[發明專利]一種具有傾斜表面漂移區的絕緣體上硅橫向功率晶體管

無效

• 申請號: 200810244034.X
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101442069A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 郭宇鋒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L29/861;H01L29/739
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明屬于半導體功率器件技術領域，它特別涉及大功率和高壓應用的絕緣體上硅(Semiconductor?On?Insulator，簡稱SOI)橫向功率器件，如橫向擴散場效應晶體管LDMOS、橫向高壓二極管、橫向絕緣柵雙極型晶體管LIGBT等。

背景技術

SOI技術具有隔離性能好、工作速度高、抗閉鎖能力強等優點，在智能功率集成電路和功率片上系統中具有廣泛的應用前景。作為決定智能功率集成電路和功率片上系統性能的關鍵器件，SOI橫向功率器件技術受到了眾多學者的廣泛研究。

在橫向功率器件的設計中，必須綜合考慮擊穿電壓、導通電阻、晶體管尺寸、制造成本和可靠性等因素的折中。通常而言，某方面性能的改善往往會導致其它性能的退化。特別是擊穿電壓的提高通常是以導通電阻的增加為代價的。

SOI橫向功率器件的基本結構是RESURF(Reduced?Surface?Field)結構。圖1給出了一個典型常規SOI橫向擴散場效應晶體管(Lateral?Double?Diffusion?Metal?OxideSemiconductor?Field?Effect?Transistor，簡稱LDMOS)的示意圖。它由半導體襯底100，埋氧層102，半導體SOI層120，場氧層112a，柵氧化層112b，和柵金屬114組成。其中所述的SOI層120包括具有第一類導電類型的半導體區域106，具有高摻雜濃度的第二類導電類型的半導體區域104和108，以及具有低摻雜濃度的第二類導電類型的半導體區域110。這里104構成LDMOS的源區104，106構成LDMOS的溝道區，108構成LDMOS的漏區，110構成LDMOS的漂移區。大量研究表明當漂移區的濃度和厚度的乘積約為10¹²cm^-2，器件具有最高的擊穿電壓。此時漂移區兩端表面處的電場達到最高值，而中部電場仍較低，從而限制了器件的耐壓能力。

為了改善RESURF結構的擊穿特性，美國專利5246870和5412241提出了一種橫向線性摻雜的SOI高壓器件結構，如圖2所示。它由半導體襯底100，埋氧層102，半導體SOI層120，場氧層112a，柵氧化層112b，和柵金屬114組成。其中所述的SOI層120包括具有第一類導電類型的半導體區域106，具有高摻雜濃度的第二類導電類型的半導體區域104和108，以及具有低摻雜濃度的第二類導電類型的半導體區域110。這里104構成LDMOS的源區104，106構成LDMOS的溝道區，108構成LDMOS的漏區，110構成LDMOS的漂移區。所述的低摻雜濃度的第二類導電類型的半導體區域110的摻雜濃度從溝道區一側向漏區一側線性增加。通過優化線性分布函數的斜率和起始濃度，可以實現漂移區表面電場為常數分布，從而大幅度提高器件的擊穿電壓。但是其代價是臨近溝道處的漂移區摻雜濃度必須大幅度降低，從而使導通電阻增加，限制了該器件的應用范圍。比如在需要承受大電流和高電壓的源跟隨模式下，該器件不能有效地工作。同時，為了獲得線性變化的漂移區濃度，必須增加一次細槽掩模光刻和高溫長時間退火。這增加了工藝的復雜性，提高了制造成本。

為了提高線性摻雜漂移區器件的電流能力，降低導通損耗，美國專利5969387對上述結構進行了改進。其基本結構如圖3所示。它由半導體襯底100，埋氧層102，半導體SOI層120，場氧層112，柵氧化層112，和柵金屬114組成。其中所述的SOI層120包括具有第一類導電類型的半導體區域106，具有高摻雜濃度的第二類導電類型的半導體區域104和108，以及具有低摻雜濃度的第二類導電類型的半導體區域110。這里104構成LDMOS的源區，106構成LDMOS的溝道區，108構成LDMOS的漏區，110構成LDMOS的漂移區。所述的低摻雜濃度的第二類導電類型的半導體區域110的摻雜濃度從溝道區一側向漏區一側線性增加。為了降低導通電阻，該結構在臨近溝道區的地方，增加了漂移區厚度(110b)而減薄了場氧層厚度(112b)，同時延長了了柵場板，將其完全覆蓋在減薄了的場氧層表面。該結構可以在保持擊穿電壓不受影響的情況下，一定程度上增大飽和電流。但是改善程度不大，而且進一步增加了工藝復雜性，提高了制造成本。

發明內容