CN104009089B - 一种psoi横向双扩散金属氧化物半导体场效应管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管新结构。这种结构是在靠近基区衬底中离子注入浓度渐变型埋层，中间部分为半导体衬底，靠近漏端衬底中埋有隔离的介质埋层。其耐压机理是通过浓度渐变型埋层电荷产生的附加电场调制作用，导致表面电场分布中产生一些新的峰并且趋于均匀而使击穿电压提高；浓度渐变型埋层的电中性作用补偿了漂移区优化的浓度而使器件比导通电阻降低，由此改善了LDMOS击穿电压与比导通电阻之间的矛盾关系。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。
背景技术
横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Lateral Double-diffusedMOSFET，简称LDMOS)由于具有易于与低压器件集成等优点，而成为智能功率集成电路和片上系统设计中的关键器件。其主要特征在于基区和漏区之间加入一段相对较长的轻掺杂漂移区，并且该漂移区的掺杂类型与漏区一致，通过加入漂移区，可以起到分担击穿电压的作用，提高了LDMOS的击穿电压。LDMOS的优化目标是获得低的导通电阻，使传导损失最小化。
SOI技术以其理想的介质隔离性能，相对简单的介质隔离工艺等优点，使智能功率IC中的低压电路与高压器件之间可以实现几乎理想的电气隔离，具有更好的隔离性能。
目前，PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管基本上解决了传统SOI器件的自热的缺陷。而且，PSOI结构纵向耐压较传统SOI结构高，这主要是由于硅窗口的存在，使其耗尽后衬底承担了一部分耐压，并且随衬底浓度的降低，纵向耐压提高。但是，对于横向高压器件，击穿电压由横向与纵向共同决定(取决于两个最低者)，如果横向耐压得不到有效提高，则器件的击穿电压仍然难以提高。另外，单就提高纵向耐压而言，在降低衬底浓度的同时，会使漂移区优化的浓度降低，这必然引起器件比导通电阻的增大。
发明内容
为了解决了一般PSOI结构纵向耐压受横向耐压限制的矛盾，并保证较低的比导通电阻，本发明提出了一种埋层浓度渐变型PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。
本发明的解决方案如下：
一种埋层浓度渐变型PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，包括：分别位于半导体衬底表面上两侧且相互不邻接的浓度渐变型埋层和介质埋层，其中，浓度渐变型埋层靠近基区一侧，介质埋层靠近漏区一侧；
基区位于浓度渐变型埋层表面，源区位于基区表面；
漂移区与基区相邻接，位于浓度渐变型埋层、介质埋层以及这两者之间的半导体衬底中部共同形成的表面；
漏区位于漂移区表面；
所述浓度渐变型埋层的掺杂类型与半导体衬底的掺杂类型相同，掺杂浓度大于半导体衬底的掺杂浓度，浓度渐变型埋层的掺杂浓度从源区到漏区方向呈整体递减趋势。
基于上述解决方案，本发明还进一步作如下优化限定和改进：
上述浓度渐变型埋层的掺杂浓度从源区到漏区方向梯度递减或者线性降低。
上述浓度渐变型埋层的横向长度小于漂移区的横向长度。
上述浓度渐变型埋层的横截面为规则图形，当然也可以是不规则图形。
上述浓度渐变型埋层的纵截面为规则图形，当然也可以是不规则图形。
本发明的有益效果如下：
通过在横向PSOI结构的下方靠近源区的衬底表面形成与半导体衬底导电类型相同的掺杂埋区，掺杂浓度从源区到漏区方向分成几个递减区域或者是掺杂浓度按照线性变化降低。这样，具有浓度渐变型埋层的PSOI LDMOS结构表面电场在渐变型埋层电荷产生的附加电场作用下出现了许多新的峰，导致两边电场峰值降低，并且由于埋层的浓度是渐变的，从而电场分布较一般PSOI结构更加均匀，峰的位置在不同类型衬底交界面的交接处，这样就提高了器件的横向耐压，解决了一般PSOI结构纵向耐压受横向耐压限制的矛盾。
更优化地，如果埋层的浓度能够做到线性降低的话，电场就呈现均匀，从而使得击穿电压达到最优，通过提高器件横向耐压来使击穿电压提高。
并且，浓度渐变型埋层的电中性作用，可以使漂移区有较高的浓度，并且从另一方面来说，由于埋层浓度渐变的，可以达到使得漂移区浓度渐变的效果，较一般PSOI降低了比导通电阻。
本方案器件制造简单，工艺难度较低，可操作性较强。
附图说明
图1为本发明浓度渐变型埋层PSOI LDOMS结构的一个实施例示意图(纵截面)。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
本发明提供一种埋层浓度渐变型PSOI LDMOS，通过结构的改进来改善击穿电压与比导通电阻之间的矛盾关系，实现高的击穿电压和低的比导通电阻。
这种新的结构是在靠近基区衬底中离子注入浓度渐变型埋层，中间部分为半导体衬底，靠近漏端衬底中埋有隔离的介质埋层。其耐压机理是通过浓度渐变型埋层电荷产生的附加电场调制作用，导致表面电场分布中产生一些新的峰并且趋于均匀而使击穿电压提高；浓度渐变型埋层的电中性作用补偿了漂移区优化的浓度而使器件比导通电阻降低，由此改善了LDMOS击穿电压与比导通电阻之间的矛盾关系。
如图1所示，本发明提供一种埋层浓度渐变型PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其包括：
半导体衬底1；
位于所述半导体衬底外延1材料表面且相互不邻接的渐变型掺杂埋层2和SiO2介质埋层3；
位于所述半导体衬底1、浓度渐变型的埋层2、介质埋层3表面的漂移区4；
位于所述半导体衬底1表面且与漂移区4相邻接的基区5；
位于所述基区5表面的源区6，以及位于所述漂移区4表面的漏区7；
其中，浓度渐变的埋层靠近基区设置且埋区的掺杂类型和衬底的掺杂类型相同，掺杂的浓度沿着源区到漏区方向分成几个递减区域或者是掺杂浓度按照线性变化。浓度渐变型埋层电荷的附加场调制作用和渐变型掺杂导致表面电场出现许多新的峰且较一般PSOI结构的趋于均匀化，如果能够埋层掺杂浓度线性递减的话，电场就能变成均匀型，这使浓度渐变型埋层PSOI结构的击穿电压较一般PSOI结构的增大，解决了一般PSOI结构纵向耐压受横向耐压限制的矛盾。同时浓度渐变型埋层的电中性作用使优化的漂移区浓度增加，较一般PSOI降低了比导通电阻，由此改善了器件的击穿电压与比导通电阻之间的矛盾关系。
其中，浓度渐变型埋区的横截面可以为规则的图形，如：圆形、矩形，也可以为不规则的图形。
其中，浓度渐变型埋区的纵截面可以为规则的图形，如：圆形、矩形，也可以为不规则的图形。
进一步地，所述浓度渐变型埋层的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度，使得调制后的浓度渐变埋层PSOI体电场分布更加均匀。
进一步地，所述浓度渐变型埋层的掺杂浓度沿着源区到漏区方向分成几个递减区域或者是掺杂浓度按照线性变化，同样可以使得调制后的浓度渐变型埋层PSOI体电场分布更加均匀。
具体的掺杂过程，现有技术中已有很成熟的技术，在此不再详述。
下面再以浓度渐变型埋层的PSOI LDMOS为例来具体介绍本发明实施例中的本结构，
半导体P型衬底1；
位于所述半导体衬底外延材料表面且相互不邻接的P型浓度渐变型埋层2和介质埋层3；
位于所述半导体衬底1、浓度渐变型的埋层2、介质埋层3表面的漂移区4；
位于所述半导体衬底1表面且与漂移区4相邻接的基区5；
位于所述基区5表面的源区6，以及位于所述漂移区4表面的漏区7；
当然，本发明中的LDMOS也可以为P沟道，其结构与N沟道LDMOS相同，在此不再赘述。
参考以上实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，包括：
分别位于半导体衬底表面上两侧且相互不邻接的浓度渐变型埋层和介质埋层，其中，浓度渐变型埋层靠近基区一侧，介质埋层靠近漏区一侧；
基区位于浓度渐变型埋层表面，源区位于基区表面；
漂移区与基区相邻接，位于浓度渐变型埋层、介质埋层以及这两者之间的半导体衬底中部共同形成的表面；
漏区位于漂移区表面；
所述浓度渐变型埋层的掺杂类型与半导体衬底的掺杂类型相同，与漂移区的掺杂类型相反；浓度渐变型埋层的掺杂浓度大于半导体衬底的掺杂浓度，浓度渐变型埋层的掺杂浓度从源区到漏区方向呈整体递减趋势。
2.根据权利要求1所述的PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于：所述浓度渐变型埋层的掺杂浓度从源区到漏区方向梯度递减或者线性降低。
3.根据权利要求1所述的PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于：所述浓度渐变型埋层的横向长度小于漂移区的横向长度。
4.根据权利要求1所述的PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于：所述浓度渐变型埋层的横截面为规则图形。
5.根据权利要求1所述的PSOI横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，所述浓度渐变型埋层的纵截面为规则图形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |