[發(fā)明專利]一種完全消除襯底輔助耗盡效應(yīng)的半導(dǎo)體場效應(yīng)管

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210290824.1
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114613858A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱順威;賈護(hù)軍;張云帆;王歡;楊銀堂
• 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;H01L29/06;H01L29/10
• 代理公司: 西安瀚匯專利代理事務(wù)所(普通合伙) 61279
• 代理人: 章冬霞

本發(fā)明涉及場效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種完全消除襯底輔助耗盡效應(yīng)的半導(dǎo)體場效應(yīng)管，包括P型襯底，P型襯底的上方為超結(jié)，P型襯底的右上方為N型緩沖層，N型緩沖層的右上方為漏N重?fù)诫s區(qū)，漏N重?fù)诫s區(qū)使漏電極與N型緩沖層和包含超結(jié)P柱和超結(jié)N柱的超結(jié)形成歐姆接觸，P型襯底的左上方為P型重?fù)诫s區(qū)，P型重?fù)诫s區(qū)右側(cè)形成P阱，在P阱中形成源N型重?fù)诫s區(qū)，源電極、柵電極和漏電極分布在整個器件的上表面。本發(fā)明通過使襯底與超結(jié)的表面電場分布趨于一致，消除襯底輔助耗盡效應(yīng)的不利影響，提升器件的導(dǎo)通特性，提高器件擊穿電壓，同時也能有效地減弱從超結(jié)流向襯底的泄漏電流，且能使器件更接近理想超結(jié)的理論極限。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及場效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種完全消除襯底輔助耗盡效應(yīng)的超結(jié)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)

作為中小型電力電子領(lǐng)域的主流功率半導(dǎo)體開關(guān)器件和DC-DC轉(zhuǎn)換的核心電子器件，橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)一直是研究熱點。當(dāng)代表其導(dǎo)通特性的比導(dǎo)通電阻(R_on,sp)和擊穿電壓(BV)之間的功率-指數(shù)關(guān)系接近硅的理論計算極限時，其發(fā)展遇到了瓶頸。超結(jié)(SJ)思想的出現(xiàn)為LDMOS的發(fā)展提供了新的思路，并得到了廣泛的研究。當(dāng)前超結(jié)LDMOS(SJ-LDMOS)的主要問題是襯底輔助耗盡效應(yīng)對超結(jié)中超結(jié)N柱超結(jié)P柱的影響。近年來，研究人員針對這個問題提出了許多優(yōu)化技術(shù)。如采用藍(lán)寶石、金剛石基板，采用SOI工藝，或者在SJ層與基板之間加N型緩沖層等，目前難題為橫向SJ-LDMOS以在保證BV的情況下降低器件的R_on,sp。現(xiàn)有技術(shù)CN104716190B公開了一種新的SJ-LDMOS器件，在N型襯底外延層上制作半超級結(jié)，并且在半超級結(jié)區(qū)上引入P型埋層，該發(fā)明與傳統(tǒng)的超級結(jié)相比，通過N區(qū)和P型埋層的共同作用，補(bǔ)償了超級結(jié)內(nèi)N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷不平衡，克服了襯底輔助效應(yīng)，提高了擊穿電壓。但是發(fā)明人經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該方案中襯底的存在仍然阻礙了超結(jié)結(jié)構(gòu)在橫向器件中達(dá)到理論最優(yōu)性能，因為該方案會犧牲一部分溝道區(qū)，還會使超結(jié)的濃度因補(bǔ)償而降低，且該方案中的P型摻雜層濃度提升有限，濃度太大將會形成較大的空間電荷區(qū)，很難讓器件具備理想超結(jié)的特性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是要提供一種消除襯底對超結(jié)層產(chǎn)生不利影響，且具有比當(dāng)前橫向超結(jié)器件技術(shù)更好的擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻關(guān)系的一種完全消除襯底輔助耗盡效應(yīng)的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種完全消除襯底輔助耗盡效應(yīng)的半導(dǎo)體場效應(yīng)管，包括P型襯底，所述P型襯底的上方為和包含超結(jié)P柱和超結(jié)N柱的超結(jié)，所述P型襯底的右上方為N型緩沖層，所述N型緩沖層的右上方為漏N重?fù)诫s區(qū)，所述漏N重?fù)诫s區(qū)用于使漏電極與N型緩沖層和包含超結(jié)P柱和超結(jié)N柱的超結(jié)形成歐姆接觸，所述P型襯底的左上方為P型重?fù)诫s區(qū)，所述P型重?fù)诫s區(qū)右側(cè)形成P阱，在所述P阱中形成源N型重?fù)诫s區(qū)，源電極、柵電極和漏電極分布在整個器件的上表面，所述P型重?fù)诫s區(qū)與源電極連接，所述漏N重?fù)诫s區(qū)與漏電極連接。

優(yōu)選的，超結(jié)的深度為3μm，超結(jié)N柱和超結(jié)P柱長度為15-25μm。

優(yōu)選的，所述超結(jié)N柱與超結(jié)P柱的寬度均為0.5μm，超結(jié)N柱的摻雜濃度為3×10¹⁶cm^-3，超結(jié)P柱的摻雜濃度為3×10¹⁶cm^-3。

優(yōu)選的，所述N型緩沖層的長度為12μm，深度為6μm，摻雜濃度為3×10¹⁵cm^-3。

優(yōu)選的，所述P型緩沖層的長度為6μm，深度為3μm，摻雜濃度為8×10¹⁶cm^-3。

優(yōu)選的，所述P型重?fù)诫s區(qū)的長度為3μm，深度為5μm，摻雜濃度為8×10¹⁶cm^-3。