[發明專利]一種橫向SOI功率器件

無效

• 申請號: 201210271058.0
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102751316A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 羅小蓉;蔣永恒;羅尹春;范遠航;范葉;王驍瑋;蔡金勇;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/41;H01L27/088
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 冉鵬程

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技術領域

本發明涉及SOI半導體功率器件和SOI智能功率集成電路技術領域。

背景技術

SOI電路的有源層與襯底之間、高壓/低壓單元之間通過絕緣層完全隔開，而硅基電路的有源層與襯底直接電氣連接，高低壓單元之間、有源層和襯底層之間的隔離通過反偏PN結完成。與體硅技術相比，SOI技術具有高速、低功耗、高集成度以及便于隔離等優點，并減弱了閉鎖效應和具備很強的抗輻照能力，使SOI集成電路的可靠性和抗軟失效能力大大提高。

智能功率集成電路（SPIC）由于采用單芯片集成，SPIC減小系統中的原件數、互連數和焊點數，不僅提高了系統的可靠性、穩定性，而且減少了系統的功耗、體積、重量和成本。相比于體硅技術，SOI技術具有的優點將使其在智能功率集成電路的到廣泛的運用。

為了能獲得SOI器件的優異特性，SOI要具有較薄頂層硅，但這樣SOI?CMOS器件的體區難以用體硅器件的方法將體區引出，這將導致SOI?CMOS器件體區浮空。體區浮空給器件帶來不良影響，比如浮體效應（包含Kink效應、寄生三極管效應、記憶效應、單管閂鎖），自加熱效應等等。這些缺點給SOI技術的推廣帶來阻礙。在智能功率集成電路中功率器件與常規器件集成在一起，所以功率器件的頂層硅厚度與SOI?CMOS器件的頂層硅厚度一樣，功率器件將會遇到與SOI?CMOS器件一樣的問題，且浮體效應引起的耐壓降低在功率器件領域成為首要問題。

為了解決體區浮空帶來的SOI器件的性能變差的問題，傳統的SOI體區引出方法是利用T型柵將SOI?MOS器件的體區從溝道寬度方向引出，如圖1所示。該器件結構由于柵對有源區覆蓋面積增加，使得柵電容增加。為此B.W.?Min,?L.?Kang?等人在文獻【Reduction?of?Hysteretic?Propagation?Delay?with?Less?Performance?Degradation?by?Novel?Body?Contact?in?PD?SOI?Application】——(【一種全耗盡SOI運用中采用的在保證器件性能的前提下減小遲滯傳播延遲的新穎的體接觸】，在2002年10月7號到10號在美國威廉斯堡舉行的電氣與電子工程師協會國際SOI會議上發表，頁碼：169-170）中提出一種T型柵結構，該結構通過在柵極下面、體接觸路徑的上面生長一層厚柵氧減小柵電容。T型柵結構適用于溝道寬度小的器件，這是因為隨著溝道寬度的增加，遠離體接觸區的體區到體接觸區越遠，寄生電阻越大，會產生局部的浮體效應，導致體接觸失效。為了滿足功率器件的大電流能力，功率器件有很大的溝道寬度，所以T型柵結構不適用于功率器件。為此業界提出了H型柵結構，H型柵結構可以適度緩解溝道寬度增大引起局部的浮體效應，但對于功率器件這樣的長溝道器件H型柵結構仍無法有效抑制局部的浮體效應。

在溝道寬度大的SOI?MOS器件可以采用源體互連(BTS)結構來實現，如圖2所示，體區引出是用金屬互連同時接觸P⁺體接觸區和N⁺源區來完成的。合理的設計P⁺體接觸區的間距可以有效的抑制局部的浮體效應。這種結構可用于功率器件的體接觸，Steven?L.在他的美國專利US005767547A，（發明名稱：HIGH?VOLTAGE?THIN?FILM?TRANSISTOR?HAVING?A?LINEAR?DOPING?PROFILE）——(具有線性摻雜的高壓薄膜晶體管)采用了這種體接觸結構，有效抑制了浮體效應。不過BTS結構也有缺點：為了有效的抑制局部浮體效應，要適當的提高P⁺體接觸區的密度，但隨著P⁺體接觸區的密度的提高P⁺體接觸區占用N⁺源區的面積也越大，導致溝道的有效寬度減小、源端的接觸電阻增加，引起相同溝道寬度的功率器件的電流能力的下降。

發明內容

為解決上述現有技術中所存在的技術問題，本發明提出了一種橫向SOI功率器件，采用本發明，一方面，解決了常規體區浮空的橫向SOI?LDMOS的浮體效應引起的關態耐壓、柵控制能力、開態時的擊穿電壓下降的問題，改善了SOI器件的特性；另一方面，解決了T型柵結構在器件溝道寬度大的時候出現的局部附體效應的問題；再一方面，解決了BTS結構P⁺體接觸區占用N⁺源區的的面積引起的溝道有效寬度減小和源極接觸電阻增加的問題，以及BTS結構在P⁺體接觸區間距過寬時出現局部附體效應的問題。