[發(fā)明專利]一種具有多環(huán)電場調(diào)制襯底的寬帶隙半導(dǎo)體橫向雙擴(kuò)散晶體管

有效

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• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107808902B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段寶興;楊銀堂;董自明
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發(fā)明公開一種具有多環(huán)電場調(diào)制襯底的寬帶隙半導(dǎo)體橫向雙擴(kuò)散晶體管。該結(jié)構(gòu)中漂移區(qū)下方的襯底為電荷補(bǔ)償多環(huán)結(jié)構(gòu)。襯底多環(huán)電荷補(bǔ)償可以擴(kuò)展橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的縱向空間電荷區(qū)，同時(shí)該多環(huán)結(jié)構(gòu)還能在表面橫向電場和體內(nèi)縱向電場分布中均引入新的電場峰，利用電場調(diào)制效應(yīng)對表面橫向電場和體內(nèi)縱向電場同時(shí)進(jìn)行調(diào)制，使得表面橫向電場和體內(nèi)縱向電場同時(shí)優(yōu)化。該結(jié)構(gòu)不僅突破了橫向雙擴(kuò)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(dá)到同時(shí)優(yōu)化表面橫向電場和體內(nèi)縱向電場的作用，可以大幅度提高器件的擊穿電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。

背景技術(shù)

橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Lateral Double-diffused MOSFET，簡稱LDMOS)具有易集成，熱穩(wěn)定性好，較好的頻率穩(wěn)定性，低功耗，多子導(dǎo)電，功率驅(qū)動(dòng)小，開關(guān)速度高等優(yōu)點(diǎn)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(chǎn)品的市場需求日益增長，在全球范圍內(nèi)受到越來越多的關(guān)注。

然而，由于Si與GaAs為代表的前兩代半導(dǎo)體材料的局限性，第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料因?yàn)槠鋬?yōu)異的性能得到了飛速發(fā)展。寬禁帶半導(dǎo)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(shù)小、導(dǎo)電性能好的特點(diǎn)，其本身具有的優(yōu)越性質(zhì)及其在功率器件領(lǐng)域應(yīng)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(dǎo)體器件。因此，寬禁帶功率半導(dǎo)體器件的性能相比前兩代半導(dǎo)體器件是有明顯提升的。

為了進(jìn)一步提高寬帶隙橫向功率器件的性能，在器件設(shè)計(jì)過程中，需要滿足弱化表面電場(Reduced Surface Field，簡稱RESURF)技術(shù)的條件使得器件的擊穿點(diǎn)從表面轉(zhuǎn)移到體內(nèi)。然而隨著器件漂移區(qū)長度的增加，器件的擊穿電壓主要受限于體內(nèi)縱向耐壓能力，即由于橫向功率器件的電壓飽和效應(yīng)，器件的擊穿電壓隨著漂移區(qū)長度的增加逐漸趨于飽和。

為了打破擊穿電壓飽和效應(yīng)，早期提出的具有REBULF結(jié)構(gòu)的LDMOS，通過在體內(nèi)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(tǒng)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(qū)的高電場降低，在硅達(dá)到其臨界擊穿電場時(shí)擊穿電壓提高，器件的襯底承擔(dān)了幾乎全部的縱向耐壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種具有多環(huán)電場調(diào)制襯底的寬帶隙半導(dǎo)體橫向雙擴(kuò)散晶體管，不僅突破了橫向雙擴(kuò)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(dá)到同時(shí)優(yōu)化表面橫向電場和體內(nèi)縱向電場的作用，大幅度提高器件的擊穿電壓。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

該具有多環(huán)電場調(diào)制襯底的寬帶隙半導(dǎo)體橫向雙擴(kuò)散晶體管，包括：

半導(dǎo)體材料的襯底；

位于襯底表面的基區(qū)和漂移區(qū)；

位于基區(qū)表面的源區(qū)；

位于漂移區(qū)表面的漏區(qū)；

其特殊之處在于：

所述襯底為寬帶隙半導(dǎo)體材料；漂移區(qū)下方鄰接的襯底區(qū)域設(shè)置為多環(huán)電場調(diào)制結(jié)構(gòu)；所述多環(huán)電場調(diào)制結(jié)構(gòu)與漂移區(qū)的寬度(OA方向)相當(dāng)，是以靠近漏區(qū)的一端為中心，向靠近基區(qū)的一端擴(kuò)展形成多環(huán)；

所述多環(huán)電場調(diào)制結(jié)構(gòu)的每個(gè)環(huán)分別采用N型或P型摻雜寬帶隙半導(dǎo)體材料，或者采用介質(zhì)材料；相應(yīng)的，相鄰的環(huán)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(qū)分。

例如以下三類具體形式：

1、多環(huán)電場調(diào)制結(jié)構(gòu)完全采用寬帶隙半導(dǎo)體材料