重掺杂区32，所述P型体区41上端设置有源金属52和栅氧化层21，所述栅氧化层21上端设置有多晶硅栅电极61，所述超结层71包括N型掺杂条33和P型掺杂条43，所述第二N型重掺杂34上端面设置有漏极金属53，所述漏极金属53和栅氧化层21之间通过介电层22隔离，所述介质隔离层22上端面设置有漏极场板81。

2.根据权利要求1所述的一种具有阶梯埋氧层的超结横向高压器件，其特征在于，所述阶梯型埋氧层23，位于P型衬底和N型漂移区31之间。