CN1324717C - 多电位场极板横向高压n型金属氧化物半导体管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涉及高压器件的多电位场极板高压N型金属氧化物半导体管，由N型衬底、P型外延层、源、漏、多晶硅栅、场氧化层和氧化层组成，在场氧化层的上方且位于漏和多晶硅栅之间设有多晶硅场极板，该多晶硅场极板与漏连接。本发明引入了与漏端等电位的多晶硅场极板，这样可以使得在多晶硅场极板下方的漂移区表面处于载流子的积累状态，从而大大降低开启态时漏端与多晶硅场极板之间的峰值电场，从而减少漏端载流子的碰撞电离，大大降低Kirk效应(大电流情况下，漏端电场高度聚集而引起的击穿电压降低的效应)，提高了器件的击穿电压和安全工作区。

Description

多电位场极板横向高压N型金属氧化物半导体管

                          技术领域

本发明是一种金属氧化物半导体管，尤其是多电位场极板高压N型金属氧化物半导体管。

                          背景技术

金属氧化物半导体型高压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高压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高压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。在许多高压集成芯片的应用中，要求芯片的输出功率很大，这就要求芯片具有较大的输出电流。正是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，多场极板结构可以缓减这种现象，但是这也会增大漏区的峰值电场，导致在大电流输出时降低高压N型金属氧化物半导体型器件的安全工作区，降低芯片的可靠性。本发明将提供一种既可以降低高压N型金属氧化物半导体器件场极板末端的峰值电场和漏区的峰值电场、提高击穿电压且和标准低压金属氧化物半导体工艺完全兼容的高压N型金属氧化物半导体管，易于集成到大规模高压功率集成芯片中，降低了规模生产的成本。

                          发明内容

本发明提供一种击穿电压在100V以上、工作电流在100mA以上且与标准外延金属氧化物半导体工艺相兼容的多电位场极板高压N型金属氧化物半导体管。

本发明采用如下技术方案：

一种涉及高压器件的多电位场极板高压N型金属氧化物半导体管，由N型衬底1、P型外延层2、源3、漏4、多晶硅栅5、场氧化层6和氧化层8组成，P型外延层2设在N型衬底1的上方，场氧化层6位于源3和漏4之间，源3、漏4、多晶硅栅5和场氧化层6位于P型外延层2的上方，在多晶硅栅5和P型外延层2之间设有栅氧化层7，氧化层8位于源3、漏4、多晶硅栅5和场氧化层6的上方，在P型外延层2上方、氧化层8的下方且位于源3与场氧化层6之间设有P型接触孔9，在多晶硅栅5、源3和漏4上分别设有金属铝引线，其特征在于在场氧化层6的上方且位于漏4和多晶硅栅5之间设有多晶硅场极板10，该多晶硅场极板10与漏4连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明引入了与漏端等电位的多晶硅场极板，这样可以使得在多晶硅场极板下方的漂移区表面处于载流子的积累状态，从而大大降低开启态时漏端与多晶硅场极板之间的峰值电场，从而减少漏端载流子的碰撞电离，大大降低Kirk效应(大电流情况下，漏端电场高度聚集而引起的击穿电压降低的效应)，提高了器件的击穿电压和安全工作区。

(2)由于多晶硅场极板和漏端等电位，那么多晶硅场极板下方的漂移区就处于载流子的聚集状态，这样电流就会在贴近多晶硅场极板下面漂移区的表面流过，从而大大降低漂移区的电阻，降低器件的功耗。

(3)本发明引入了多个多晶硅场极板，多个场极板可以有效地较少单个场极板末端的峰值电场，从而降低了高压N型金属氧化物半导体管的漂移区表面的峰值电场，提高了高压N型金属氧化物半导体管关闭态时的击穿电压。

(4)本发明同时引入多个浮置场极板和与漏端等电位的多晶硅场极板，这样不但可以提高高压N型金属氧化物半导体管的开启态时的击穿特性、安全工作区、降低导通电阻，而且可以提高关闭态时的击穿体电压，从而该高压N型金属氧化物半导体管的性能得到大大提高，安全工作区域大大提高。

(5)由于本发明的多个浮置多晶硅场极板以及与漏端相联的多晶硅场极板都可以基于标准外延低压金属氧化物半导体工艺线上实现，而不必增加任何工艺步骤，故本发明具有制造成本低，可产业化等优点。具体工艺制备流程为：首先选择P型衬底，然后制备外延层，然后制备P型阱，然后进行栅氧化层的制备，然后是多晶硅栅和多晶硅场极板的生长、刻蚀，接下来就是源、漏区，引线孔，铝引线的制备及钝化处理，整个工艺过程完全可以基于标准外延低压金属氧化物半导体工艺线上实现。

(6)N型外延材料与体硅材料相比可以提供更好的击穿特性。

(7)P型阱可以提高沟道区域的杂质浓度，从而有效地防止了该高压N型金属氧化物半导体管的穿通现象，提高了整个高压N管的击穿电压并且缩小了版图面积。

                          附图说明

图1是本实施例的结构示意图。

                        具体实施方式

实施例一种涉及高压器件的多电位场极板高压N型金属氧化物半导体管，由N型衬底1、P型外延层2、源3、漏4、多晶硅栅5、场氧化层6和氧化层8组成，P型外延层2设在N型衬底1的上方，场氧化层6位于源3和漏4之间，源3、漏4、多晶硅栅5和场氧化层6位于P型外延层2的上方，在多晶硅栅5和P型外延层2之间设有栅氧化层7，氧化层8位于源3、漏4、多晶硅栅5和场氧化层6的上方，在P型外延层2上方、氧化层8的下方且位于源3与场氧化层6之间设有P型接触孔9，在多晶硅栅5、源3和漏4上分别设有金属铝引线13、14和15，其特征在于在场氧化层6的上方且位于漏4和多晶硅栅5之间设有多晶硅场极板10，该多晶硅场极板10与漏4连接，在本实施例中，在场氧化层6的上方且位于多晶硅场极板10和多晶硅栅5之间设有浮置多晶硅场极板11，浮置多晶硅场极板11的设置数量为1个、2个、3个、4个或更多个，在P型外延层2切位于源3和P型接触孔9的下方设有P型阱12。

Claims (2)

1、一种涉及高压器件的多电位场极板高压N型金属氧化物半导体管，由N型衬底(1)、P型外延层(2)、源(3)、漏(4)、多晶硅栅(5)、场氧化层(6)和氧化层(8)组成，P型外延层(2)设在N型衬底(1)的上方，场氧化层(6)位于源(3)和漏(4)之间，源(3)、漏(4)、多晶硅栅(5)和场氧化层(6)位于P型外延层(2)的上方，在多晶硅栅(5)和P型外延层(2)之间设有栅氧化层(7)，氧化层(8)位于源(3)、漏(4)、多晶硅栅(5)和场氧化层(6)的上方，在P型外延层(2)上方、氧化层(8)的下方且位于源(3)与场氧化层(6)之间设有P型接触孔(9)，在多晶硅栅(5)、源(3)和漏(4)上分别设有金属铝引线(13、14和15)，在场氧化层(6)的上方且位于漏(4)和多晶硅栅(5)之间设有多晶硅场极板(10)，该多晶硅场极板(10)与漏(4)连接，其特征在于在场氧化层(6)的上方且位于多晶硅场极板(10)和多晶硅栅(5)之间设有浮置多晶硅场极板(11)。

2、根据权利要求1所述的多电位场极板高压N型金属氧化物半导体管，其特征在于在P型外延层(2)且位于源(3)和P型接触孔(9)的下方设有P型阱(12)。

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