CN101847659A - 横向双扩散金属氧化物半导体 - Google Patents
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Abstract
一种横向双扩散金属氧化物半导体，包括：第一导电型半导体衬底；第二导电型阱，所述第二导电型阱位于第一导电型半导体衬底内；第一导电型阱，所述第一导电型阱与所述第二导电型阱紧凑连接。其中，所述横向双扩散金属氧化物半导体的第二导电型阱内间隔设置若干第一导电型降场层。所述第一导电型降场层与第一导电型阱物理性连接。本发明通过在第一导电型阱内浮置设置第二导电型降场层，不仅减少横向双扩散金属氧化物半导体的导通电阻，而且提高其击穿电压，同时，若干第二导电型降场层也在导通的情况下增加电流通道，进而提高导通电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种横向双扩散金属氧化物半导体，尤其涉及一种具有高击穿电压和低通态电阻特性的横向双扩散金属氧化物半导体。
背景技术
在高压MOS管的发展过程中，主要有垂直导电双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)和横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)。虽然VDMOS导通电阻小，占用版图面积也小，但它是纵向结构，不易和低压CMOS电路兼容。而LDMOS是平面结构，易于和大规模集成电路兼容，且工艺简单，易于实现，性能稳定，因此在各种高低电压兼容的集成电路中得到广泛的应用。
请参阅图4，图4是传统的横向双扩散金属氧化物半导体3的结构示意图。所述横向双扩散金属氧化物半导体3随机的例举为N沟槽型金属氧化物半导体。所述横向双扩散金属氧化物半导体3包括p型衬底31、形成在p型衬底31上用作漂移区的低掺杂的n型阱32、形成在n型阱32上表面用以形成N型沟槽的p体扩散区33和用以物理气相隔离的浅沟槽隔离34、形成在p体扩散区33上表面的重n型掺杂的源极扩散区35、形成在n型阱32上表面且相对于p体扩散区33位于浅沟槽隔离34另一侧的重n型掺杂的漏极扩散区36、形成在p型衬底31部分位置上表面的栅极氧化物37，以及形成在栅极氧化物37上且空间上覆盖p体扩散区33和n型阱32的栅极38。
随着IC集成度的提高，横向双扩散金属氧化物半导体3作为功率器件得到了广泛的应用。如何同时实现高击穿电压和低导通电阻成为横向双扩散金属氧化物半导体3的研究重点。击穿电压取决于p体扩散区33和漏极扩散区36之间的水平距离(漂移区长度)，并同时受n型阱掺杂离子浓度的影响。即，当增加漂移区的长度和减少n型阱33的浓度时，击穿电压变得更高。然而作为另一必要特性的低通态电阻需要较短的漂移区长度和较高的n型阱离子掺杂浓度。
所以传统的横向双扩散金属氧化物半导体3具有一个致命的缺点：导通电阻与耐压设计的矛盾。同时，为了满足高压和大电流的要求，现有的横向双扩散金属氧化物半导体3占用了很大的版图面积，大大的增加了芯片成本。
针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明横向双扩散金属氧化物半导体。
发明内容
本发明的目的是针对在现有技术中，传统的横向双扩散金属氧化物半导体存在导通电阻与耐压设计的矛盾，提供一种新型的横向双扩散金属氧化物半导体。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种横向双扩散金属氧化物半导体，包括：第一导电型半导体衬底；第二导电型阱，所述第二导电型阱位于第一导电型半导体衬底内；第一导电型阱，所述第一导电型阱与所述第二导电型阱紧凑连接；栅极，空间上覆盖第一导电型阱和第二导电型阱；漏极，形成在第二导电型阱之间；源极，形成在第一导电型阱上表面，与所述漏极分别位于栅极两侧。其中，所述横向双扩散金属氧化物半导体的第二导电型阱内间隔设置若干第一导电型降场层。所述第一导电型降场层与第一导电型阱物理性连接。所述源极与漏极之间形成有缓冲层。所述横向双扩散金属氧化物半导体进一步包括形成在第一导电型半导体表面的栅极氧化物。所述栅极氧化物为二氧化硅。
可选的，第一导电型半导体衬底为在半导体衬底上进行第一导电型离子掺杂制备。
可选的，第一导电型半导体衬底为在半导体衬底上通过外延生长而制备。
可选的，所述第一导电型为n型，第二导电型为p型。
可选的，所述第一导电型为p型，第二导电型为n型。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明是利用RESURF(reducedsurface filed)功能，通过在第一导电型阱内浮置设置若干第二导电型降场层，且使所述若干第二导电型降场层与第二导电型阱物理性连接，不仅减少横向双扩散金属氧化物半导体的导通电阻，而且提高其击穿电压，同时，若干第二导电型降场层也在导通的情况下增加电流通道，进而提高导通电流。
附图说明
图1是本发明第一横向双扩散金属氧化物半导体的剖视结构示意图。
图2是本发明第一横向双扩散金属氧化物半导体的俯视结构示意图。
图3是本发明第二横向双扩散金属氧化物半导体的剖视结构示意图。
图4是传统的横向双扩散金属氧化物半导体的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
第一实施方式
请参阅图1，并结合参阅图2，图1为第一横向双扩散金属氧化物半导体1的剖视结构示意图。图2是第一横向双扩散金属氧化物半导体1的俯视结构示意图。所述第一横向双扩散金属氧化物半导体1包括：第一p型衬底10、间隔形成在第一p型衬底10内用作第一漂移区的低掺杂的第一n型阱11、浮置设置在第一n型阱11内的若干p型降场层12、形成在第一p型衬底10上表面且位于第一n型阱11之间的重掺杂n型漏极扩散区13、形成在重掺杂n型漏极扩散区13上的第一漏极131、形成在第一n型阱11之异于漏极131一侧的第一p型阱14、形成在第一p型阱14上表面的第一浅沟槽隔离15、形成在第一p型阱14上表面且位于第一浅沟槽隔离15两侧的重掺杂n型源极扩散区16和第一半导体块件17、形成在重掺杂n型源极扩散区16上的第一漏极161、形成在第一p型衬底10部分位置上表面的第一栅极氧化物18，以及形成在第一栅极氧化物18上且空间上覆盖第一p型阱14和第一n型阱11的第一栅极181。
其中，第一p型衬底10可以为p型掺杂的半导体衬底，或者在半导体衬底上通过外延生长而形成的p型衬底。第一n型阱11与第一p型阱14紧凑连接。此时，第一p型阱14与浮置设置在第一n型阱11内的若干p型降场层12物理性连接。所述p型降场层12在横向上不相互连接。第一漏极131与第一源极161分别位于第一栅极181的两侧。在高温制备第一横向双扩散金属氧化物半导体1时，由于高温的作用，第一n型阱11中的n型离子向位于第一漏极131下方的第一p型衬底10处扩散，进而在第一漏极13和第一源极16之间形成缓冲层(未图示)。所述第一栅极氧化物18为二氧化硅等绝缘介质。
当第一栅极181接零电位时，第一源极161到第一漏极131是一个n+-p-n+的结构，此时如果在第一漏极131加一个正电压，第一漏极131和第一p型衬底10之间的pn结处于反偏状态，故第一源极161与第一漏极131之间无电流通过。如果在第一栅极161上加一个正电位VGS，则所述正电位VGS将有一部分电压降在第一栅极氧化物18上，另一部分电压降在第一p型衬底10表面，形成指向第一p型衬底10内部的表面势，从而使第一p型衬底10表面耗尽，甚至反型。当VGS≥VT时，第一p型衬底10表面呈强反型，形成n沟道，将重掺杂n型漏极扩散区13和重掺杂n型源极扩散区16连接起来。
综上所述，本发明通过在第一n型阱11内浮置设置了若干p型降场层12，且使所述若干p型降场层12与第一p型阱14物理性连接，不仅减少了第一横向双扩散金属氧化物半导体1的导通电阻，提高了第一横向双扩散金属氧化物半导体1的击穿电压，同时，若干p型降场层12也在导通的情况下增加电流通道，进而提高导通电流。
第二实施方式
第二实施方式与第一实施方式不同之处在于，第一实施方式所述的第一横向双扩散金属氧化物半导体1为n沟道横向双扩散金属氧化物半导体，第二实施方式所述的第二横向双扩散金属氧化物半导体2为p沟道横向双扩散金属氧化物半导体。第二实施方式与第一实施方式相同部分在此不予赘述。
请参阅图3，图3为第二横向双扩散金属氧化物半导体2的结构示意图。所述第二横向双扩散金属氧化物半导体2包括：第二n型衬底20、间隔形成在第二n型衬底20内用作第二漂移区的低掺杂的第二p型阱21、浮置设置在第二p型阱21内的若干n型降场层22、形成在第二n型衬底20上表面且位于第二p型阱22之间的重掺杂p型漏极扩散区23、形成在重掺杂p型漏极扩散区23上的第二漏极231、形成在第二p型阱21之异于第二漏极231一侧的第二n型阱24、形成在第二n型阱24上表面的第二浅沟槽隔离25、形成在第二n型阱24上表面且位于第二浅沟槽隔离25两侧的重掺杂p型源极扩散区26和第二半导体块件27、形成在重掺杂p型源极扩散区26上的第二漏极261、形成在第二n型衬底20部分位置上表面的第二栅极氧化物28，以及形成在第二栅极氧化物28上且空间上覆盖第二n型阱24和第二p型阱21的第二栅极281。
其中，第二n型衬底20可以为n型掺杂的半导体衬底，或者在半导体衬底上通过外延生长而形成的n型衬底。第二p型阱21与第二n型阱24紧凑连接。此时，第二n型阱24与浮置设置在第二p型阱21内的若干n型降场层22物理性连接。所述n型降场层22在横向上不相互连接。第二漏极231与第二源极261分别位于第二栅极281的两侧。在高温制备第二横向双扩散金属氧化物半导体2时，由于高温的作用，第二p型阱21中的p型离子向位于第二漏极231下方的第二n型衬底20处扩散，进而在第二漏极231和第二源极261之间形成缓冲层(未图示)。所述第二栅极氧化物28为二氧化硅等绝缘介质。
在正常工作时，第二源极261接地，第二漏极231接负电位。第二栅极281上加负电位时，在第二n型衬底20的表面形成一个指向第二n型衬底20外侧的表面电场，使表面耗尽，甚至反型。当VGS≤VT时，第二n型衬底20表面反型成为p型，将重掺杂p型漏极扩散区23和重掺杂p型源极扩散区26连接起来，这时，在漏极加上负电压就有电流流过。
综上所述，本发明通过在第二p型阱21内浮置设置了若干n型降场层22，且使所述若干n型降场层22与第二n型阱24物理性连接，不仅减少了第二横向双扩散金属氧化物半导体2的导通电阻，提高了第二横向双扩散金属氧化物半导体2的击穿电压，同时，若干n型降场层22也在导通的情况下增加电流通道，进而提高导通电流。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。
Claims (10)
1.一种横向双扩散金属氧化物半导体，包括：
第一导电型半导体衬底；
第二导电型阱，所述第二导电型阱位于第一导电型半导体衬底内；
第一导电型阱，所述第一导电型阱与所述第二导电型阱紧凑连接；
栅极，空间上覆盖第一导电型阱和第二导电型阱；
漏极，形成在第二导电型阱之间；
源极，形成在第一导电型阱上表面，与所述漏极分别位于栅极两侧；
其特征在于，所述横向双扩散金属氧化物半导体的第二导电型阱内间隔设置若干第一导电型降场层。
2.根据权利要求1所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，所述第一导电型降场层与第一导电型阱物理性连接。
3.根据权利要求1所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，所述第二导电型阱内间隔设置的第一导电型降场层在横向上不相互连接。
4.根据权利要求1所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，第一导电型半导体衬底为在半导体衬底上进行第一导电型离子掺杂制备。
5.根据权利要求1所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，第一导电型半导体衬底为在半导体衬底上通过外延生长而制备。
6.根据权利要求1至权利要求5中的任一权利要求所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，所述第一导电型为n型，第二导电型为p型。
7.根据权利要求1至权利要求5中的任一权利要求所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，所述第一导电型为p型，第二导电型为n型。
8.根据权利要求1所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，所述源极与漏极之间形成有缓冲层。
9.根据权利要求1所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，所述横向双扩散金属氧化物半导体进一步包括形成在第一导电型半导体表面的栅极氧化物。
10.根据权利要求8所述的横向双扩散金属氧化物半导体，其特征在于，所述栅极氧化物为二氧化硅。
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