CN109192778A - 一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功率半导体技术领域，具体涉及一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件。本发明主要特征在于：在漂移区中引入分离栅，增加栅极和漏极之间栅氧化层的厚度来降低栅漏电荷QGD，同时优化体电场分布，提高器件的击穿电压；在介质槽内引入双纵向场板，源纵向场板减小了栅漏之间的接触面积，进一步降低了器件的栅漏电荷QGD，并且辅助耗尽漂移区降低器件的导通电阻，进一步调制器件的体内电场分布来提高器件的击穿电压；利用纵向RESURF技术在介质槽右侧引入纵向P柱，进一步调制器件的体内电场，提高器件击穿电压。最终达到降低栅漏电荷、提高器件耐压以及降低比导通电阻的目的。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体技术领域，涉及一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件。
背景技术
功率半导体器件的发展方向有两个，一个是具有较大的耐压BV和较低的比导通电阻Ron,sp，但是由于半导体器件固有的“硅极限”的存在，即击穿电压和比导通电阻成2.5次方的关系，限制了功率器件的发展。另一个是向着低导通电阻和较快的开关速度（即较小的栅漏电容Cgd或栅电荷Qgd）方向发展，即较小的Ron,sp×QGD,sp。
为了缓解这两大矛盾，使器件在满足一定击穿电压的前提下，具有较低的比导通电阻和栅漏电荷，本发明在漂移区中引入分离栅结构，增加栅氧化层的距离，降低栅漏电容，进而降低栅漏电荷，减小器件的导通损耗。在介质槽内引入双纵向场板以辅助耗尽漂移区降低器件的导通电阻，但是传统的介质槽LDMOS其比导通电阻仍然较大，耐压较低，未能进一步缓解耐压与比导通电阻的矛盾，且开关速度较慢。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件，目的在于提高器件击穿电压，降低器件导通电阻的同时减小器件的栅漏电荷。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件，其元胞结构包括第二掺杂类型衬底、SiO2埋氧层、第一掺杂类型漂移区、介质槽区、第二掺杂类型条、第二掺杂类型阱区、第一掺杂类型源端重掺杂区、第二掺杂类型源端重掺杂区、第一掺杂类型漏端重掺杂区、浅槽栅接触电极、源极接触电极、漏极接触电极、栅极浮空场板、源场板、漏场板，栅氧化槽、栅源间覆盖介质层、源漏间覆盖介质层；所述第二掺杂类型衬底上表面设置有SiO2埋氧层；所述SiO2埋氧层上端面设置有第一掺杂类型漂移区；所述第一掺杂类型漂移区中设置有介质槽区、第二掺杂类型条和栅氧化槽；所述介质槽区内部左侧置有源场板，右侧置有漏场板；所述源场板左侧不与介质槽区边缘邻接，漏场板右侧不与介质槽区边缘邻接；所述漏场板右部设置有第二掺杂类型条；所述第二掺杂类型条左边缘与介质槽区边缘接触且平齐；所述第二掺杂类型条上方与第一掺杂类型漏端重掺杂区相连；所述第一掺杂类型漏端重掺杂区上端面邻接漏极接触电极；所述漏极接触电极与源极接触电极通过表面覆盖氧化层相隔离，且所述表面覆盖氧化层在介质槽区上端面上方，所述源极接触电极下端面置有第二掺杂类型阱区，所述第二掺杂类型阱区内部中包括相互独立的第一掺杂类型源端重掺杂区和第二掺杂类型源端重掺杂区；所述第二掺杂类型阱区左侧设置有栅氧化槽；所述栅氧化槽内部设置有浅槽栅接触电极和栅极浮空场板。所述浅槽栅接触电极与源极接触电极通过表面覆盖氧化层相隔离。
本发明总的技术方案：首先在漂移区中引入分离栅，优化体电场分布，提高器件的击穿电压，同时降低栅漏电荷QGD以减少器件开关损耗；在介质槽内引入双纵向场板，辅助耗尽漂移区降低器件的导通电阻，且可以调制器件的体内电场分布来提高器件的击穿电压，同时源纵向场板减小了栅漏之间的接触面积，进一步降低了器件的栅漏电荷QGD；利用纵向RESURF技术在介质槽右侧引入纵向P柱，进一步调制器件的体内电场，提高器件击穿电压。综上，本发明可以在提高器件击穿电压，降低器件的比导通电阻的同时减小栅漏电荷。
作为优选方式，所述器件是SOI器件，对于SOI器件来说衬底为第一型硅或第二型硅。
作为优选方式 ，所述第二掺杂类型阱区包括第一掺杂类型源端重掺杂区和第二掺杂类型源端重掺杂区，其上端是源极接触电极，左端是栅氧化槽。
作为优选方式，所述源极接触电极和浅槽栅接触电极通过介质层隔离。
作为优选方式，所述分离栅结构设置在第一掺杂类型漂移区的左端。
作为优选方式，所述介质槽区内部左侧置有源场板，右侧置有漏场板。
作为优选方式，所述漏极接触电极左侧下方邻接漏场板，以调节电场，防止器件提前击穿；所述源极接触电极右侧下方邻接源场板，调制器件的体内电场分布来提高器件的击穿电压，同时源场板减小了栅漏之间的接触面积，进一步降低了器件的栅漏电荷QGD。
作为优选方式，所述结构中的浅槽栅接触电极、栅极浮空场板和栅氧化槽为分离栅结构。
作为优选方式，所述分离栅结构可以将横向沟道转变成纵向沟道。开态时，在分离栅的边缘有电子的积累，形成沟道，从而降低器件的比导通电阻；关态时，分离栅结构可以优化纵向电场，和纵向介质槽承担部分漏极电压，使器件耐压得到提高。
作为优选方式，所述漏极接触电极与源极接触电极之间通过介质层隔离。
作为优选方式，所述介质槽设置在第一掺杂类型漂移区中并且设计在第二掺杂类型条的左侧。
作为优选方式，所述第一掺杂类型为N型，第二掺杂类型为P型。
本发明的有益效果为：首先在漂移区中引入分离栅，优化体电场分布，提高器件的击穿电压，同时增加栅极和漏极之间栅氧化层的厚度来降低栅漏电容CGD，进而降低栅漏电荷QGD来降低器件的导通损耗；在介质槽内引入双纵向场板，辅助耗尽漂移区降低器件的导通电阻，且可以调制器件的体内电场分布来提高器件的击穿电压，同时源纵向场板减小了栅漏之间的接触面积，进一步降低了器件的栅漏电荷QGD；利用纵向RESURF技术在介质槽右侧引入纵向P柱，进一步调制器件的体内电场，提高器件击穿电压。综上，本发明可以在提高器件击穿电压，降低器件的比导通电阻的同时减小栅漏电荷来降低器件的导通损耗。
附图说明
图1 是本发明实施例1的一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件示意图；
图2 是本发明实施例2中梯形栅结构一种示例结构示意图；
图3 是本发明实施例3中栅氧化槽为低K材料的一种示例结构示意图；
图4 是本发明实施例4中介质槽区为低K材料的一种示例结构示意图；
图5 是本发明实施例5中衬底直接与第一掺杂类型漂移区接触的一种示例结构示意图；
图6 是本发明实施例6中将第一掺杂类型漏端重掺杂33变为第二重掺杂类型44的一种示例结构示意图。
其中，1为第二掺杂类型衬底，21为SiO2埋氧层，31为第一掺杂类型漂移区，22为介质槽区，43为第二掺杂类型条，42为第二掺杂类型阱区，32为第一掺杂类型源端重掺杂区，41为第二掺杂类型源端重掺杂区，33为第一掺杂类型漏端重掺杂区，51为浅槽栅接触电极，52为源极接触电极，53为漏极接触电极，54为栅极浮空场板，55为源场板，56为漏场板，23为栅氧化槽，24为栅源间覆盖介质层，25为源漏间覆盖介质层。
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。
实施例1
如图1所示，一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件，其元胞结构包括第二掺杂类型衬底1、SiO2埋氧层21、第一掺杂类型漂移区31、介质槽区22、第二掺杂类型条43、第二掺杂类型阱区42、第一掺杂类型源端重掺杂区32、第二掺杂类型源端重掺杂区41、第一掺杂类型漏端重掺杂区33、浅槽栅接触电极51、源极接触电极52、漏极接触电极53、栅极浮空场板54、源场板55、漏场板56，栅氧化槽23、栅源间覆盖介质层24、源漏间覆盖介质层25；所述第二掺杂类型衬底1上表面设置有SiO2埋氧层21；所述SiO2埋氧层21上端面设置有第一掺杂类型漂移区31；所述第一掺杂类型漂移区31中设置有介质槽区22、第二掺杂类型条43和栅氧化槽23；所述介质槽区22内部左侧置有源场板55，右侧置有漏场板56；所述源场板55左侧不与介质槽区22边缘邻接，漏场板56右侧不与介质槽区22边缘邻接；所述漏场板56右部设置有第二掺杂类型条43；所述第二掺杂类型条43左边缘与介质槽区22边缘接触且平齐；所述第二掺杂类型条43上方与第一掺杂类型漏端重掺杂区33相连；所述第一掺杂类型漏端重掺杂区33上端面邻接漏极接触电极53；所述漏极接触电极53与源极接触电极52通过表面覆盖氧化层25相隔离，且所述表面覆盖氧化层25在介质槽区22上端面上方，所述源极接触电极52下端面置有第二掺杂类型阱区42，所述第二掺杂类型阱区42内部中包括相互独立的第一掺杂类型源端重掺杂区32和第二掺杂类型源端重掺杂区41；所述第二掺杂类型阱区42左侧设置有栅氧化槽23；所述栅氧化槽23内部设置有浅槽栅接触电极51和栅极浮空场板54。所述浅槽栅接触电极51与源极接触电极52通过表面覆盖氧化层24相隔离。
实施例2
如图2所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：所述结构中的梯形栅电极51与栅氧化槽23为梯形栅结构。
实施例3
如图3所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：将栅氧化槽23的材料改为低K材料61，低K材料61降低了栅漏之间的介电常数从而降低栅漏电荷，并且引入额外电场尖峰，调制表面电场。
实施例4
如图4所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：将介质槽区22的材料改为低K材料61，低K材料61引入额外电场尖峰，调制表面电场，同时减小介电系数达到进一步降低栅漏电荷的作用。
实施例5
如图5所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：所述元胞结构置于第二掺杂类型衬底1上。
实施例6
如图6所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：将第一掺杂类型漏端重掺杂区33变为集电极第二型重掺杂区44，并在下方加上第一掺杂类型缓冲层33，所述器件由LDMOS变为LIGBT。
Claims (5)
1.一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件，其特征在于：其元胞结构包括第二掺杂类型衬底(1)、SiO2埋氧层(21)、第一掺杂类型漂移区(31)、介质槽区(22)、第二掺杂类型条(43)、第二掺杂类型阱区(42)、第一掺杂类型源端重掺杂区(32)、第二掺杂类型源端重掺杂区(41)、第一掺杂类型漏端重掺杂区(33)、浅槽栅接触电极(51)、源极接触电极(52)、漏极接触电极(53)、栅极浮空场板(54)、源场板(55)、漏场板(56)，栅氧化槽(23)、栅源间覆盖介质层(24)、源漏间覆盖介质层(25)；所述第二掺杂类型衬底(1)上表面设置有SiO2埋氧层(21)；所述SiO2埋氧层(21)上端面设置有第一掺杂类型漂移区(31)；所述第一掺杂类型漂移区(31)中设置有介质槽区(22)、第二掺杂类型条(43)和栅氧化槽(23)；所述介质槽区(22)内部左侧置有源场板(55)，右侧置有漏场板(56)；所述源场板(55)左侧不与介质槽区(22)边缘邻接，漏场板(56)右侧不与介质槽区(22)边缘邻接；所述漏场板(56)右部设置有第二掺杂类型条(43)；所述第二掺杂类型条(43)左边缘与介质槽区(22)边缘接触且平齐；所述第二掺杂类型条(43)上方与第一掺杂类型漏端重掺杂区(33)相连；所述第一掺杂类型漏端重掺杂区(33)上端面邻接漏极接触电极(53)；所述漏极接触电极(53)与源极接触电极(52)通过表面覆盖氧化层(25)相隔离，且所述表面覆盖氧化层(25)在介质槽区(22)上端面上方，所述源极接触电极(52)下端面置有第二掺杂类型阱区(42)，所述第二掺杂类型阱区(42)内部中包括相互独立的第一掺杂类型源端重掺杂区(32)和第二掺杂类型源端重掺杂区(41)；所述第二掺杂类型阱区(42)左侧设置有栅氧化槽(23)；所述栅氧化槽(23)内部设置有浅槽栅接触电极(51)和栅极浮空场板(54)。所述浅槽栅接触电极(51)与源极接触电极(52)通过表面覆盖氧化层(24)相隔离。
2.根据权利要求1所述的一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件，其特征在于：所述器件是SOI器件，对于SOI器件来说衬底为第二类型硅。
3.根据权利要求1所述的一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件，其特征在于：所述漏极接触电极(53)左侧下方邻接漏场板(56)，所述源极接触电极(52)右侧下方邻接源场板(55)。
4.根据权利要求1所述的一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件，其特征在于：所述结构中的浅槽栅接触电极(51)、栅极浮空场板(54)和栅氧化槽(23)为分离栅结构。
5.根据权利要求1所述的一种具有双纵向场板的分离栅槽型功率器件，其特征在于：所述第二掺杂类型条(43)在第一掺杂类型漏端重掺杂区(33)下端相连。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190111 |
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