CN102867844A

CN102867844A - 一种p型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管

Info

Publication number: CN102867844A
Application number: CN2012103656066A
Authority: CN
Inventors: 祝靖; 林吉勇; 陈辉; 钱钦松; 孙伟锋; 陆生礼; 时龙兴
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-01-09

Abstract

一种P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：P型硅衬底，在P型硅衬底上设有N型外延层，在N型外延层上设有P-漂移区及N型体区，且N型外延层的上表面为P-漂移区及N型体区覆盖，在N型体区上方设有P型源区、N型体接触区及栅氧化层，在P-漂移区上方设有P型缓冲层，在P型缓冲层上方设有P型漏区，在栅氧化层上方设有多晶硅栅，在P型源区、N型体接触区、多晶硅栅、P-漂移区、P型漏区上方设有场氧化层，在P型源区及N型体接触区上接有穿通场氧化层的第一金属引线，多晶硅栅接有穿通场氧化层的第二金属引线，P型漏区接有穿通场氧化层的第三金属引线，其特征在于，在N型外延层上设有超结结构，超结结构由连接漏区及N型外延层方向相间分布的P型区和N型区构成。

Description

一种P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，更具体的说，是关于提高纵向耐压的一种漏端带有纵向超结结构的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管。

背景技术

功率半导体器件是电力电子系统中进行能量控制和转换的基本元件，电力电子技术的不断发展为功率半导体器件开拓了广泛的应用领域。以具有较快的开关速度、较宽的安全工作区特点的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管为代表的现代电力电子器件和相关产品在计算机、通讯、消费电子、汽车电子为代表的4C产业中发挥着重要作用。如今，功率器件正向着提高工作电压、增加工作电流、减小导通电阻和集成化的方向发展。超结的发明是功率金属氧化物半导体晶体管技术上的一个里程碑。

功率器件广泛应用于电力电子领域，许多的应用场合要求其必须能够承受较高的电压。而器件的耐压由横向上的耐压和纵向上的耐压两者共同决定。提高横向耐压通常采用RESURF（减小表面电场），浮空场限环，VLD（漂移区变掺杂）等技术，目前已能将横向耐压提高到很高的水平（1000V以上），此时，器件的击穿很多时候发生在纵向结构上，因此，功率器件的纵向耐压成为决定器件耐压的关键因素。

传统的提高纵向耐压的方法是增大器件的外延层厚度，但厚的外延层在工艺上势必增加隔离难度．同时也使外延时间加长，增加成本，所以为了满足高、低压兼容的需要，在硅基中采用超薄外延横向技术已成为发展的趋势。因此在横向耐压足够高时，就有必要对器件纵向结构进行优化，从而提高器件的纵向耐压，进而提高整个功率器件的击穿电压。

发明内容

本发明提供一种P型纵向高耐压横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，本发明能提高器件的纵向耐压，从而提高整个器件的击穿电压。

本发明采用如下技术方案：

一种P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：P型硅衬底，在P型硅衬底上设有N型外延层，在N型外延层上设有P-漂移区、N型体区及超结结构，超结结构由连接漏区及N型外延层方向相间分布的P型区和N型区构成，且N型外延层的上表面为P-漂移区、N型体区及超结结构覆盖，在N型体区上方设有P型源区、N型体接触区及栅氧化层，在P-漂移区上方设有P型缓冲层，在P型缓冲层上方设有P型漏区，在栅氧化层上方设有多晶硅栅，在P型源区、N型体接触区、多晶硅栅、P-漂移区、P型漏区上方设有场氧化层，在P型源区及N型体接触区上接有穿通场氧化层的第一金属引线，多晶硅栅接有穿通场氧化层的第二金属引线，P型漏区接有穿通场氧化层的第三金属引线。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的带有超结结构的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管采用了新结构，即在P型缓冲层13和N型外延层14之间加入P型区和N型区相间分布的超结结构。相对于传统的没有纵向超结的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管（图2），本发明实现了三个面的耗尽，即超结结构中的P型区15和N型区16之间的侧面的耗尽，超结结构中的N型区16顶部与漏端P型缓冲层13底部之间的耗尽，超结结构中的P型区15底部与N型外延层14顶部之间的耗尽。这样的耗尽机制使超结结构中的P型区15和N型区16之间完全耗尽，这相当于在P型缓冲层13和N型外延层14之间加入了一层介质层，使P型缓冲层13和N型外延层14形成PIN的二极管结构，其电场结构如图3所示，而图4为传统的没有超结结构的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的电场分布，因为器件的纵向耐压正是对图3和图4所示电场进行积分，从图3和图4的比较可以看出，带有超结结构的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的新型结构耐压比没有超结的传统的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的耐压高，因此采用带有纵向超结的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的新型结构提高了器件的耐压。

2、本发明的带有超结结构的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，由于漏端下的超结结构完全耗尽，与传统的没有纵向超结结构的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管相比，具有在相同耐压下外延厚度较小，或相同厚度的外延层时，具有更高的耐压。

3、本发明的带有超结结构的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，完全基于现有的制备横向双扩散晶体管的工艺，具有较好的兼容性。

4、本发明的带有超结结构的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管散热性好，成本低。

附图说明

图1是本发明所述的漏端带有纵向超结的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管。

图2是本发明所述的传统的漏端没有纵向超结的P型横向双扩散金属氧化物半导体晶体管。

图3是本发明所述的漏端带有纵向超结的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的超结耗尽原理及超结附近的电场分布。

图4是本发明所述的漏端没有纵向超结的P型横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的N型外延层和P-漂移区结附近的电场分布。

具体实施方式

参照图1，一种P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：P型硅衬底1，在P型硅衬底1上设有N型外延层14，在N型外延层14上设有P-漂移区2、N型体区3及超结结构，超结结构由连接漏区及N型外延层14方向相间分布的P型区15和N型区16构成，且N型外延层14的上表面为P-漂移区2、N型体区3及超结结构覆盖，在N型体区3上方设有P型源区4、N型体接触区5及栅氧化层8，在P-漂移区2上方设有P型缓冲层13，在P型缓冲层13上方设有P型漏区12，在栅氧化层8上方设有多晶硅栅9，在P型源区4、N型体接触区5、多晶硅栅9、P-漂移区2、P型漏区12上方设有场氧化层6，在P型源区4及N型体接触区5上接有穿通场氧化层6的第一金属引线7，多晶硅栅9接有穿通场氧化层6的第二金属引线10，P型漏区接有穿通场氧化层6的第三金属引线11。

本实例中还采用如下的技术措施来进一步提高本发明的性能：

所述的超结结构的宽度比P型漏区的宽度大。

所述的超结结构可以采用多次外延和离子注入工艺形成。

本发明采用如下方法来制备：

1、选择一块P型硅衬底，对其进行清洗，然后按区域进行硼离子注入或磷离子注入，之后进行外延，再进行离子注入，如此进行多次离子注入和外延，经高温扩散即可形成超结结构。

2、然后离子注入形成P-漂移区和P型缓冲层，之后通过离子注入和高温扩散形成N型体区，接着进行场氧的生长，并进行场注，调整沟道阈值电压，然后进行栅氧化层生长，淀积刻蚀多晶硅形成多晶硅栅和多晶硅场板，源漏注入形成P型源区、N型体接触区和P型漏区，然后淀积场氧化层。

3、刻蚀场氧化层，形成P型源区、N型体接触区、多晶硅栅及P型漏区的金属电极引出孔，淀积金属层，刻蚀金属层形成P型超结横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的P型源区、N型体接触区的引出电极，多晶硅栅的引出电极和P型漏区的引出电极。最后，进行钝化处理。

Claims

1.一种P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：P型硅衬底(1)，在P型硅衬底(1)上设有N型外延层(14)，在N型外延层(14)上设有P-漂移区(2)及N型体区(3)，且N型外延层(14)的上表面为P-漂移区(2)及N型体区(3)覆盖，在N型体区(3)上方设有P型源区(4)、N型体接触区(5)及栅氧化层(8)，在P-漂移区(2)上方设有P型缓冲层(13)，在P型缓冲层(13)上方设有P型漏区(12)，在栅氧化层(8)上方设有多晶硅栅(9)，在P型源区(4)、N型体接触区(5)、多晶硅栅(9)、P-漂移区(2)、P型漏区(12)上方设有场氧化层(6)，在P型源区(4)及N型体接触区(5)上接有穿通场氧化层(6)的第一金属引线(7)，多晶硅栅(9)接有穿通场氧化层(6)的第二金属引线(10)，P型漏区接有穿通场氧化层(6)的第三金属引线(11)，其特征在于，在N型外延层(14)上设有超结结构，超结结构由连接漏区及N型外延层(14)方向相间分布的P型区(15)和N型区(16)构成。

2.根据权利要求1所述的P型纵向高耐压的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于，超结结构宽度要比P型漏区(12)大。