CN1208839C - 内置保护n型高压金属氧化物半导体管 - Google Patents

内置保护n型高压金属氧化物半导体管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内置保护N型高压金属氧化物半导体管，包括P型衬底，在P型衬底的上方设有源、P型接触孔、场氧化层、漏和多晶栅，在多晶栅的下面设有栅氧化层，在P型接触孔、源、多晶栅、场氧化层和漏的上方设有氧化层，在P型接触孔及源上设有铝引线、在多晶栅和漏上分别设有铝引线，在P型衬底上方设有N型杂质区，并使漏和场氧化层位于该N型杂质区内，在位于多晶栅末端下方的N型杂质区内设有P型保护阱，且该P型保护阱位于场氧化层的下面。本发明引入了P型保护阱，作为P型内置保护阱可以增大多晶栅末端的电场曲率半径、降低由于多晶栅末端电位突变引起的电场聚集，从而分散了此处表面电场，显著提高了器件击穿电压。

Description

内置保护N型高压金属氧化物半导体管
一、技术领域
本发明是一种N型金属氧化物半导体管，尤其是涉及一种用于集成电路中的内置保护N型高压金属氧化物半导体管。
二、背景技术
金属氧化物半导体型功率集成器件具有开关特性好、功耗小等优点，更为重要的是金属氧化物半导体型功率器件易于兼容标准低压金属氧化物半导体工艺，降低芯片的生产成本，因此在10V-600V的应用范围内金属氧化物半导体型功率集成器件具有绝对优势，在100V工作电压以内，采用体硅材料具有成本低等优势，但在100V以上，体硅材料已无法满足设计要求，因此外延材料将成为首选，采用外延材料可以满足1000V以内的工作电压要求。由于相关应用领域的不断扩展，高压N型金属氧化物半导体型器件出现了多种结构，特别是场极板结构得到了广泛的应用，但是场极板结构也带来了一个问题，就是在场极板末端的电场很高，限制了高压N型金属氧化物半导体器件击穿电压的进一步提高；同时有些结构和实际制备工艺脱节，兼容性很差，不易集成到高压功率集成芯片中。
三、技术内容
技术问题  本发明提供一种能够提高击穿电压且与标准低压外延金属氧化物半导体工艺相兼容的内置保护N型高压金属氧化物半导体管。
技术方案  一种内置保护N型高压金属氧化物半导体管，包括P型衬底，在P型衬底1的上方设有源3、P型接触孔4、场氧化层5、漏6和多晶栅8，在多晶栅8的下面设有栅氧化层7，在P型接触孔4、源3、多晶栅8、场氧化层5和漏6的上方设有氧化层9，在P型接触孔4及源3上设有铝引线10、在多晶栅8和漏6上分别设有铝引线11、12，在P型衬底1上方设有N型杂质区，并使漏6和场氧化层5位于该N型杂质区内，在位于多晶栅8末端下方的N型杂质区内设有P型保护阱13，且该P型保护阱13位于场氧化层5的下面，所谓P型保护阱是一种掺入P型杂质的区域，其浓度高于周边的N型杂质浓度。
有益效果  (1)本发明引入了P型保护阱，作为P型内置保护阱可以增大多晶栅末端的电场曲率半径、降低由于多晶栅末端电位突变引起的电场聚集，从而分散了此处表面电场，显著提高了器件击穿电压。(2)在关断态时由于P型保护阱电位与多晶栅场板电位相反，P型保护阱形成了空间电荷耗尽区，从而降低了硅和场氧之间的表面电场强度，有效防止表面击穿。(3)由于本发明的P型保护阱可以基于标准低压外延金属氧化物半导体工艺线上实现，故本发明具有制造成本低，可产业化等优点。(4)本发明采取的N型外延技术措施可以提供更好的击穿特性，与本发明的其他技术措施一起，可使击穿电压大于200V，工作电流大于100mA。
四、附图说明
图1是本发明第一种实施例的结构示意图。
图2是本发明第二种实施例的结构示意图。
图3是本发明第三种实施例的结构示意图。
五、具体实施方案
实施例1一种内置保护N型高压金属氧化物半导体管，包括P型衬底，在P型衬底1的上方设有源3、P型接触孔4、场氧化层5、漏6和多晶栅8，在多晶栅8的下面设有栅氧化层7，在P型接触孔4、源3、多晶栅8、场氧化层5和漏6的上方设有氧化层9，在P型接触孔4及源3上设有铝引线10、在多晶栅8和漏6上分别设有铝引线11、12，在P型衬底1上方设有N型杂质区，并使漏6和场氧化层5位于该N型杂质区内，在位于多晶栅8末端下方的N型杂质区内设有P型保护阱13，且该P型保护阱13位于场氧化层5的下面，该N型杂质区为N型漂移区16，在P型衬底1上设有N型外延2，在N型外延2上设有P型杂质区17且使P型接触孔4、源3、栅氧化层7、N型漂移区16位于该P型杂质区17内。
实施例2一种内置保护N型高压金属氧化物半导体管，包括P型衬底，在P型衬底1的上方设有源3、P型接触孔4、场氧化层5、漏6和多晶栅8，在多晶栅8的下面设有栅氧化层7，在P型接触孔4、源3、多晶栅8、场氧化层5和漏6的上方设有氧化层9，在P型接触孔4及源3上设有铝引线10、在多晶栅8和漏6上分别设有铝引线11、12，在P型衬底1上方设有N型杂质区，并使漏6和场氧化层5位于该N型杂质区内，在位于多晶栅8末端下方的N型杂质区内设有P型保护阱13，且该P型保护阱13位于场氧化层5的下面，该N型杂质区为N型外延2，在N型外延2上设有P型隔离阱15，该P型隔离15自P型接触孔4及部分源3延至P型衬底1，在另一部分源3下设有P型源极阱14。
实施例3一种内置保护N型高压金属氧化物半导体管，包括P型衬底，在P型衬底1的上方设有源3、P型接触孔4、场氧化层5、漏6和多晶栅8，在多晶栅8的下面设有栅氧化层7，在P型接触孔4、源3、多晶栅8、场氧化层5和漏6的上方设有氧化层9，在P型接触孔4及源3上设有铝引线10、在多晶栅8和漏6上分别设有铝引线11、12，在P型衬底1上方设有N型杂质区，并使漏6和场氧化层5位于该N型杂质区内，在位于多晶栅8末端下方的N型杂质区内设有P型保护阱13，且该P型保护阱13位于场氧化层5的下面，该N型杂质区为N型漂移区16，且P型接触孔4、源3、栅氧化层7、N型漂移区16直接位于P型衬底1上。

Claims (4)

1、一种内置保护N型金属氧化物半导体管，包括P型衬底，在P型衬底(1)的上方设有源(3)、P型接触孔(4)、场氧化层(5)、漏(6)和多晶栅(8)，在多晶栅(8)的下面设有栅氧化层(7)，在P型接触孔(4)、源(3)、多晶栅(8)、场氧化层(5)和漏(6)的上方设有氧化层(9)，在P型接触孔(4)及源(3)上设有铝引线(10)、在多晶栅(8)和漏(6)上分别设有铝引线(11、12)，其特征在于在P型衬底(1)上方设有N型杂质区，并使漏(6)和场氧化层(5)位于该N型杂质区内，在位于多晶栅(8)末端下方的N型杂质区内设有P型保护阱(13)，且该P型保护阱(13)位于场氧化层(5)的下面。
2、根据权利要求1所述的内置保护N型金属氧化物半导体管，其特征在于N型杂质区为N型漂移区(16)，在P型衬底(1)上设有N型外延(2)，在N型外延(2)上设有P型杂质区(17)，且使P型接触孔(4)、源(3)、栅氧化层(7)、N型漂移区(16)位于该P型杂质区(17)内。
3、根据权利要求1所述的内置保护N型金属氧化物半导体管，其特征在于N型杂质区为N型外延(2)，在N型外延(2)上设有P型隔离阱(15)，该P型隔离阱(15)自P型接触孔(4)及部分源(3)延至P型衬底(1)，在另一部分源(3)下设有P型源极阱(14)。
4、根据权利要求1所述的内置保护N型金属氧化物半导体管，其特征在于N型杂质区为N型漂移区(16)，且P型接触孔(4)、源(3)、栅氧化层(7)、N型漂移区(16)直接位于P型衬底(1)上。
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