[發明專利]一種具有多環電場調制襯底的元素半導體橫向雙擴散晶體管

有效

• 申請號: 201710812421.8
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107681004B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 段寶興;董自明;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/12
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發明公開一種具有多環電場調制襯底的元素半導體橫向雙擴散晶體管。該結構中漂移區下方的襯底為電荷補償多環結構。襯底多環電荷補償可以擴展橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管的縱向空間電荷區，同時該多環結構還能在表面橫向電場和體內縱向電場分布中均引入新的電場峰，利用電場調制效應對表面橫向電場和體內縱向電場同時進行調制，使得表面橫向電場和體內縱向電場同時優化。該結構不僅突破了橫向雙擴散晶體管由于縱向耐壓受限而帶來的擊穿電壓飽和問題，還能達到同時優化表面橫向電場和體內縱向電場的作用，可以大幅度提高器件的擊穿電壓。

技術領域

本發明涉及半導體功率器件技術領域，具體涉及一種橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管。

背景技術

橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管(Lateral Double-diffused MOSFET，簡稱LDMOS)具有易集成，熱穩定性好，較好的頻率穩定性，低功耗，多子導電，功率驅動小，開關速度高等優點是智能功率電路和高壓器件的核心。由于便攜式電源管理和汽車電子產品的市場需求日益增長，在全球范圍內受到越來越多的關注。其主要特征在于基區和漏區之間加入一段相對較長的輕摻雜漂移區，該漂移區的摻雜類型與漏區一致。通過加入漂移區，可以起到分擔擊穿電壓的作用，提高了LDMOS的擊穿電壓，使其達到低的導通電阻優化目標，使其傳導損失最小化。

為了使得LDMOS器件具有較高的擊穿電壓和較低的比導通電阻，在器件設計過程中，需要滿足弱化表面電場(Reduced Surface Field，簡稱RESURF)技術的條件使得器件的擊穿點從表面轉移到體內。然而隨著器件漂移區長度的增加，LDMOS器件的擊穿電壓主要受限于體內縱向耐壓能力，即其擊穿電壓隨著漂移區長度的增加逐漸趨于飽和，這就是橫向功率器件的電壓飽和效應。

為了打破擊穿電壓飽和效應，早期提出的具有REBULF結構的LDMOS，通過在體內埋入一層N+-Floating層，使橫向高壓器件的電場重新分配，突破了傳統上漏端為高電場而源端為低電場的電場分布形式，N+-Floating層的等電勢作用使漏端高電場區的高電場降低，在硅達到其臨界擊穿電場時擊穿電壓提高，器件的襯底承擔了幾乎全部的縱向耐壓。

發明內容

本發明提出了一種具有多環電場調制襯底的元素半導體橫向雙擴散晶體管，不僅突破了橫向雙擴散晶體管由于縱向耐壓受限而帶來的擊穿電壓飽和問題，還能達到同時優化表面橫向電場和體內縱向電場的作用，大幅度提高器件的擊穿電壓。

本發明的技術方案如下：

該具有多環電場調制襯底的元素半導體橫向雙擴散晶體管，包括：

半導體材料的襯底；

位于襯底表面的基區和漂移區；

位于基區表面的源區；

位于漂移區表面的漏區；

其特殊之處在于：

所述襯底為元素半導體材料；漂移區下方鄰接的襯底區域設置為多環電場調制結構；所述多環電場調制結構與漂移區的寬度(OA方向)相當，是以靠近漏區的一端為中心，向靠近基區的一端擴展形成多環；

所述多環電場調制結構的每個環分別采用N型或P型摻雜元素半導體材料，或者采用介質材料；相應的，相鄰的環以不同材料、不同摻雜類型、不同摻雜濃度之任一或任意組合的方式來區分。

例如以下三類具體形式：

1、多環電場調制結構完全采用元素半導體材料

每個環分別由N型或P型摻雜元素半導體材料構成；其中相鄰的環的摻雜類型和/或摻雜濃度不同，即(1)摻雜類型不同，摻雜濃度相同；(2)雖然摻雜類型相同但摻雜濃度不同；(3)摻雜類型不同，摻雜濃度也不同；

2、多環電場調制結構完全采用介質材料，相鄰的環的介質材料不同。