[發明專利]一種橫向SOI功率LDMOS器件

有效

• 申請號: 201410439282.5
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104201206A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 羅小蓉;田瑞超;魏杰;李鵬程;徐青;石先龍;尹超;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;H01L29/08
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李玉興

技術領域

本發明屬于半導體功率器件技術領域，涉及橫向功率半導體器件，尤其是橫向SOI功率LDMOS(Lateral?Double-diffusion?Metal?Oxide?Semiconductor?field?effect?transistor，橫向雙擴散金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)器件。

背景技術

功率MOSFET(metal?oxide?semiconductor?Field-Effect?Transistor)是多子導電型器件，屬于場控功率器件，具有輸入阻抗高、速度快、易驅動、頻率高、導通電阻低、正溫度系數、安全工作區寬及可并聯使用等諸多優點。對常規MOSFET而言，高耐壓需要較長的漂移區長度和較低的漂移區摻雜濃度。然而，隨著漂移區長度的增加，電流流通路徑增長，導致漂移區的電阻將以超線性關系升高，器件導通電阻(R_on)增加，開態功耗增加，器件比導通電阻正比于擊穿電壓的2.5次方。與縱向器件相比，橫向MOSFET輕摻雜漂移區的增長，導致芯片面積等比例增加，器件的比導通電阻增加。因此，硅極限問題(R_on,sp∝BV^2.5)嚴重制約著橫向器件的發展。

為了緩解比導通電阻和擊穿電壓的矛盾關系，業內研究者進行了大量研究。RESURF(Reduced?Surface?Field，降低表面電場)技術是改善橫向器件擊穿電壓與比導通電阻矛盾的常用技術，該技術通過二維耗盡，降低器件表面電場峰值而避免提前擊穿，同時能提高漂移區濃度而降低導通電阻。但double/triple?RESURF中p-top/p-buried層需要占用部分電流流經面積而不利于導通電阻的進一步降低。

超結(Super?junction)的提出打破了傳統功率MOS器件的硅極限，提高了器件的耐壓，降低了導通電阻。超結理論提出，在縱向功率器件中采用交替的P柱區和N柱區結構作為漂移區，N柱區和P柱區相互完全耗盡。N柱區中的電離施主正電荷發出的電力線大部分被P柱區的電離受主負電荷終止，整個耐壓層類似一個本征耐壓層，能承受更高的耐壓。因此，N柱區中的摻雜濃度可以得到提高，導通電阻大大降低，改變比導通電阻與耐壓的2.5次方關系。1998?F.Udrea等提出一種三維RESURF結構【A?new?class?of?lateral?power?devices?for?HVIC’s?based?on?the?3D?RESURF?concept，IEEE,BCTM】，該結構將縱向超結中的N柱區和P柱區橫向交替排列，構成橫向超結。理論上，N柱區和P柱區之間電荷相互補償，能獲得較高的耐壓，但橫向超結由于P型襯底對N柱區也存在相互耗盡作用，導致N柱區和P柱區不能完全耗盡，電荷平衡性被打破，耐壓降低，這就是襯底輔助耗盡效應。

場板技術是應用較廣泛的結終端技術之一，在橫向器件中，場板能優化器件表面電場，提高耐壓，緩解擊穿電壓與比導通電阻的矛盾關系。中國專利(201310202668.X，2013.05.28【一種具有結型場板的功率LDMOS器件】)提出一種具有結型場板的LDMOS，該結構在常規LDMOS的襯底中形成與襯底摻雜類型相反的埋層，在漂移區表面形成由PN結構成的結型場板。結型場板中的PN結電場能調制器件表面電場，使表面電場分布更均勻，提高器件的擊穿特性。同時，反向阻斷時，結型場板對漂移區輔助耗盡，提高漂移區摻雜濃度，降低漂移區電阻，但該器件的導通電阻仍取決于漂移區摻雜濃度。

以上提及的RESURF、超結和場板技術均通過提高漂移區摻雜濃度來降低導通電阻，因此比導通電阻強烈依賴于漂移區摻雜濃度，但器件獲得高耐壓需較低的漂移區濃度，導致擊穿電壓與比導通電阻的矛盾關系。

發明內容

針對擊穿電壓與比導通電阻的矛盾關系，本發明提供一種橫向SOI功率LDMOS器件，該橫向SOI功率LDMOS器件具有槽型輔助積累結構。正向導通狀態下，槽型輔助積累結構在漂移區中形成電荷積累層，構成電流低阻通道，顯著降低器件比導通電阻。由于開態電流大部分流經電荷積累層，而電荷積累層主要由外加柵壓和槽型輔助積累結構的隔離介質決定。因此本發明的比導通電阻幾乎不受漂移區摻雜濃度影響，打破了常規功率器件比導通電阻依賴漂移區摻雜濃度的定律，有效緩解了器件的比導通電阻R_on,sp與耐壓BV之間2.5次方的矛盾。

本發明技術方案如下：