CN106129116B - 一种具有变k介质折叠横向双扩散金属氧化物半导体场效应管 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具有变K介质折叠横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。利用器件漂移区与场板之间的变K介质层对器件漂移区表面的电场进行调制优化，由于在不同介质处介电常数存在差异产生新的电场峰，新的电场峰对器件漂移区表面的电场进行调制，使得漂移区表面的电场变得更加均匀，从而有效地提高了器件的击穿电压、优化了器件的整体电场。介质层材料的变化，使得在器件的漂移区积累的多数载流子浓度增加，从而可以进一步降低器件的比导通电阻，器件的整体性能得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及功率器件领域，特别是涉及一种横向超结双扩散金属氧化物半导体场效应管。
背景技术
横向功率器件具有易集成，热稳定性好，较好的频率稳定性，低功耗，多子导电，功率驱动小，开关速度高等优点被广泛应用于PIC(Power Integrated Circuit)中。，设计具有薄外延层且能满足一定耐压的新型LDMOS，并且获得更低的导通电阻从而降低功耗，是目前功率半导体技术的一个重要发展方向。在LDMOS类器件中存在着击穿电压(BV)和比导通电阻(Ron,sp)矛盾关系。设计更高耐压并具有更低导通顺耗的横向功率器件是目前国内外研究的热点。
发明内容
本发明提出了一种具有变K介质的折叠状横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，旨在优化器件的体电场分布使得器件的整体电场分布达到最优，有效地提高器件的击穿电压。并且由于介质层材料的变化，在漂移区上积累的多数载子浓度增加从而可以有效地降低器件的导通电阻。
本发明的技术方案如下：
该横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：
半导体材料的衬底；
在所述衬底上生长的外延层；
在所述外延层上进行离子注入形成的漂移区，在所述外延层上漂移区的左侧形成的基区；
漂移区右边缘形成的漏区，漂移区上其余部分覆盖的介质层；基区上左端形成的源区，基区上右端形成的沟道，沟道上设置的栅绝缘层；
分别在源区、栅绝缘层、介质层和漏区上设置的源电极、栅电极、场板和漏电极；
所述漂移区及其表面上各层结构呈凹凸折叠状；
与现有技术的重要区别是：
所述介质层有多处区域的介电常数K不同。
上述介质层，由源端到漏断，介电常数逐级递减或逐级递增或介电常数形成高低起伏的趋势。其中以逐级递增的设置为最佳。
漂移区及其表面上各层结构的凹凸折叠状，是基于漂移区的生长过程，进行两次不同浓度和深度的离子注入，对形成的漂移区进行刻蚀沟槽，得到凹凸折叠状的漂移区。
介电常数K值的变化范围为(0-300)ε0。
本发明技术方案的有益效果如下：
漂移区上方覆盖的介质层为具有不同介电常数的变K介质层，在器件反向关断时，由于在不同介质处介电常数存在差异产生新的电场峰，新的电场峰对器件漂移区表面的电场进行调制，使得漂移区表面的电场变得更加均匀，从而有效地提高了器件的击穿电压、优化了器件的整体电场。
由于介质层材料的变化，在器件的漂移区积累的多数载流子浓度增加，从而可以进一步降低器件的比导通电阻，器件的整体性能得到提升。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图(正视图)；
图2为本发明实施例的三维剖视示意图(为了便于标注，对超结、漂移区绝缘层以及阶梯场氧化层等作了部分立体断面)；
图3为本发明不同变K模式的器件以及传统器件的效果示意图。
附图标号说明：
1-源电极；2-栅电极；3-栅绝缘层；4-场板；5-漏电极；6-漏区；7-漂移区；
8-变K介质层；9-外延层；10-衬底；11-基区；12-源区；13-沟道；
具体实施方式
如图1所示，本发明为具有变K介质的折叠状横向双扩散金属氧化物半导体场效应管：
半导体材料的衬底10；
位于衬底上的外延层9；
在所述外延层上进行两次不同浓度和深度的离子注入形成漂移区7；
在所述漂移区进行刻蚀沟槽，形成凹凸折叠状的漂移区7；
在所述漂移区的外围形成基区11；内部形成漏区6；
基区10上左端为源区11，源区上为源电极1；
基区10上右端为沟道12，沟道上为栅绝缘层3；
栅绝缘层3上为栅电极2，变K介质层上形成电极场板4；
漏区6上为漏电极5；
在横向超结功率器件采用RESURF、沟槽、场板等技术形成了具有凹凸折叠状漂移区的横向功率器件。通过在器件漂移区上不同介质的变K介质层，对器件漂移区表面的电场进一步优化。使得漂移区表面的电场变得更加均匀，从而有效地优化了器件的整体电场在保证器件具有较低比导通电阻的条件下，提高了器件的击穿电压。并且由于漂移区表面积累的多数载流子浓度增加，器件的导通电阻进一步降低。
以N沟道的LDMOS为例，具体可以通过以下步骤进行制备：
1)半导体材料(包括Si、SiC和GaAs等)的衬底上外延高电阻率的P型层；
2)在P型外延层上进行两次离子注入形成不同浓度和深度的漂移区；
3)将漂移区刻蚀成凹凸折叠状；
4)在漂移区得外围形成基区；
5)在外延层上形成P型基区；
6)在漂移区上覆盖介质层，并同时形成有源区；
7)在有源区上形成栅氧化层；
8)在栅氧化层与漂移区的介质层上淀积多晶硅刻蚀形成栅电极和场板；
9)进行高浓度N型离子注入，在基区形成沟道，同时在漂移区边缘形成漏区；
10)进行高浓度P型离子注入，形成沟道衬底接触；
11)在器件表面淀积钝化层，并刻蚀接触孔；
12)淀积金属并刻蚀形成漏电极和源电极。
如图3所示，对四种器件的阻断特性进行了比较，四种器件分别为：a场氧K值逐级递减、b场氧K值逐级递增、c场氧K值高低起伏、d场氧K值不变的传统器件。介电常数K值的变化范围为(0-300)ε0。
可以看出，其中逐级递增的变K模式效果最佳。
当然，本发明中的超结LDMOS也可以为P型沟道的LDMOS，其结构与N沟道LDMOS等同，并且变K介质层也同样适用于LIGBT等一系列横向功率器件，在此不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (3)
1.一种具有变K介质折叠横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：
半导体材料的衬底；
在所述衬底上生长的外延层；
在所述外延层上进行离子注入形成的漂移区，在所述外延层上漂移区的左侧形成的基区；
漂移区右边缘形成的漏区，漂移区上其余部分覆盖的介质层；基区上左端形成的源区，基区上右端形成的沟道，沟道上设置的栅绝缘层；
分别在源区、栅绝缘层、介质层和漏区上设置的源电极、栅电极、场板和漏电极；
所述漂移区及其表面上各层结构呈凹凸折叠状；
其特征在于：
所述介质层有多处区域的介电常数K不同；
所述介质层，由源端到漏端，介电常数逐级递减或逐级递增或介电常数形成高低起伏的趋势。
2.根据权利要求1所述的具有变K介质折叠横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于：漂移区及其表面上各层结构的凹凸折叠状，是基于漂移区的生长过程，进行两次不同浓度和深度的离子注入，对形成的漂移区进行刻蚀沟槽，得到凹凸折叠状的漂移区。
3.根据权利要求1所述的具有变K介质折叠横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于：介电常数K值的变化范围为(0-300)ε0。
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