[發明專利]一種具有多環電場調制襯底的寬帶隙半導體橫向超結雙擴散晶體管

有效

• 申請號: 201710812424.1
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107768424B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 段寶興;楊銀堂;董自明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78
• 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寬帶隙半導體橫向超結雙擴散晶體管。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晶體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，能消除橫向超結存在的襯底輔助耗盡問題，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，還能消除超結存在的襯底輔助耗盡的問題，使得表面橫向電場和體內縱向電場同時優化，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，具體涉及一種橫向超結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。然而，由于Si與GaAs為代表的前兩代半導體材料的局限性，第三代寬禁帶半導體材料因為其優異的性能得到了飛速發展。寬禁帶半導體材料由于具有禁帶寬度大，電子漂移飽和速度高、介電常數小、導電性能好的特點，其本身具有的優越性質及其在功率器件領域應用中潛在的巨大前景，非常適用于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的半導體器件。因此，寬禁帶功率半導體器件的性能相比前兩代半導體器件是有明顯提升的。

實現功率集成電路PIC(power integrated circuit)最關鍵的技術之一是要求LDMOS(lateral double-diffused MOSFET)必須具有低的導通電阻以減小PIC集成電路的功率損耗，而MOS類器件關態擊穿電壓與開態導通電阻之間的2.5次方關系限制了MOS類器件高功率的應用范圍，超結(super junction)結構將這種矛盾關系緩解為1.33次方，所以將super junction技術應用于LDMOS形成SJ-LDMOS是實現超低功率損耗PIC的有效途徑。但是應用于LDMOS的super junction存在三個問題：1)N溝道LDMOS具有的P型襯底輔助耗盡了super junction的N型區，帶來了襯底輔助耗盡SAD(substrate-assisted depletion)問題；2)傳統SJ-LDMOS只是在super junction的N區與P區之間形成電場調制，而在表面沒有電場調制；3)消除襯底輔助耗盡的SJ-LDMOS雖然能使漂移區完全耗盡，但由于受縱向電場的影響，表面電場分布不均勻。另外，隨著器件漂移區長度的增加，SJ-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，這就是橫向超結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寬帶隙半導體橫向超結雙擴散晶體管，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，并且能消除超結存在的襯底輔助耗盡問題，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寬帶隙半導體橫向超結雙擴散晶體管，包括：

半導體材料的襯底；

在襯底表面形成的基區；

在襯底表面注入N柱和P柱相間排列形成的超結(Super Junction)漂移區，與所述基區鄰接；

在所述基區表面形成的源區；