CN102610649B - 高可靠ldmos功率器件 - Google Patents
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Abstract
公开了一种高可靠LDMOS功率器件，包括：体接触区及隔离区；所述隔离区设置在LDMOS功率器件的漏端注入区和所述体接触区之间；所述隔离区设置在LDMOS功率器件的漂移区和所述体接触区之间；通过体引出引出并抽取所述体接触区附近载流子，控制所述体接触区附近电位。本发明提供的高可靠LDMOS功率器件，通过STI隔离或者FOX隔离等手段，在LDMOS功率器件的漏端注入区或漂移区附近形成体接触区域并通过体引出引出并抽取体接触区附近载流子，控制体接触区附近电位，即避免了由噪声电流或者碰撞电流引起的寄生晶体管开启而导致的LDMOS器件损伤或烧毁，又扩展了LDMOS功率器件的电学安全工作区域，增强了器件可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地说涉及一种高可靠LDMOS功率器件。
背景技术
LDMOS(LateralDoubleDiffusedMetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，横向双扩散金属氧化物场效应晶体管)增益高，线性范围宽，互调失真小，适于射频应用场合。由于场控器件的输入阻抗高，电流是负温度系数，才能完成双极型晶体管所没有的多单元并联，实现低导通电阻的大电流工作。因为多单元并联工作，所以容易利用其余部分单元实现过压、过流、过热保护等多种功能。漂移区的存在起到了将漏与沟道隔离的作用，故而沟道调制减弱。经过几十年来的不断发展，LDMOS因其优异的性能被广泛应用在无线通信、医疗电子等各个领域中。
正常工作的高压器件内部会产生较高的电场，在高电场下发生的碰撞电离现象产生的碰撞电离载流子产生一定大小的碰撞电流。此碰撞电流一方面自身形成漏电流，一方面使得期间内的寄生晶体管处于亚开启状态，增加了器件的漏电流。如果碰撞电离进一步增大，寄生晶体管完全开启，器件进入滞回区域，器件将发生损伤或烧毁。另外，器件内部的噪声、外部信号的过压等因素也会造成器件寄生晶体管的开启。这些都严重影响到了器件的可靠性。作为高电压大电流的功率器件，器件的可靠性是LDMOS作为产品应用到工业生产和日常生活中最为重要的一点。
发明内容
本发明的目的是，解决现有技术中LDMOS功率器件安全、可靠性能差的问题，提供一种高可靠LDMOS功率器件。
本发明提供的一种高可靠LDMOS功率器件，包括：体接触区及隔离区；
所述隔离区设置在LDMOS功率器件的漏端注入区和所述体接触区之间；
所述隔离区设置在LDMOS功率器件的漂移区和所述体接触区之间；
所述体接触区设置在所述隔离区的内侧；所述漏端注入区设置在所述隔离区的外侧；所述漂移区设置在所述漏端注入区的外侧；
通过体引出引出并抽取所述体接触区附近载流子，控制所述体接触区附近电位。
进一步，所述体引出与源端引出短接，使得LDMOS功率器件的体接触区电位与源区电位相等。
进一步，所述体引出单独接入一电位，当功率器件为N型LDMOS功率器件时，接入电位应低于源端电位，当功率器件为P型LDMOS功率器件时，接入电位应高于源端电位。
进一步，所述隔离区包括：
STI隔离区或FOX隔离区；
所述STI隔离区是利用STI工艺形成至少数微米深的STI层，此深度应大于漂移区、漏端注入区及所述体接触区的深度，用以隔离所述体接触区和漂移区、漏端注入区；
所述FOX隔离区是选择至少数微米深FOX层，此深度应大于漂移区、漏端注入区及所述体接触区的深度，用以隔离所述体接触区、漂移区和漏端注入区。
进一步，所述STI隔离区的形状包括半四边形、半六边形、半八边形、四边形、六边形或八边形。
进一步，所述FOX隔离区的形状包括四边形、六边形或八边形。
进一步，所述体接触区形成的大小根据器件单指宽度确定。
进一步，所述体接触区数量为一个或一个以上。
进一步，所述体引出为导电金属，包括多晶硅、铝或铜。
本发明提供的高可靠LDMOS功率器件，通过STI隔离或者FOX隔离等手段，在LDMOS功率器件的漏端注入区或漂移区附近形成体接触区域并通过体引出引出并抽取体接触区附近载流子，控制体接触区附近电位。通过此方法，一方面碰撞电离或器件内噪声产生的载流子被体引出所吸收，避免由噪声电流或者碰撞电流引起的寄生晶体管开启而导致的LDMOS器件损伤或烧毁；另一方面即使器件进入回滞区域，通过此方法抬高了器件维持回滞状态所需的电压，扩展了LDMOS功率器件的电学安全工作区域，增强了器件可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高可靠LDMOS功率器件结构的剖面示意图；
图2为本发明实施例一所示的高可靠LDMOS功率器件的俯视示意图；
图3为本发明实施例二所示的高可靠LDMOS功率器件的俯视示意图；
图4为本发明实施例三所示的高可靠LDMOS功率器件的俯视示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。
本发明提供的高可靠LDMOS功率器件，包括：
体接触区及隔离区；所述隔离区设置在LDMOS功率器件的漏端注入区和所述体接触区之间；所述隔离区设置在LDMOS功率器件的漂移区和所述体接触区之间；所述体接触区设置在所述隔离区的内侧；所述漏端注入区设置在所述隔离区的外侧；所述漂移区设置在所述漏端注入区的外侧；通过体引出引出并抽取所述体接触区附近载流子，控制所述体接触区附近电位。其中，隔离区可以是STI隔离区，也可以是FOX隔离区。STI隔离区是利用STI工艺形成至少数微米深的STI层，此深度应大于漂移区、漏端注入区及体接触区的深度，用以隔离体接触区和漂移区、漏端注入区。所述STI隔离区的形状包括半四边形、半六边形、半八边形、四边形、六边形或八边形。FOX隔离区是选择至少数微米深FOX层，此深度应大于漂移区、漏端注入区及体接触区的深度，用以隔离体接触区和漂移区、漏端注入区。FOX隔离区的形状包括四边形、六边形或八边形。体接触区形成的大小根据器件单指宽度确定。体接触区数量为一个或一个以上。通过体引出可以引出并抽取体接触区附近载流子，控制体接触区附近电位。其中，体引出为导电金属，包括多晶硅、铝或铜。体引出可以与源端引出短接，使得LDMOS功率器件的体接触区电位与源区电位相等。体引出也可以单独接入一电位，当功率器件为N型LDMOS功率器件时，接入电位应低于源端电位，当功率器件为P型LDMOS功率器件时，接入电位应高于源端电位。
如图1所示，图中，19为衬底；18为外延；16为LDMOS栅；15为漂移区；13为源端注入区形成器件源端，14为漏端注入区形成器件漏端；深达数微米的隔离区17将体接触区11与漏端注入区14、漂移区15完全隔离开。例如，在N型LDMOS结构中，在硅基P型衬底19上生长数微米厚的P型外延18，淀积多晶硅栅16，通过STI工艺在图示位置形成完整的STI隔离区17。之后通过扩栅工艺在栅的一侧横向扩散形成N型漂移区15，形成N型源端注入区13、N型漏端注入区14，P型体接触区11，然后通过接触孔与体引出连接并引出。图中箭头所示为P型体接触区11吸收载流子的方向。低浓度长距离的N型漂移区15使得LDMOS器件成为一种能够承受高电压的功率器件。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
实施例一：
如图2所示，为本发明实施例第一种新型高可靠LDMOS功率器件的俯视示意图。21为体接触区，22为LDMOS栅，23为源端注入区形成器件源端，24为漏端注入区形成器件漏端，25为漂移区，26为接触孔。在此实施例中，在漏端注入区24内形成体接触区21，并通过STI隔离区27与漏端注入区24、漂移区25完全隔离。体接触区21形状、大小、数量根据需求调节，例如在单指栅宽小于50微米时，1个5微米宽的六边形体接触区21能够满足需求；单指栅宽大于50微米时，多个5微米宽的六边形体接触区21产生的效果比较显著。体接触区21由接触孔26引出，可以选择与源端短接，或者选择施加一定电压，吸收体接触区21附近的载流子，避免由噪声电流或者碰撞电流引起的寄生晶体管开启而导致的LDMOS器件损伤或烧毁，并且抬高器件维持回滞状态所需的电压，扩展LDMOS功率器件的电学安全工作区域。
在本发明的实施例中，STI隔离区27的多边形状包括但不限于四边形、六边形或八边形。
实施例二：
如图3所示，为本发明实施例第二种新型高可靠LDMOS功率器件的俯视示意图。31为体接触区，32为LDMOS栅，33为源端注入区形成器件源端，34为漏端注入区形成器件漏端，35为漂移区，36为接触孔。在此实施例中，在漏端注入区34内形成体接触区31，并通过STI隔离区37与漏端注入区34、漂移区35完全隔离。STI隔离区37的形状如图3所示，其贯穿漏端注入区34，必须满足STI隔离区37完整的囊括了体接触区31并完全隔离漏端注入区34、漂移区35的条件。体接触区31由接触孔36引出，可以选择与源端短接，或者选择施加一定电压，吸收体接触区31附近的载流子，避免由噪声电流或者碰撞电流引起的寄生晶体管开启而导致的LDMOS器件损伤或烧毁，并且抬高器件维持回滞状态所需的电压，扩展LDMOS功率器件的电学安全工作区域。
在本发明的实施例中，STI隔离区37的多边形状包括但不限于半四边形、半六边形或半八边形。
实施例三：
如图4所示，为本发明实施例第三种新型高可靠LDMOS功率器件的俯视示意图。41为体接触区，42为LDMOS栅，43为源端注入区形成器件源端，44为漏端注入区形成器件漏端，45为漂移区，46为接触孔。在此实施例中，在漏端注入区44内形成体接触区41，并通过FOX隔离区47与漏端注入区44、漂移区45完全隔离。FOX隔离区47的范围较STI隔离区占用更大的面积，其可能不能被完全囊括在漏端注入区44之内，如图4所示，这是被允许的。体接触区41的形状、大小、数量根据需求调节，例如在单指栅宽小于100微米时，建议使用1个5微米宽的六边形体接触区41；单指栅宽大于100微米时，多个5微米宽的六边形体接触区41产生的效果比较显著。体接触区41由接触孔46引出，可以选择与源端短接，或者选择施加一定电压，吸收栅44之下体接触区41附近的载流子，避免由噪声电流或者碰撞电流引起的寄生晶体管开启而导致的LDMOS器件损伤或烧毁，并且抬高器件维持回滞状态所需的电压，扩展LDMOS功率器件的电学安全工作区域。
在本发明的实施例中，FOX隔离区47的形状包括但不限于四边形、六边形或八边形。
本发明提供的高可靠LDMOS功率器件，通过STI隔离或者FOX隔离等手段，在LDMOS功率器件的漏端注入区或漂移区附近形成体接触区域并通过体引出引出并抽取体接触区附近载流子，控制体接触区附近电位。通过此方法，一方面碰撞电离或器件内噪声产生的载流子被体引出所吸收，避免由噪声电流或者碰撞电流引起的寄生晶体管开启而导致的LDMOS器件损伤或烧毁；另一方面即使器件进入回滞区域，通过此方法抬高了器件维持回滞状态所需的电压，扩展了LDMOS功率器件的电学安全工作区域，增强了器件可靠性。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。
因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺或步骤包含在其保护范围内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高可靠LDMOS功率器件，其特征在于，包括：
体接触区及隔离区；
所述隔离区设置在LDMOS功率器件的漏端注入区和所述体接触区之间；
所述隔离区设置在LDMOS功率器件的漂移区和所述体接触区之间；
所述体接触区设置在所述隔离区的内侧；所述漏端注入区设置在所述隔离区的外侧；所述漂移区设置在所述漏端注入区的外侧；
通过体引出引出并抽取所述体接触区附近载流子，控制所述体接触区附近电位。
2.如权利要求1所述的高可靠LDMOS功率器件，其特征在于：
所述体引出与源端引出短接，使得LDMOS功率器件的体接触区电位与源区电位相等。
3.如权利要求1所述的高可靠LDMOS功率器件，其特征在于：
所述体引出单独接入一电位，当功率器件为N型LDMOS功率器件时，接入电位应低于源端电位，当功率器件为P型LDMOS功率器件时，接入电位应高于源端电位。
4.如权利要求2或3所述的高可靠LDMOS功率器件，其特征在于，所述隔离区包括：
STI隔离区或FOX隔离区；
所述STI隔离区是利用STI工艺形成至少数微米深的STI层，此深度应大于漂移区、漏端注入区及所述体接触区的深度，用以隔离所述体接触区和漂移区、漏端注入区；
所述FOX隔离区是选择至少数微米深FOX层，此深度应大于漂移区、漏端注入区及所述体接触区的深度，用以隔离所述体接触区、漂移区和漏端注入区。
5.如权利要求4所述的高可靠LDMOS功率器件，其特征在于：
所述STI隔离区的形状包括半四边形、半六边形、半八边形、四边形、六边形或八边形。
6.如权利要求4所述的高可靠LDMOS功率器件，其特征在于：所述FOX隔离区的形状包括四边形、六边形或八边形。
7.如权利要求4所述的高可靠LDMOS功率器件，其特征在于：所述体接触区形成的大小根据器件单指宽度确定。
8.如权利要求4所述的高可靠LDMOS功率器件，其特征在于：所述体接触区数量为一个或一个以上。
9.如权利要求4所述的高可靠LDMOS功率器件，其特征在于：所述体引出为导电金属，包括多晶硅、铝或铜。
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