[發(fā)明專利]一種橫向高壓超結(jié)功率半導(dǎo)體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310421765.8
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103489915A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬明;章文通;黃軍軍;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/10
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說是涉及一種電荷補償?shù)臋M向高壓超結(jié)功率半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，功率MOSFET器件以其驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快、無二次擊穿、負(fù)溫度系數(shù)以及熱穩(wěn)定性良好等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。但在高壓應(yīng)用時，傳統(tǒng)的功率MOSFET的比導(dǎo)通電阻R_on，sp(Specific?On-resistance)隨擊穿電壓BV(Breakdown?Voltage)的2.5次方增加，這阻礙了器件的發(fā)展。超結(jié)SJ(Super?Junction)結(jié)構(gòu)的提出打破了傳統(tǒng)MOSFET的理論極限，在保持功率MOS所有優(yōu)點的同時，又有著較低的導(dǎo)通損耗。

橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體LDMOS(Lateral?Double-diffused?MOSFET)器件是高壓集成電路HVIC(High?Voltage?Integrated?Circuit)和功率集成電路PIC(Power?Integrated?Circuit)的關(guān)鍵組成部分。其主要特點在于溝道區(qū)和漏區(qū)之間加入了一段相對較長的輕摻雜漂移區(qū)，該漂移區(qū)摻雜類型與漏端一致，可以起到分擔(dān)擊穿電壓的作用。

超結(jié)LDMOS器件是一種改進的LDMOS，即將LDMOS中溝道區(qū)和漏區(qū)之間與漏端摻雜類型一致的輕摻雜漂移區(qū)用一組交替排布且濃度較高的N型條區(qū)和P型條區(qū)構(gòu)成的超結(jié)結(jié)構(gòu)所取代，在漏端偏置時，通過N/P條之間相互輔助耗盡，理想狀態(tài)下實現(xiàn)N/P條電荷平衡，從而在漂移區(qū)表面得到均勻的電場分布。同時由于N型區(qū)高摻雜，因此導(dǎo)通時N區(qū)的電導(dǎo)率很大，使得R_on，sp得到了很好的改善。

不過相比縱向超結(jié)器件，由于橫向超結(jié)器件被做在一定電阻率的襯底上，表面超結(jié)區(qū)受到縱向電場的影響，耗盡后的P襯底會引入受主負(fù)電荷使超結(jié)中的P條區(qū)不能完全耗盡，導(dǎo)致表面超結(jié)電荷失衡，從而使擊穿電壓急劇降低，即所謂的襯底輔助耗盡效應(yīng)。

為了解決襯底輔助耗盡效應(yīng)導(dǎo)致橫向超結(jié)器件N/P條電荷失衡的問題，本發(fā)明提出一種電荷補償?shù)臋M向高壓功率半導(dǎo)體器件，在P型襯底層和超結(jié)層之間引入N型電荷補償層，將補償層與P型襯底視為有效襯底建立模型，在對LDMOS襯底耗盡區(qū)邊界做一維近似時得出電荷補償層最佳摻雜方式為線性摻雜，考慮實際條件，在線性摻雜的基礎(chǔ)上利用注入選擇函數(shù)對摻雜濃度進行調(diào)整，得到電荷補償層最優(yōu)的摻雜方式。此種摻雜方式能夠克服襯底輔助耗盡作用的影響，使橫向超結(jié)器件耐壓效果得到顯著提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的，就是針對上述問題，提出一種橫向高壓超結(jié)功率半導(dǎo)體器件。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種橫向高壓超結(jié)功率半導(dǎo)體器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括P型襯底1、N型條區(qū)3、P型條區(qū)4、P型體區(qū)5、N型重?fù)诫s源區(qū)6、P型重?fù)诫s區(qū)體區(qū)7、柵氧化層8、N+漏極區(qū)域9、漏極接觸電極10、多晶硅柵11、源極接觸電極12和襯底接觸電極13；所述N型條區(qū)3和P型條區(qū)4沿P型襯底1上表面縱向交錯排列構(gòu)成超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述P型體區(qū)5設(shè)置在P型襯底1上表面的一端并與超結(jié)結(jié)構(gòu)連接，所述N+漏極區(qū)域9設(shè)置在超結(jié)結(jié)構(gòu)上遠離P型體區(qū)5的一端，所述漏極接觸電極10設(shè)置在N+漏極區(qū)域9的上表面；所述N型重?fù)诫s源區(qū)6和P型重?fù)诫s區(qū)體區(qū)7設(shè)置在P型體區(qū)5中并相互獨立；所述源極接觸電極12設(shè)置在P型重?fù)诫s區(qū)體區(qū)7的上表面，所述柵氧化層8設(shè)置在P型體區(qū)5的上表面和部分N型重?fù)诫s源區(qū)6的上表面；所述多晶硅柵11設(shè)置在柵氧化層8的上表面；所述襯底接觸電極13設(shè)置在P型襯底1的下表面；其特征在于，還包括N型電荷補償層2，所述N型電荷補償層2設(shè)置在P型襯底1、N型條區(qū)3和P型體區(qū)5之間，N型電荷補償層2的下表面與P型襯底1的上表面連接、上表面與N型條區(qū)3和P型體區(qū)5的下表面連接。

本發(fā)明總的技術(shù)方案，通過在P型襯底1上面覆蓋了一層厚度均勻的N型電荷補償層2。器件正向?qū)〞r，補償層電荷從源端到漏端與超結(jié)的重?fù)诫sN型條區(qū)一起構(gòu)成導(dǎo)電區(qū)，即器件的比導(dǎo)通電阻R_on，sp是電荷補償層電阻和重?fù)诫s的超結(jié)電阻的并聯(lián)，相比傳統(tǒng)的期間結(jié)構(gòu)，R_on，sp得到降低。反向時，橫向耐壓主要由超結(jié)的N/P條區(qū)承擔(dān)，在優(yōu)化的條件下，電荷補償層對N/P條的電荷失衡進行補償，襯底輔助耗盡作用得到明顯的抑制，此時由于N/P條近似完全耗盡，橫向電場類似矩形分布，從而使橫向耐壓能力得到增強。同時，電荷補償層與襯底構(gòu)成了N/P_sub結(jié)縱向耐壓結(jié)構(gòu)，使體內(nèi)電場增強，器件的縱向耐壓也得到了提高。