CN104600118A - 一种减小热载流子效应的横向高压器件 - Google Patents

一种减小热载流子效应的横向高压器件 Download PDF

Info

Publication number
CN104600118A
CN104600118A CN201410829923.8A CN201410829923A CN104600118A CN 104600118 A CN104600118 A CN 104600118A CN 201410829923 A CN201410829923 A CN 201410829923A CN 104600118 A CN104600118 A CN 104600118A
Authority
CN
China
Prior art keywords
trench isolation
region
dielectric constant
hot carrier
shallow trench
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410829923.8A
Other languages
English (en)
Inventor
乔明
周锌
祁娇娇
张波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201410829923.8A priority Critical patent/CN104600118A/zh
Publication of CN104600118A publication Critical patent/CN104600118A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7816Lateral DMOS transistors, i.e. LDMOS transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

本发明提供了一种减小热载流子效应的横向高压器件,属于半导体功率器件领域。本发明在传统横向高压器件的浅槽隔离区内设置了一个高介电常数介质块,使得第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的电场强度减小,载流子温度和碰撞电离率减小,抑制了热载流子注入到氧化层,有效降低了器件的热载流子效应,延长了器件的寿命。

Description

一种减小热载流子效应的横向高压器件
技术领域
本发明属于半导体功率器件领域,具体涉及一种减小热载流子效应的横向高压器件。
背景技术
高压功率器件由于其易集成、工艺兼容性等优点,在工业控制、汽车电子等领域得到了广泛的应用。然而,当器件在高的漏端电压和栅端电压下工作时,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,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效应,导致器件的导通电阻、饱和电流等电学特性发生退化,缩短器件的寿命。热载流子效应是高压功率器件中不可避免的问题,对于横向高压器件,电流在硅-二氧化硅界面运动,热载流子效应则更加严重。
对于低压的金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)器件,可以采用降低电场的结构(如双扩散漏的器件结构等)减小强电场对器件的破坏作用,延长器件的寿命。但横向高压器件的热载流子注入效应不仅发生在沟道末端处,在漂移区也存在严重的热载流子效应。因此,对于减小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
本发明针对传统横向高压器件的热载流子效应的问题,提出了一种减小热载流子效应的横向高压器件,该器件在浅槽隔离区内设置了一个高介电常数介质块,使得第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的电场强度减小,抑制了热载流子注入到氧化层,有效降低了器件的热载流子效应,延长了器件的寿命。
本发明的技术方案如下:
一种减小热载流子效应的横向高压器件,包括第二导电类型半导体衬底1;形成在第二导电类型半导体衬底1上的第一导电类型体区2和第二导电类型阱区3;形成在第一导电类型体区2中的第一导电类型接触区4和第一导电类型源区5;形成在第二导电类型阱区3中的浅槽隔离区7和第一导电类型缓冲区11,浅槽隔离区7位于第一导电类型体区2和第一导电类型缓冲区11之间;形成于第一导电类型缓冲区11中的第二导电类型漏区6;形成于第一导电类型源区5和浅槽隔离区7之间区域上方的栅氧化层10,形成于栅氧化层10和部分浅槽隔离区7之上的多晶硅栅8,其特征在于,所述浅槽隔离区7内设有高介电常数介质块12,所述高介电常数介质块12可使第二导电类型阱区3靠近高介电常数介质块12附近的电场强度减小,有效降低器件的热载流子效应。
进一步地,所述高介电常数介质块12的介电常数高于浅槽隔离区材料的介电常数。
进一步地,所述高介电常数介质块12的长度小于或等于浅槽隔离区长度的三分之一,高介电常数介质块12的高度小于或等于浅槽隔离区的高度。
进一步地,所述高介电常数介质块12的左侧面与浅槽隔离区7的左侧面之间的距离小于或等于浅槽隔离区长度的三分之一。
进一步地,所述第一导电类型接触区4和第一导电类型源区5上方设置源电极91,所述第二导电类型漏区6上方设置漏电极92,所述多晶硅栅8和浅槽隔离区7的上方和侧面覆盖氧化层13。
进一步地,所述高介电常数介质块可以为一种介电常数高于浅槽隔离区材料的材料,也可以为两种以上介电常数高于浅槽隔离区材料的材料复合而成。
进一步地,所述第二导电类型漏区6还可以为第一导电类型;当6为第二导电类型漏区时,所述横向高压器件为双扩散金属氧化物场效应晶体管(LDMOS),当6为第一导电类型漏区时,所述横向高压器件为横向绝缘栅双极性晶体管(LIGBT)。
本发明的有益效果为:
1、本发明提供的横向高压器件在浅槽隔离区内加入了一个高介电常数介质块,使得第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的电场强度减小,抑制了热载流子注入到氧化层,有效降低了器件的热载流子效应,延长了器件的寿命。
2、本发明提供的横向高压器件在浅槽隔离区内加入了一个高介电常数介质块,减小了第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的载流子温度和碰撞电离率,抑制了热载流子注入到氧化层,有效降低了器件的热载流子效应,延长了器件的使用寿命。
附图说明
图1为常规的横向高压器件的剖面图。
图2为本发明实施例1提供的减小热载流子效应的横向高压器件的剖面图。
图3为本发明实施例2提供的减小热载流子效应的横向高压器件的剖面图。
图4为本发明实施例3提供的减小热载流子效应的横向高压器件的剖面图。
图5为本发明实施例4提供的减小热载流子效应的横向高压器件的剖面图。
图6为本发明实施例5提供的减小热载流子效应的横向高压器件的剖面图。
图7为常规的横向高压器件的电势分布图。
图8为本发明实施例1提供的减小热载流子效应的横向高压器件的电势分布图。
图9为常规横向高压器件(沿A-A’面)与本发明实施例1提供的横向高压器件(沿B-B’面)沿着硅和二氧化硅界面的纵向电场大小对比图。
图10为常规横向高压器件(沿A-A’面)与本发明实施例1提供的横向高压器件(沿B-B’面)沿着硅和二氧化硅界面的碰撞电离率对比图。
图11为常规横向高压器件(沿A-A’面)与本发明实施例1提供的横向高压器件(沿B-B’面)沿着硅和二氧化硅界面的空穴温度对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,详述本发明的技术方案。
一种减小热载流子效应的横向高压器件,包括第二导电类型半导体衬底1;形成在第二导电类型半导体衬底1上的第一导电类型体区2和第二导电类型阱区3;形成在第一导电类型体区2中的第一导电类型接触区4和第一导电类型源区5;形成在第二导电类型阱区3中的浅槽隔离区7和第一导电类型缓冲区11,浅槽隔离区7位于第一导电类型体区2和第一导电类型缓冲区11之间;形成于第一导电类型缓冲区11中的第二导电类型漏区6;形成于第一导电类型源区5和浅槽隔离区7之间区域上方的栅氧化层10;形成于栅氧化层10和部分浅槽隔离区7之上的多晶硅栅8;形成于所述第一导电类型接触区4和第一导电类型源区5之上的源电极91,形成于所述第二导电类型漏区6之上的漏电极92;覆盖多晶硅栅8和浅槽隔离区7的氧化层13;其特征在于,所述浅槽隔离区7内还设置有高介电常数介质块12,该高介电常数介质块12可使第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的电场强度减小,降低器件的热载流子效应,延长器件的寿命。
实施例1
一种减小热载流子效应的横向高压器件,如图2所示,包括第二导电类型半导体衬底1;形成在第二导电类型半导体衬底1上的第一导电类型体区2和第二导电类型阱区3;形成在第一导电类型体区2中的第一导电类型接触区4和第一导电类型源区5;形成在第二导电类型阱区3中的浅槽隔离区7和第一导电类型缓冲区11,浅槽隔离区7位于第一导电类型体区2和第一导电类型缓冲区11之间;形成于第一导电类型缓冲区11中的第二导电类型漏区6;形成于第一导电类型源区5和浅槽隔离区7之间区域上方的栅氧化层10;形成于栅氧化层10和部分浅槽隔离区7之上的多晶硅栅8;形成于所述第一导电类型接触区4和第一导电类型源区5之上的源电极91,形成于所述第二导电类型漏区6之上的漏电极92;覆盖多晶硅栅8和浅槽隔离区7的氧化层13;其特征在于,所述浅槽隔离区7内还设置有高介电常数介质块12,所述高介电常数介质块的宽度为浅槽隔离区宽度的三分之一,厚度为浅槽隔离区的厚度,且高介电常数介质块的左侧面与浅槽隔离区7的左侧面重合,该高介电常数介质块12可使第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的电场强度减小,降低器件的热载流子效应,延长器件的寿命。
图7和图8分别为常规的横向高压器件和实施例1提供的减小热载流子效应的横向高压器件的电势分布图。由图7和图8可知,本发明提供的器件结构没有改变器件的电势分布,对器件的耐压影响较小。
图9为常规横向高压器件与本发明实施例1提供的横向高压器件沿着硅和二氧化硅界面的纵向电场大小对比图。由图9可知,本发明提供的横向高压器件的第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的电场强度明显降低。图10为常规横向高压器件与本发明实施例1提供的横向高压器件沿着硅和二氧化硅界面的碰撞电离率对比图。
由图10可知,本发明在浅槽隔离区引入高介电常数介质块后,第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的热载流子的碰撞电离率明显降低,减小了热载流子注入到氧化层,有效降低了热载流子效应,延长了器件的使用寿命。图11为常规横向高压器件与本发明实施例1提供的横向高压器件沿着硅和二氧化硅界面的空穴温度对比图。
由图11可知,本发明在浅槽隔离区引入高介电常数介质块后,第二导电类型阱区靠近高介电常数介质块附近的热载流子的温度明显降低,减小了热载流子注入到氧化层,有效降低了热载流子效应,延长了器件的使用寿命。
实施例2
如图3所示,本实施例提供的横向高压器件与实施例1的区别在于:本实施例在第二导电类型阱区3中并未设置第一导电类型缓冲区11。该结构中,若6为第二导电类型漏区,则器件为双扩散金属氧化物场效应晶体管(LDMOS),若6为第一导电类型漏区,则器件为横向绝缘栅双极性晶体管(LIGBT)。减小热载流子效应的原理与实施例1相同。
实施例3
如图4所示,本实施例提供的横向高压器件与实施例1的区别在于:本实施例所述的高介电常数介质块12的厚度小于浅槽隔离区的厚度,且其上表面与浅槽隔离区7的上表面接触。减小热载流子效应的原理与实施例1相同。
实施例4
如图5所示,本实施例提供的横向高压器件与实施例1的区别在于:本实施例所述的高介电常数介质块12的厚度小于浅槽隔离区的厚度,且其下表面与浅槽隔离区的下表面接触。减小热载流子效应的原理与实施例1相同。
实施例5
如图6所示,本实施例提供的横向高压器件与实施例1的区别在于:本实施例所述的高介电常数介质块的左侧面与浅槽隔离区左侧面之间有一定的距离。减小热载流子效应的原理与实施例1相同。

Claims (7)

1.一种减小热载流子效应的横向高压器件,包括第二导电类型半导体衬底(1);形成在第二导电类型半导体衬底(1)上的第一导电类型体区(2)和第二导电类型阱区(3);形成在第一导电类型体区(2)中的第一导电类型接触区(4)和第一导电类型源区(5);形成在第二导电类型阱区3中的浅槽隔离区(7)和第一导电类型缓冲区(11),浅槽隔离区(7)位于第一导电类型体区(2)和第一导电类型缓冲区(11)之间;形成于第一导电类型缓冲区(11)中的第二导电类型漏区(6);形成于第一导电类型源区(5)和浅槽隔离区(7)之间区域上方的栅氧化层(10),形成于栅氧化层(10)和部分浅槽隔离区(7)之上的多晶硅栅(8),其特征在于,所述浅槽隔离区(7)内还设有高介电常数介质块(12)。
2.根据权利要求1所述的减小热载流子效应的横向高压器件,其特征在于,所述高介电常数介质块(12)的介电常数高于浅槽隔离区材料的介电常数。
3.根据权利要求1所述的减小热载流子效应的横向高压器件,其特征在于,所述高介电常数介质块(12)的长度小于或等于浅槽隔离区长度的三分之一,高介电常数介质块(12)的高度小于或等于浅槽隔离区的高度。
4.根据权利要求1所述的减小热载流子效应的横向高压器件,其特征在于,所述高介电常数介质块(12)的左侧面与浅槽隔离区(7)的左侧面之间的距离小于或等于浅槽隔离区长度的三分之一。
5.根据权利要求1所述的减小热载流子效应的横向高压器件,其特征在于,所述高介电常数介质块为一种介电常数高于浅槽隔离区材料的材料,或者为两种以上介电常数高于浅槽隔离区材料的材料复合而成。
6.根据权利要求1所述的减小热载流子效应的横向高压器件,其特征在于,所述第二导电类型漏区(6)采用第一导电类型漏区(6)代替。
7.根据权利要求1所述的减小热载流子效应的横向高压器件,其特征在于,所述第一导电类型接触区(4)和第一导电类型源区(5)上方设置源电极(91),所述第二导电类型漏区(6)上方设置漏电极(92),所述多晶硅栅(8)和浅槽隔离区(7)的上方和侧面覆盖氧化层(13)。
CN201410829923.8A 2014-12-26 2014-12-26 一种减小热载流子效应的横向高压器件 Pending CN104600118A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410829923.8A CN104600118A (zh) 2014-12-26 2014-12-26 一种减小热载流子效应的横向高压器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410829923.8A CN104600118A (zh) 2014-12-26 2014-12-26 一种减小热载流子效应的横向高压器件

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104600118A true CN104600118A (zh) 2015-05-06

Family

ID=53125762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410829923.8A Pending CN104600118A (zh) 2014-12-26 2014-12-26 一种减小热载流子效应的横向高压器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104600118A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1734786A (zh) * 2004-08-11 2006-02-15 台湾积体电路制造股份有限公司 晶体管及其形成方法
US20090001461A1 (en) * 2007-06-26 2009-01-01 Choul-Joo Ko Lateral dmos device and method for fabricating the same
CN102122666A (zh) * 2011-01-13 2011-07-13 电子科技大学 使用高介电常数栅介质的耐压器件
CN103928522A (zh) * 2014-04-10 2014-07-16 电子科技大学 一种槽型积累层mosfet器件
CN103985758A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 电子科技大学 一种横向高压器件

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1734786A (zh) * 2004-08-11 2006-02-15 台湾积体电路制造股份有限公司 晶体管及其形成方法
US20090001461A1 (en) * 2007-06-26 2009-01-01 Choul-Joo Ko Lateral dmos device and method for fabricating the same
CN102122666A (zh) * 2011-01-13 2011-07-13 电子科技大学 使用高介电常数栅介质的耐压器件
CN103928522A (zh) * 2014-04-10 2014-07-16 电子科技大学 一种槽型积累层mosfet器件
CN103985758A (zh) * 2014-05-09 2014-08-13 电子科技大学 一种横向高压器件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104201206B (zh) 一种横向soi功率ldmos器件
EP2860762B1 (en) High voltage junction field effect transistor
CN102779836B (zh) 使用高介电常数槽结构的低比导通电阻的纵向功率器件
CN103280457B (zh) 一种超低比导通电阻的横向高压功率器件及制造方法
CN103474466B (zh) 一种高压器件及其制造方法
CN103413830B (zh) 一种横向高压mosfet及其制造方法
US9252263B1 (en) Multiple semiconductor device trenches per cell pitch
CN103928522B (zh) 一种槽型积累层mosfet器件
CN106409915A (zh) 一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管
CN105633137A (zh) 一种槽栅功率mosfet器件
CN103022134B (zh) 一种超低比导通电阻的soi横向高压功率器件
CN105789314A (zh) 一种横向soi功率ldmos
CN105070760A (zh) 一种功率mos器件
CN104752512A (zh) 一种具有多电极结构的横向高压器件
CN101771085A (zh) 一种高压半导体器件及其制造方法
CN102709325A (zh) 一种高压ldmos器件
CN107546274B (zh) 一种具有阶梯型沟槽的ldmos器件
CN103915503A (zh) 一种横向高压mos器件及其制造方法
CN105304693A (zh) 一种ldmos器件的制造方法
CN102403352A (zh) 一种mos晶体管
CN102403351A (zh) 沟槽型垂直双扩散晶体管
CN102386227B (zh) 双向表面电场减弱的漏极隔离dddmos晶体管及方法
CN102790092A (zh) 一种横向高压dmos器件
CN203707141U (zh) 集成梳状栅纵向沟道soi ldmos单元
CN102623506B (zh) 高可靠soi ldmos功率器件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150506

RJ01 Rejection of invention patent application after publication