CN102306659A - 一种基于体电场调制的ldmos器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于体电场调制的LDMOS器件，包括第一导电类型衬底层和设于第一导电类型衬底上的第二导电类型漂移层；第一导电类型衬底层内设有浮空区，浮空区由若干第一导电类型浮空层和若干第二导电类型浮空层在水平方向上交替叠加而成。本发明通过在衬底层中添加交替排列的P/N浮空区，利用电荷补偿的方法，优化了LDMOS器件的纵向电场，得到均匀的纵向电场分布，提高了整体器件的击穿电压，进一步优化了器件的性能。

Description

一种基于体电场调制的LDMOS器件

技术领域

本发明属于半导体器件设计技术领域，具体涉及一种基于体电场调制的LDMOS器件。

背景技术

LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET，横向扩散金属氧化物半导体)器件由于源、栅和漏三个电极均在硅片的表面，易与集成电路中其他器件集成，因此常被广泛应用于高压功率集成电路(PIC)中，以满足耐高压、实现功率控制等方面的要求；与晶体管相比，LDMOS在关键的器件特性方面，如增益、线性度、开关性能、散热性能以及减少级数等方面具有明显的优势。

众所周知，LDMOS器件的击穿电压(Breakdown Voltage，BV)由其横向击穿电压和纵向击穿电压两者中较低的一者决定；因此，优化横向及纵向电场是获得较高击穿电压的关键。很多技术已经被开发用于优化横向电场，例如场限环、场板、横向变掺杂、RESURF(Reduced Surface Field，降低表面电场)等，目前横向电场的优化几乎不再是问题。因此，LDMOS的击穿电压其实真正是受限于纵向击穿电压，为了得到更高的器件击穿电压，就必须优化纵向电场(相对于表面的横向电场，纵向电场位于器件内，因此也被称为体电场)。

图1所示为一种传统的LDMOS器件的结构，其纵向电场分布如图2所示，由半导体物理可知，电压为电场的积分，因此，图2中的阴影部分的面积就是纵向击穿电压的值，这种LDMOS器件的纵向击穿电压相对较低；为了得到更高的器件击穿电压，就必须优化纵向电场，就是要增大阴影部分的面积。

张波、段宝兴和李肇基在标题为具有n+浮空层的体电场降低LDMOS结构耐压分析(半导体学报，Vol.27No.4Apr.2006)的文章中公开了一种基于浮空层降低体电场的LDMOS结构，该LDMOS结构如图3所示，其在衬底中垂直方向上增加一层或多层与衬底掺杂类型相反的掺杂层；这样相当于引入了多个PN结，每个PN结会引入一个电场，可把体内的纵向电场调制成如图4所示的分布；从图4中可知，相比于传统的LDMOS器件的结构，其电场积分面积(即纵向击穿电压)有所提高，然而该电场分布并不是均匀的，电场峰值之间还有空白区域；因此，其电场积分面积还有进一步提高的可能性。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于体电场调制的LDMOS器件，进一步提高整体器件的击穿电压，优化器件的整体性能。

一种基于体电场调制的LDMOS器件，包括第一导电类型衬底层和设于第一导电类型衬底上的第二导电类型漂移层；所述的第一导电类型衬底层内设有浮空区，所述的浮空区由若干第一导电类型浮空层和若干第二导电类型浮空层在水平方向上交替叠加而成。

所述的第一导电类型衬底层的掺杂浓度为1×10¹³～1×10²²atom/cm³。

所述的第二导电类型漂移层的掺杂浓度为1×10¹³～1×10²⁰atom/cm³。

所述的第一导电类型浮空层的掺杂浓度为1×10¹⁴～1×10²¹atom/cm³。

所述的第二导电类型浮空层的掺杂浓度为1×10¹⁴～1×10²¹atom/cm³。

所有第一导电类型浮空层的掺杂浓度不完全相同；或所有第一导电类型浮空层的掺杂浓度完全相同且与第一导电类型衬底层的掺杂浓度不同。

所述的第一导电类型衬底层的长度为0.1～400μm，厚度为0.1～1000μm；所述的第一导电类型浮空层或第二导电类型浮空层的长度为0.1～1000μm，厚度为0.1～200μm。

调节第一导电类型浮空层和第二导电类型浮空层的长度和厚度可优化LDMOS器件的纵向电场，控制提高器件的纵向击穿电压。

本发明通过在衬底层中添加交替排列的P/N浮空区，利用电荷补偿的方法，优化了LDMOS器件的纵向电场，得到均匀的纵向电场分布，提高了整体器件的击穿电压，进一步优化了器件的性能。

附图说明

图1为传统LDMOS器件的结构示意图。

图2为传统LDMOS器件的纵向电场分布图。

图3为现有基于浮空层的LDMOS器件的结构示意图。

图4为现有基于浮空层的LDMOS器件的纵向电场分布图。

图5为本发明LDMOS器件的结构示意图。

图6为本发明LDMOS器件的纵向电场分布图。

图7为传统LDMOS器件、现有基于浮空层的LDMOS器件和本发明LDMOS器件的击穿电流电压曲线图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图3所示，一种基于体电场调制的LDMOS器件，包括P型衬底层1；

设于P型衬底层1上的N型漂移层2；

从左到右依次设于N型漂移层2上的P型掺杂区7、第一氧化层12和第一N+型重掺杂区8；

从左到右依次设于P型掺杂区7上的P+型重掺杂区5、第二N+型重掺杂区6和第二氧化层13；

设于P+型重掺杂区5上的源金属电极10；

设于第一N+型重掺杂区8上的漏金属电极9；

设于第二氧化层13上的栅金属电极11；

P型衬底层1内设有浮空区，浮空区由五个P型浮空层3和四个N型浮空层4在水平方向上交替叠加而成。

其中：P型衬底层1的掺杂浓度为1.5×10¹⁴atom/cm³，N型漂移层2的掺杂浓度为1×10¹⁶atom/cm³，P型浮空层3的掺杂浓度为2.1×10¹⁵atom/cm³，N型浮空层4的掺杂浓度为2.1×10¹⁵atom/cm³，P+型重掺杂区5的掺杂浓度为5×10¹⁹atom/cm³，第一N+型重掺杂区8的掺杂浓度为5×10¹⁹atom/cm³，第二N+型重掺杂区6的掺杂浓度为5×10¹⁹atom/cm³，P型掺杂区7的掺杂浓度从上往下成高斯分布，表面掺杂浓度为1.5×10¹⁷atom/cm³。

P型衬底层1的长度为95μm，厚度为80μm；P型浮空层3和N型浮空层4的长度为55μm，厚度为5μm。

本实施方式的LDMOS器件通过在衬底中添加交替排列的P/N浮空区，利用电荷补偿原理，优化纵向电场，可得到如图6所示的均匀的纵向电场分布，其电场积分面积(即纵向击穿电压)相对传统LDMOS器件和现有基于浮空层的LDMOS器件明显提高。

对传统LDMOS器件、现有基于浮空层的LDMOS器件和本实施方式LDMOS器件分别进行击穿仿真，三者的击穿电流电压曲线如图7所示；A为传统LDMOS器件的击穿电流电压曲线，B为现有基于浮空层的LDMOS器件的击穿电流电压曲线，C为本实施方式LDMOS器件的击穿电流电压曲线；可发现本实施方式LDMOS器件的击穿电流电压的性能明显优于传统LDMOS器件和现有基于浮空层的LDMOS器件。

Claims (7)

1.一种基于体电场调制的LDMOS器件，包括第一导电类型衬底层和设于第一导电类型衬底上的第二导电类型漂移层；其特征在于：

所述的第一导电类型衬底层内设有浮空区，所述的浮空区由若干第一导电类型浮空层和若干第二导电类型浮空层在水平方向上交替叠加而成。

2.根据权利要求1所述的基于体电场调制的LDMOS器件，其特征在于：所述的第一导电类型衬底层的掺杂浓度为1×10¹³～1×10²²atom/cm³。

3.根据权利要求1所述的基于体电场调制的LDMOS器件，其特征在于：所述的第二导电类型漂移层的掺杂浓度为1×10¹³～1×10²⁰atom/cm³。

4.根据权利要求1所述的基于体电场调制的LDMOS器件，其特征在于：所述的第一导电类型浮空层的掺杂浓度为1×10¹⁴～1×10²¹atom/cm³。

5.根据权利要求1所述的基于体电场调制的LDMOS器件，其特征在于：所述的第二导电类型浮空层的掺杂浓度为1×10¹⁴～1×10²¹atom/cm³。

6.根据权利要求1所述的基于体电场调制的LDMOS器件，其特征在于：所述的第一导电类型衬底层的长度为0.1～400μm，厚度为0.1～1000μm。

7.根据权利要求1所述的基于体电场调制的LDMOS器件，其特征在于：所述的第一导电类型浮空层或第二导电类型浮空层的长度为0.1～1000μm，厚度为0.1～200μm。

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