CN103985758B - 一种横向高压器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体功率器件领域，具体的说是提出一种减小热载流子效应的横向高压器件。本发明为了克服传统横向高压器件的热载流子效应问题，在第一导电类型阱区中设置有轻掺杂的第一导电类型缓冲区，由于轻掺杂浅第一导电类型缓冲区的引入，减小了引入区域的第一导电类型阱区附近的电场强度，从而也就减小了热载流子注入到氧化层，器件由于热载流子效应造成的损伤降低，器件寿命增加。本发明尤其适用于横向高压器件。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件领域，具体的说是提出一种减小热载流子效应的横向高压器件。
背景技术
高压功率器件在航天航空、工业控制及汽车电子领域被广泛的应用，当场效应管工作在高压条件下时，器件沟道内会产生很大的电场，使得器件沟道内的载流子满足成为热载流子的条件。同时，当器件工作在高压条件下时，器件沟道内大的纵向电场会引发器件的热载流子注入效应，导致器件的导通电阻、饱和电流等电学特性发生退化，器件寿命减短。因而热载流子效应是高压功率器件设计中不可避免的问题。对于横向高压器件，电流在硅-二氧化硅界面运动，热载流子效应更为严重。
对于低压部分的金属氧化物场效应管(MOSFET)器件，可以使用引入降低电场的结构(如双扩散漏的器件结构等等)，以减小强电场对器件的破坏作用，延长器件寿命，但高压横向高压器件热载流子注入效应不仅发生在沟道末端处，在漂移区也有很严重的热载流子注入效应。因此，对于减小高压横向高压器件的热载流子效应，还需要格外考虑漂移区的热载流子注入。
发明内容
本发明所要解决的，就是针对传统横向高压器件的热载流子效应问题，提出一种减小热载流子效应的横向高压器件。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种横向高压器件，其元胞结构包括第二导电类型半导体衬底1、设置在第二导电类型半导体衬底1上层的第二导电类型体区2和第一导电类型阱区3；第二导电类型体区2的上层设置有相互独立的第二导电类型接触区4和第一导电类型源区5；第一导电类型阱区3上层设置有浅槽隔离区7和第一第一导电类型缓冲区11，其中浅槽隔离区7位于第二导电类型体区2和第一第一导电类型缓冲区11之间；第一第一导电类型缓冲区11的上层设置有第一导电类型漏区6；第二导电类型接触区4、第一导电类型源区5和第一导电类型漏区6的上端面分别设置有金属层9；第一导电类型源区5与浅槽隔离区7之间的第二导电类型体区2和第一导电类型阱区3的上端面设置有栅氧化层10；栅氧化层10的上端面设置有多晶硅栅8；金属层9之间填充氧化层13；其特征在于，第一导电类型阱区3中还设置有第二第一导电类型缓冲区12，第二第一导电类型缓冲区12位于浅槽隔离区7靠近第二导电类型体区2的一端，第二导电类型缓冲区(12)覆盖了浅槽隔离区(7)的拐角，且第二导电类型缓冲区(12)的掺杂浓度低于第一导电类型缓冲区阱区(3)的掺杂浓度。
具体的，所述第二第一导电类型缓冲区12还与栅氧化层10的底部连接。
具体的，所述第二第一导电类型缓冲区12在第一导电类型阱区3中的深度小于浅槽隔离区7在第一导电类型阱区3中的深度。
具体的，所述第二第一导电类型缓冲区12为分段结构。
本发明的有益效果为，在不改变器件的击穿电压、导通电阻和漏极电流等电学特性的条件下，减小器件的热载流子效应，提高器件寿命。
附图说明
图1是常规的的横向高压器件的结构示意图；
图2是实施例1的结构示意图；
图3是实施例2的结构示意图；
图4是实施例3的结构示意图；
图5是实施例4的结构示意图；
图6是实施例5的结构示意图；
图7是实施例6的结构示意图；
图8是常规的的横向高压器件的电势分布图；
图9是实施例1的电势分布图；
图10是常规的横向高压器件及实施例1沿着硅和二氧化硅界面的纵向电场大小比较图；
图11是常规的横向高压器件及实施例1硅和二氧化硅界面的碰撞电离率比较图；
图12是常规的横向高压器件及实施例1沿着硅和二氧化硅界面的空穴温度比较图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
本发明为了克服传统横向高压器件的热载流子效应问题，在第一导电类型阱区3中设置有轻掺杂的第二第一导电类型缓冲区12，由于轻掺杂浅第二第一导电类型缓冲区12的引入，减小了引入区域的第一导电类型阱区3附近的电场强度，从而也就减小了热载流子注入到氧化层，器件由于热载流子效应造成的损伤降低，器件寿命增加。
本发明的一种横向高压器件，其元胞结构包括第二导电类型半导体衬底1、设置在第二导电类型半导体衬底1上层的第二导电类型体区2和第一导电类型阱区3；第二导电类型体区2的上层设置有相互独立的第二导电类型接触区4和第一导电类型源区5；第一导电类型阱区3上层设置有浅槽隔离区7和第一第一导电类型缓冲区11，其中浅槽隔离区7位于第二导电类型体区2和第一第一导电类型缓冲区11之间；第一第一导电类型缓冲区11的上层设置有第一导电类型漏区6；第二导电类型接触区4、第一导电类型源区5和第一导电类型漏区6的上端面分别设置有金属层9；第一导电类型源区5与浅槽隔离区7之间的第二导电类型体区2和第一导电类型阱区3的上端面设置有栅氧化层10；栅氧化层10的上端面设置有多晶硅栅8；金属层9之间填充氧化层13；其特征在于，第一导电类型阱区3中还设置有第二第一导电类型缓冲区12，第二第一导电类型缓冲区12与浅槽隔离区7靠近第二导电类型体区2的一端连接。
实施例1：
如图2所示，本例包括：第二导电类型半导体衬底1，在第二导电类型半导体衬底1上面设置有第二导电类型体区2和第一导电类型阱区3，在第二导电类型体区2的表面设置有第二导电类型接触区4和第一导电类型源区5，在第一导电类型阱区3的上面设置有第一第一导电类型缓冲区11，在第一第一导电类型缓冲区11表面设置有第一导电类型漏区6，在第一导电类型阱区3的表面设置有浅槽隔离区7，在第二导电类型体区2的表面设有栅氧化层10且栅氧化层10自第二导电类型体区2延伸至第一导电类型阱区3，在第二导电类型体区2表面的第一导电类型源区5、第二导电类型接触区4和栅氧化层10的以外区域及第一导电类型阱区3表面的第一导电类型漏区6以外区域设有氧化层13，在栅氧化层10的上表面设有多晶硅栅8且多晶硅栅8延伸至浅槽隔离区7的表面，在浅槽隔离区7、第二导电类型接触区4、第一导电类型源区5、多晶硅栅8及第一导电类型漏区6的表面设有氧化层13，在第一导电类型源区5、第二导电类型接触区4、多晶硅栅8和第一导电类型漏区6上分别连接有金属层9，在第一导电类型阱区内设置有轻掺杂浅第二第一导电类型缓冲区12，所述的轻掺杂浅第二第一导电类型缓冲区12位于第一导电类型阱区3内，且轻掺杂浅第二第一导电类型缓冲区12覆盖浅槽隔离区7与第一导电类型阱区3靠近第二导电类型体区2的拐角。
本例的工作原理为：在第一导电类型阱区3内，浅槽隔离区7靠近第二导电类型体区2一端的拐角区域设有一个轻掺杂浅第二第一导电类型缓冲区12，由于轻掺杂浅第二第一导电类型缓冲区12的引入，减小了拐角区域的第一导电类型阱区3附近的电场强度，从而也就减小了热载流子注入到氧化层，器件由于热载流子效应造成的损伤降低，器件寿命增加。如图10所示，在加入轻掺杂浅第二第一导电类型缓冲区12以后，拐角区域的第一导电类型掺杂半导体区附近的电场强度明显降低，而且随着轻掺杂浅第二第一导电类型缓冲区12的结深的增加，电场强度降低的越明显。
实施例2：
如图3所示，本例的结构与实施例1基本相同，不同的地方在于，本例中在第一导电类型阱区3中并未设置第一第一导电类型缓冲区11，该结构中如果6为第一导电类型，则器件为LDMOS，若6区为第二导电类型，则器件为IGBT。减小热载流子效应原理与实施例1相同。
实施例3：
如图4所示，本例结构与实施例1不同的地方在于，本例中第二第一导电类型缓冲区12并未与第一导电类型阱区3上端面的栅氧化层10接触，减小热载流子效应原理与实施例1相同。
实施例4：
如图5所示，本例结构与实施例1不同的地方在于，本例中第二第一导电类型缓冲区12并未覆盖浅槽隔离区7的拐角处，该结构中第二第一导电类型缓冲区12与栅氧化层10接触处的垂直电场降低，减小了热载流子效应。
实施例5：
如图6所示，本例结构与实施例1不同的地方在于，本例中第二第一导电类型缓冲区12是横向分段结构，减小热载流子效应原理与实施例1相同。
实施例6：
如图7所示，本例结构与实施例1不同的地方在于，本例中第二第一导电类型缓冲区12是纵向分段结构，减小热载流子效应原理与实施例1相同。
综上所述：本发明的结构在第一型导电类型阱区内、浅槽隔离区与第一型导电类型阱区靠近第二型导电类型体区的拐角区域设有一个轻掺杂浅第一型导电类型区，由于轻掺杂浅第一型导电类型区的引入，减小了拐角区域的第一型导电类型阱区附近的电场强度，从而也就减小了热载流子注入到氧化层，器件由于热载流子效应造成的损伤降低，器件寿命增加。参照附图10，在加入轻掺杂浅第一型导电类型区以后，拐角区域的第一型导电类型掺杂半导体区附近的电场强度明显降低，而且随着轻掺杂浅第一型导电类型区的结深的增加，电场强度降低的越明显。
本发明的结构在第一型导电类型阱区内、浅槽隔离区与第一型导电类型阱区靠近第二型导电类型体区的拐角区域设有一个轻掺杂浅第二型导电类型区，由于轻掺杂浅第二型导电类型区的引入，可以有效的减小浅槽隔离区与第一型导电类型阱区靠近第二型导电类型体区的拐角区域的第一型导电类型掺杂半导体区附近的热载流子温度。参照图12，可以看到，在加入轻掺杂浅第二型导电类型区以后，浅槽隔离区与第一型导电类型阱区靠近第二型导电类型体区的拐角区域的第一型导电类型掺杂半导体区附近的热载流子的温度明显减低，而且随着轻掺杂浅第一型导电类型区的结深的增加，热载流子的温度减低越明显。
本发明的结构在第一型导电类型阱区内、浅槽隔离区与第一型导电类型阱区靠近第二型导电类型体区的拐角区域设有一个轻掺杂浅第二型导电类型区，由于轻掺杂浅第一型导电类型区的引入，可以有效的减小浅槽隔离区与第一型导电类型阱区靠近第二型导电类型体区的拐角区域的第一型导电类型掺杂半导体区附近的碰撞电离率。参照图11，可以看到，在加入轻掺杂浅第一型导电类型区以后，拐角区域的第一型导电类型掺杂半导体区附近的热载流子的碰撞电离率明显减低。
本发明提出的方法在几乎没有改变器件的击穿电压、导通电阻和漏极电流等其他特性的条件下有效地抑制横向高压器件的热载流子效应。
本发明提出大方法的整个工艺过程完全可以基于标准金属氧化物半导体工艺线上实现，具有较好的兼容性。
Claims (3)
1.一种横向高压器件，其元胞结构包括第二导电类型半导体衬底(1)、设置在第二导电类型半导体衬底(1)上层的第二导电类型体区(2)和第一导电类型阱区(3)；第二导电类型体区(2)的上层设置有相互独立的第二导电类型接触区(4)和第一导电类型源区(5)；第一导电类型阱区(3)上层设置有浅槽隔离区(7)和第一第一导电类型缓冲区(11)，其中浅槽隔离区(7)位于第二导电类型体区(2)和第一第一导电类型缓冲区(11)之间；第一第一导电类型缓冲区(11)的上层设置有第一导电类型漏区(6)；第二导电类型接触区(4)、第一导电类型源区(5)和第一导电类型漏区(6)的上端面分别设置有金属层(9)；第一导电类型源区(5)与浅槽隔离区(7)之间的第二导电类型体区(2)和第一导电类型阱区(3)的上端面设置有栅氧化层(10)；栅氧化层(10)的上端面设置有多晶硅栅(8)；金属层(9)之间填充氧化层(13)；其特征在于，第一导电类型阱区(3)中还设置有第二第一导电类型缓冲区(12)，第二第一导电类型缓冲区(12)位于浅槽隔离区(7)靠近第二导电类型体区(2)的一端，第二第一导电类型缓冲区(12)覆盖了浅槽隔离区(7)的拐角，且第二第一导电类型缓冲区(12)的掺杂浓度低于第一导电类型阱区(3)的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的一种横向高压器件，其特征在于，所述第二第一导电类型缓冲区(12)与栅氧化层(10)的底部连接。
3.根据权利要求1所述的一种横向高压器件，其特征在于，所述第二第一导电类型缓冲区(12)为分段结构。
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