[發(fā)明專利]異質柵多階梯場極板橫向雙擴散金屬氧化物半導體管

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710023524.2
• 申請日: 2007-06-01
• 公開（公告）號: CN101079446A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 陳軍寧;柯導明;代月花;高珊;徐超;孟堅;吳秀龍
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/49;H01L29/423
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

????????????????????????????????技術領域

本發(fā)明是一種金屬氧化物半導體管，尤其是在高頻、高壓、高功率場合中進行應用的金屬氧化物半導體管。

????????????????????????????????背景技術

橫向雙擴散金屬氧化物半導體管功率器件具有線性動態(tài)范圍大、增益高和溫度特性好等優(yōu)點，更為重要的是橫向雙擴散金屬氧化物半導體管易于兼容低壓標準CMOS工藝，滿足信號控制電路和高壓功率電路集成在一塊芯片上的系統(tǒng)化、微型化的設計趨勢，提高芯片的可靠性和降低成本，因此體硅橫向雙擴散金屬氧化物半導體管在工作電壓為10V-200V的功率放大器中具有較大的應用優(yōu)勢。但是，現(xiàn)有的橫向雙擴散金屬氧化物半導體管的柵電極仍然采用普通的單柵結構，缺少場極板與異質柵相結合的橫向雙擴散金屬氧化物半導體管，因此不能同時在閾值電壓、頻率、電流、功耗、擊穿電壓方面實現(xiàn)器件性能提升。目前的研究表明擊穿電壓和導通電阻都與橫向雙擴散金屬氧化物半導體管漂移區(qū)摻雜濃度相關，在芯片面積相同的條件下，漂移區(qū)摻雜濃度越高，擊穿電壓BVds則越低，導通電阻值(Ron，sp)也減小，反之漂移區(qū)摻雜濃度越低，擊穿電壓BVds則越高，導通電阻值(Ron，sp)也增大，兩者成Ron，sp∝BVds^2.5的關系。在高壓大功率場合應用中，擊穿電壓低則器件的工作電壓受到限制；導通電阻大則器件的功耗也就非常大而且容易產(chǎn)生自加熱效應使器件性能惡化，可靠性降低。這兩種情況都是對高壓功率器件非常不利的因素，因此橫向雙擴散金屬氧化物半導體管的擊穿電壓和導通電阻性能提高相互矛盾，使得產(chǎn)品在高頻、高壓、高功率的場合中的應用受到限制。另外，隨著橫向雙擴散金屬氧化物半導體管的應用領域的拓展，大驅動電流、高跨導和高截止頻率作為評價射頻功率器件性能的重要指標也亟待提高。

????????????????????????????????發(fā)明內容

本發(fā)明針對目前橫向雙擴散金屬氧化物半導體管的擊穿電壓和導通電阻性能提高相互矛盾的問題，提供一種異質柵多階梯場極板橫向雙擴散金屬氧化物半導體管，通過異質柵和多階梯場極板技術的結合，在保持橫向雙擴散金屬氧化物半導體管擊穿特性的基礎上，提高驅動電流、跨導，減小導通電阻，降低功耗，以使橫向雙擴散金屬氧化物半導體管在高頻、高壓、高功率的場合中得到很好的應用。

本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案：

本發(fā)明的結構特點是設置源柵和漏柵的異質雙柵結構，由第一級場極板和第二級場極板構成多階梯場極板，源柵、漏柵、第一級場極板和第二級場極板依次相連；源和漏分別設置在溝道阱區(qū)和阱漂移區(qū)上；柵氧化層設在源柵、漏柵與溝道阱區(qū)之間，在溝道阱區(qū)上設有阱接觸孔；場氧化層在第一級場極板、第二級場極板以及阱漂移區(qū)之間；氧化層覆蓋在多階梯場極板之上；溝道阱區(qū)和阱漂移區(qū)均位于襯底之上。

本發(fā)明的結構特點也在于：

所述源柵采用高功函數(shù)材料，包括鎢和p型多晶硅、鉬和鎢化物；漏柵采用低功函數(shù)材料，包括鋁和n型多晶硅。

所述源柵和漏柵的雙柵總長度為0.4-1.7μm。

所述源柵與漏柵的長度比為1∶1。

由第一級場極板和第二級場極板構成的階梯場板總長度為3.3μm，其中第一級場極板下的場氧化層厚度為0.4-0.5μm，第二級場極板下的場氧化層厚度為0.6μm。

與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明設置多階梯場板結構，從而在峰值電場變化幅度較小的前提下增加了峰值的個數(shù)，提高漂移區(qū)的平均電場。第一級場極板和第二級場極板總長度存在最優(yōu)值，保持總長度調節(jié)第一級場極板和第二級場極板長度比例以及所覆蓋場氧化層厚度，實現(xiàn)橫向雙擴散金屬氧化物半導體管擊穿電壓和導通電阻之間的均衡，獲得較好擊穿特性，導通電阻值以及飽和電流特性。

2、本發(fā)明設置源柵和漏柵的異質雙柵結構，用以替代傳統(tǒng)單柵結構，靠近源的源柵采用高功函數(shù)的鎢、p型多晶硅或鉬和鎢化物，靠近溝道末端的漏柵采用低功函數(shù)的鋁和n型多晶硅。一方面源柵和漏柵的功函數(shù)差在溝道中形成階梯電勢分布，增大載流子漂移速度，而且源柵和漏柵功函數(shù)差越大，對載流子的加速作用越顯著，從而提高橫向雙擴散金屬氧化物半導體管的驅動電流，跨導和截止頻率。另一方面，漏柵具有效屏蔽漏端電場影響的作用，抑制了短溝道效應，降低溝道末端電場峰值。

3、本發(fā)明異質柵和多階梯場板連接在一起，得到低導通電阻和耐高壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體管。