CN107978632B - 多沟道的横向高压器件 - Google Patents

多沟道的横向高压器件 Download PDF

Info

Publication number
CN107978632B
CN107978632B CN201711235719.3A CN201711235719A CN107978632B CN 107978632 B CN107978632 B CN 107978632B CN 201711235719 A CN201711235719 A CN 201711235719A CN 107978632 B CN107978632 B CN 107978632B
Authority
CN
China
Prior art keywords
type semiconductor
conductive type
metal
region
grid
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201711235719.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107978632A (zh
Inventor
周锌
袁章亦安
李珂
乔明
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 CN201711235719.3A priority Critical patent/CN107978632B/zh
Publication of CN107978632A publication Critical patent/CN107978632A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107978632B publication Critical patent/CN107978632B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor 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
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types 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
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7816—Lateral DMOS transistors, i.e. LDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor 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
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor 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
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types 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
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7831—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with multiple gate structure

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)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

本发明提供一种多沟道的横向高压器件，其元胞结构集成在第一导电类型半导体衬底上，包括埋氧层、第二导电类型半导体漂移区、槽结构，第一导电类型半导体体区、第二导电类型半导体源区、第一导电类型半导体接触区三者形成一个体区单元，器件包括至少一个体区单元，在槽结构中设有多栅极金属结构，多栅极金属结构包括至少两个金属栅极，多栅极金属结构在第一导电类型半导体体区内部提供了至少两个沟道，给载流子提供了低阻通道，本发明采用槽多栅的结构增加了沟道数目，增加了器件的导电通路，极大地降低了器件的导通电阻，缓解比导通电阻和耐压的矛盾关系，在相同芯片面积的情况下具有更小的导通电阻。

Description

多沟道的横向高压器件
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术领域，涉及一种多沟道的横向高压器件。
背景技术
横向高压器件是高压功率集成电路发展必不可少的部分，高压功率器件要求具有高的击穿电压，低的导通电阻和低的开关损耗。横向高压器件实现高的击穿电压，要求其用于承担耐压的漂移区具有长的尺寸和低的掺杂浓度，但为了满足器件低导通电阻，又要求作为电流通道的漂移区具有高的掺杂浓度。在功率LDMOS(Latral Double-diffusedMOSFET)器件设计中，击穿电压(Breakdown Voltage，BV)和比导通电阻(Specific on-resistance，Ron,sp)存在矛盾关系。器件在高压应用时，导通电阻急剧上升，限制了高压器件在高压功率集成电路中的应用，尤其是要求低导通损耗和小芯片面积的电路。为了克服高导通电阻的问题，J.A.APPLES等人提出了RESURF(Reduced SURface Field)降低表面场技术，被广泛应用于高压器件，虽然有效地减小了导通电阻，但击穿电压和导通电阻的矛盾关系仍需进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于针对上述传统横向高压器件存在的问题，提出一种多沟道的横向高压器件，在保持高击穿电压的情况下，可以大大的降低器件比导通电阻，减小器件的功耗。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种多沟道的横向高压器件，其元胞结构集成在第一导电类型半导体衬底上，包括设置在衬底上端面的埋氧层、设置在埋氧层上方的第二导电类型半导体漂移区、设置在第二导电类型半导体漂移区左侧外部的槽结构、在第二导电类型半导体漂移区内部右侧的第二导电类型半导体漏区、第二导电类型半导体漂移区内部紧邻槽结构右侧的第一导电类型半导体体区、位于第一导电类型半导体体区内部紧邻槽结构右侧的第二导电类型半导体源区和第一导电类型半导体接触区，所述第一导电类型半导体体区、第二导电类型半导体源区、第一导电类型半导体接触区三者形成一个体区单元，所述器件包括至少一个体区单元，相邻的体区单元之间设有间隙，每个体区单元中第一导电类型半导体接触区位于两个第二导电类型半导体源区之间，在槽结构中设有多栅极金属结构，所述多栅极金属结构包括至少两个从器件表面引至槽结构内的金属栅极，每个金属栅极的最右端与槽结构右端的间距为栅氧厚度，金属栅极的最右端覆盖第一导电类型半导体体区内部第二导电类型半导体源区两侧的区域，在第二导电类型半导体漏区上方设有漏极金属，源极金属从器件表面引至每个体区单元内的两个第二导电类型半导体源区的左侧并覆盖第一导电类型半导体接触区的左侧，源极金属和相邻的金属栅极之间不接触，多栅极金属结构在第一导电类型半导体体区内部提供了至少两个沟道，给载流子提供了低阻通道。
作为优选方式，每个金属栅极在器件表面相互连接。
作为优选方式，每个金属栅极在器件内部相互连接。
作为优选方式，器件包括两个所述体区单元，所述多栅极金属结构包括3个从器件表面引至槽结构内的金属栅极，多栅极金属结构在第一导电类型半导体体区内部提供了4个沟道，每个金属栅极通过通孔的方式引至器件表面。
作为优选方式，第二导电类型半导体漏区替换成第一导电类型半导体，从而形成LIGBT的结构。
作为优选方式，衬底材料为SOI衬底或体硅。
本发明的有益效果为：采用槽多栅的结构增加了沟道数目，增加了器件的导电通路，极大地降低了器件的导通电阻，缓解比导通电阻和耐压的矛盾关系，与传统横向高压器件相比，本发明提供的横向高压器件在相同芯片面积的情况下具有更小的导通电阻。
附图说明
图1是传统横向高压器件的结构示意图；
图2是本发明实施例1的多沟道的横向高压器件的结构示意图；
图3是本发明实施例2的多沟道的横向高压器件的结构示意图；
图4是本发明实施例3的多沟道的横向高压器件的结构示意图；
1为第一导电类型半导体衬底，2为埋氧层，3为第二导电类型半导体漂移区，4为槽结构，5为第一导电类型半导体体区，7为第二导电类型半导体漏区，8为第二导电类型半导体源区，9为第一导电类型半导体接触区，10为多栅极金属结构，11为漏极金属，12为源极金属12。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1为传统的高压器件结构，其沟道、栅极在器件表面。本发明的主要技术方案，是将传统的结构刻槽，在槽内采用多栅结构，并通过通孔将多栅和源极引至表面，目的在于当器件开态时，两个沟道为器件提供了多条低阻电流通道，同时由于半导体体内迁移率大于表面迁移率，进而极大地降低了器件的导通电阻；关态时，器件内部耗尽情况与传统结构类似，在相同器件面积下，缓解了比导通电阻和耐压的矛盾关系。
实施例1
如图2所示，一种多沟道的横向高压器件，其元胞结构集成在第一导电类型半导体衬底1上，包括设置在衬底上端面的埋氧层2、设置在埋氧层2上方的第二导电类型半导体漂移区3、设置在第二导电类型半导体漂移区3左侧外部的槽结构4、在第二导电类型半导体漂移区3内部右侧的第二导电类型半导体漏区7、第二导电类型半导体漂移区3内部紧邻槽结构4右侧的第一导电类型半导体体区5、位于第一导电类型半导体体区5内部紧邻槽结构4右侧的第二导电类型半导体源区8和第一导电类型半导体接触区9，所述第一导电类型半导体体区5、第二导电类型半导体源区8、第一导电类型半导体接触区9三者形成一个体区单元，所述器件包括一个体区单元，相邻的体区单元之间设有间隙，每个体区单元中第一导电类型半导体接触区9位于两个第二导电类型半导体源区8之间，在槽结构4中设有多栅极金属结构10，所述多栅极金属结构10包括两个从器件表面引至槽结构4内的金属栅极，每个金属栅极在器件表面相互连接，每个金属栅极的最右端与槽结构4右端的间距为栅氧厚度，金属栅极的最右端覆盖第一导电类型半导体体区5内部第二导电类型半导体源区8两侧的区域，在第二导电类型半导体漏区7上方设有漏极金属11，源极金属12从器件表面引至每个体区单元内的两个第二导电类型半导体源区8的左侧并覆盖第一导电类型半导体接触区9的左侧，源极金属12和相邻的金属栅极之间不接触，多栅极金属结构10在第一导电类型半导体体区5内部提供了两个沟道，给载流子提供了低阻通道。
本实施例的工作原理为：在槽结构4内设置多栅极金属结构10，在器件内部设置了双沟道。与传统器件相比，考虑开态特性时，通过槽双栅结构，在半导体内部设置两个沟道，增加导电通道的同时，利用半导体内部迁移率大于表面迁移率的特性，降低了器件的比导通电阻。考虑关态特性时，调整第一导电类型半导体体区5的掺杂浓度及位置设置，器件内部的耗尽情况类似，基本可以保证器件耐压不变。因此，在功率集成电路应用中，在保证耐压不变的条件下，显著降低器件的比导通电阻，缓解了功率半导体器件中耐压与比导的折衷关系。
实施例2
如图3所示，本实施例和实施例1的区别在于：每个金属栅极在器件内部相互连接。
实施例3
如图4所示，本实施例和实施例1的区别在于：器件包括两个体区单元，所述多栅极金属结构10包括3个从器件表面引至槽结构4内的金属栅极，多栅极金属结构10在第一导电类型半导体体区5内部提供了4个沟道，每个金属栅极通过通孔的方式引至器件表面，从而形成了三栅四沟道的器件结构，大大降低了器件的比导通电阻。
此外，每个实施例中，第二导电类型半导体漏区7可替换成第一导电类型半导体，从而形成LIGBT的结构。
每个实施例中，衬底材料为SOI衬底或体硅。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种多沟道的横向高压器件，其元胞结构集成在第一导电类型半导体衬底(1)上，包括设置在衬底上端面的埋氧层(2)、设置在埋氧层(2)上方的第二导电类型半导体漂移区(3)、设置在第二导电类型半导体漂移区(3)左侧外部的槽结构(4)、在第二导电类型半导体漂移区(3)内部右侧的第二导电类型半导体漏区(7)、第二导电类型半导体漂移区(3)内部紧邻槽结构(4)右侧的第一导电类型半导体体区(5)、位于第一导电类型半导体体区(5)内部紧邻槽结构(4)右侧的第二导电类型半导体源区(8)和第一导电类型半导体接触区(9)，所述第一导电类型半导体体区(5)、第二导电类型半导体源区(8)、第一导电类型半导体接触区(9)三者形成一个体区单元，所述器件包括至少一个体区单元，相邻的体区单元之间设有间隙，每个体区单元中第一导电类型半导体接触区(9)位于两个第二导电类型半导体源区(8)之间，其特征在于：在槽结构(4)中设有多栅极金属结构(10)，所述多栅极金属结构(10)包括至少两个从器件表面引至槽结构(4)内的金属栅极，每个金属栅极的最右端与槽结构(4)右端的间距为栅氧厚度，金属栅极的最右端覆盖第一导电类型半导体体区(5)内部第二导电类型半导体源区(8)两侧的区域，在第二导电类型半导体漏区(7)上方设有漏极金属(11)，源极金属(12)从器件表面引至每个体区单元内的两个第二导电类型半导体源区(8)的左侧并覆盖第一导电类型半导体接触区(9)的左侧，源极金属(12)和相邻的金属栅极之间不接触，多栅极金属结构(10)在第一导电类型半导体体区(5)内部提供了至少两个沟道，给载流子提供了低阻通道。
2.根据权利要求1所述的多沟道的横向高压器件，其特征在于：每个金属栅极在器件表面相互连接。
3.根据权利要求1所述的多沟道的横向高压器件，其特征在于：每个金属栅极在器件内部相互连接。
4.根据权利要求1所述的多沟道的横向高压器件，其特征在于：器件包括两个所述体区单元，所述多栅极金属结构(10)包括3个从器件表面引至槽结构(4)内的金属栅极，多栅极金属结构(10)在第一导电类型半导体体区(5)内部提供了4个沟道，每个金属栅极通过通孔的方式引至器件表面。
5.根据权利要求1所述的多沟道的横向高压器件，其特征在于：第二导电类型半导体漏区(7)替换成第一导电类型半导体，从而形成LIGBT的结构。
6.根据权利要求1所述的多沟道的横向高压器件，其特征在于：衬底材料为SOI衬底或体硅。
CN201711235719.3A 2017-11-30 2017-11-30 多沟道的横向高压器件 Expired - Fee Related CN107978632B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711235719.3A CN107978632B (zh) 2017-11-30 2017-11-30 多沟道的横向高压器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711235719.3A CN107978632B (zh) 2017-11-30 2017-11-30 多沟道的横向高压器件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107978632A CN107978632A (zh) 2018-05-01
CN107978632B true CN107978632B (zh) 2020-06-16

Family

ID=62008529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711235719.3A Expired - Fee Related CN107978632B (zh) 2017-11-30 2017-11-30 多沟道的横向高压器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107978632B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065539B (zh) * 2018-08-22 2020-10-27 电子科技大学 一种bcd半导体器件及其制造方法
CN117293192B (zh) * 2023-11-27 2024-02-13 北京智芯微电子科技有限公司 多沟道半导体器件、工艺、芯片及电子设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5381026A (en) * 1990-09-17 1995-01-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Insulated-gate thyristor
CN100576466C (zh) * 2004-08-03 2009-12-30 飞兆半导体公司 使用沉陷沟槽具有顶部漏极的半导体功率器件
CN101971304A (zh) * 2007-12-26 2011-02-09 飞兆半导体公司 用于形成具有多个沟道的屏蔽栅沟槽fet的结构和方法
CN102903746A (zh) * 2012-11-07 2013-01-30 东南大学 一种大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管
CN103560145A (zh) * 2013-11-16 2014-02-05 重庆大学 一种具有界面栅的soi功率器件结构
US8896093B2 (en) * 2012-12-19 2014-11-25 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Circuit configuration and manufacturing processes for vertical transient voltage suppressor (TVS) and EMI filter
CN106024858A (zh) * 2016-05-19 2016-10-12 电子科技大学 一种具有三栅结构的hk soi ldmos器件
EP3142150A1 (en) * 2015-09-11 2017-03-15 NXP USA, Inc. Partially biased isolation in semiconductor devices
CN106876455A (zh) * 2017-02-28 2017-06-20 电子科技大学 一种低关断损耗双槽栅soi‑ligbt器件结构

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5381026A (en) * 1990-09-17 1995-01-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Insulated-gate thyristor
CN100576466C (zh) * 2004-08-03 2009-12-30 飞兆半导体公司 使用沉陷沟槽具有顶部漏极的半导体功率器件
CN101971304A (zh) * 2007-12-26 2011-02-09 飞兆半导体公司 用于形成具有多个沟道的屏蔽栅沟槽fet的结构和方法
CN102903746A (zh) * 2012-11-07 2013-01-30 东南大学 一种大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管
US8896093B2 (en) * 2012-12-19 2014-11-25 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Circuit configuration and manufacturing processes for vertical transient voltage suppressor (TVS) and EMI filter
CN103560145A (zh) * 2013-11-16 2014-02-05 重庆大学 一种具有界面栅的soi功率器件结构
EP3142150A1 (en) * 2015-09-11 2017-03-15 NXP USA, Inc. Partially biased isolation in semiconductor devices
CN106024858A (zh) * 2016-05-19 2016-10-12 电子科技大学 一种具有三栅结构的hk soi ldmos器件
CN106876455A (zh) * 2017-02-28 2017-06-20 电子科技大学 一种低关断损耗双槽栅soi‑ligbt器件结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN107978632A (zh) 2018-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9318547B2 (en) Wide bandgap insulated gate semiconductor device
CN102148251B (zh) Soi横向mosfet器件和集成电路
US9362351B2 (en) Field effect transistor, termination structure and associated method for manufacturing
CN104201206B (zh) 一种横向soi功率ldmos器件
US9496382B2 (en) Field effect transistor, termination structure and associated method for manufacturing
US9559089B2 (en) Semiconductor arrangement with active drift zone
US10490658B2 (en) Power semiconductor device
CN105633137B (zh) 一种槽栅功率mosfet器件
CN102738240B (zh) 一种双栅功率mosfet器件
CN109192778A (zh) 一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件
US10068965B1 (en) Lateral high-voltage device
CN106024858A (zh) 一种具有三栅结构的hk soi ldmos器件
CN107564965B (zh) 一种横向双扩散mos器件
CN102709325A (zh) 一种高压ldmos器件
CN107275388B (zh) 一种横向高压器件
CN107978632B (zh) 多沟道的横向高压器件
CN107546274B (zh) 一种具有阶梯型沟槽的ldmos器件
CN116469924A (zh) 漂移区电场优化的屏蔽栅mosfet
CN109616522B (zh) 一种横向高压器件
CN112186028A (zh) 一种集成npn穿通三极管的屏蔽栅mosfet器件
CN103426932A (zh) 双resurf ldmos器件
WO2015145913A1 (ja) 半導体装置
CN104465778A (zh) 一种槽型mos功率器件
CN213026134U (zh) 一种集成npn穿通三极管的屏蔽栅mosfet器件
CN214378461U (zh) 一种三栅SiC JFET横向器件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200616