[發明專利]功率晶體管的具有可變條帶寬度的稀釋漂移層

有效

• 申請號: 201680008805.8
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN107534055B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 張永熙;薩米爾·P·佩恩達爾卡爾;斯科特·G·巴爾斯特
• 申請（專利權）人: 德州儀器公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

在所描述實例中，一種多指橫向高電壓晶體管MFLHVT(100)包含：襯底(105)，其被摻雜成第一摻雜劑類型；井(102)，其被摻雜成第二摻雜劑類型；及埋入漂移層BDL(132)，其被摻雜成第一類型、具有包含稀釋條帶的稀釋BDL部分DBDL(132a)。被摻雜成第二類型的半導體表面(138)在BDL上。電介質隔離區(162)具有界定在第一間隙區(第一深溝)中的第一作用區域及在第二間隙區(第二深溝)中的第二作用區域的間隙。漏極包含與在第一深溝中的源極指互相交叉的在第二深溝中的漏極指，所述源極指及所述漏極指各自被摻雜成第二摻雜劑類型。DBDL位于在第一深溝與第二深溝之間與漏極指尖及/或源極指尖相關聯的指尖漂移區內。柵極堆疊在半導體表面上位于源極與漏極之間。稀釋條帶具有在其相應位置處隨漂移長度單調地增加的條帶寬度。

技術領域

本發明涉及具有稀釋漂移層的橫向高電壓金屬氧化物半導體(MOS)功率晶體管，包含LDMOS及DEMOS晶體管。

背景技術

現代數字超大規模集成(VLSI)電路通常以大約2.5伏特或低于2.5伏特的供應電壓操作。然而，特定集成電路(IC)需要以更高電壓操作的額外芯片上電路。實例性電路是具有各種芯片外系統組件的輸入/輸出(IO)接口電路，例如功率管理開關、調節傳感器信號的模擬輸入電路或者用于揚聲器或其它致動器的輸出模擬驅動功能。

此問題的一種解決方案是使用多個不同柵極氧化物厚度且在同一IC芯片上構建低電壓晶體管及高電壓晶體管兩者。此方法增加過程復雜度及成本。替代解決方案是使用在(n型裝置的)漏極與柵極之間具有輕摻雜n型間隙以使得能夠使用更高漏極到源極電壓的橫向不對稱源極及漏極MOS晶體管，例如橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)或漏極延伸MOS(DEMOS)，其具有能夠以更高電壓(與常規對稱MOS晶體管相比較)操作的漏極結構。

在LDMOS晶體管中，輕摻雜橫向擴散漏極區構造于重摻雜漏極觸點與晶體管溝道區之間。如LDMOS名稱所暗示，橫向電流形成于漏極與源極之間。耗盡區在此輕摻雜橫向擴散區中形成，從而產生漏極觸點與晶體管柵極之間的電壓降。在進行恰當設計的情況下，在漏極觸點與柵極電介質之間可具有足以允許針對高電壓使用低柵極電壓晶體管作為開關的電壓降。

一些橫向功率晶體管包含為經減小表面電場區的“RESURF”區。出于此專利申請案的目的，術語“RESURF”是指減小鄰近表面半導體區中的電場的材料。舉例來說，RESURF區可為具有與鄰近半導體區(或層)相反的導電類型的埋入半導體區(或層)。在阿佩爾(Appels)等人的“薄層高電壓裝置(Thin Layer High Voltage Devices)”(飛利浦雜志，Res.35，1-13，1980年)中描述RESURF結構。橫向功率晶體管的RESURF區一般稱為埋入漂移區。

為提高橫向功率晶體管的擊穿電壓，可在晶體管的一端處的漂移區處使用稀釋埋入漂移層，所述稀釋埋入漂移層可通過掩蔽植入(其達成植入由掩蔽(非所植入)條帶分開的稀釋條帶)形成。接下來為一或多個高溫退火過程，此導致摻雜劑從所植入條帶擴散到非所植入條帶中從而形成與較不重摻雜條帶交替的較重摻雜條帶。

DEMOS或LDMOS晶體管可具有：多指布局，其具有一般彼此互相交叉的多個源極及漏極指；或跑道布局，其為(本質上)具有封閉源極或封閉漏極的單指設計。稀釋埋入漂移層設計的稀釋埋入漂移層一般設定橫向功率晶體管的漏極到源極擊穿電壓(BVDSS)，其中跑道布局一般由于較小結曲率而提供接近理想(平面)結擊穿電壓的較高擊穿電壓(與在指尖區處具有較高曲率的多指布局的較低BVDSS相比較)。指尖區對應于從指尖的線性(非彎曲)區延伸的指狀件的彎曲遠端。多指橫向功率晶體管(例如，DEMOS或LDMOS晶體管)的優點包含經減少寄生效應以及改變寬度(W)、長度(L)、指狀件數目及觸點數目(此幫助加快晶體管布局過程的速度)的能力。

發明內容