具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件的制作方法
【專利摘要】一種具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，包括半導(dǎo)體襯底、位于所述半導(dǎo)體襯底表面的柵介質(zhì)層、位于所述柵介質(zhì)層表面的柵極、位于所述柵極兩側(cè)的源電極和漏電極、位于所述柵介質(zhì)層表面的第一介質(zhì)層、位于所述第一介質(zhì)層和所述柵介質(zhì)層之間的第二介質(zhì)層和位于所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層表面的金屬場板；所述金屬場板靠近源電極的一端與所述柵極接觸；所述第一介質(zhì)層面向所述源電極的端面到源電極的距離大于所述第二介質(zhì)層面向所述源電極的端面到源電極的距離。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過引入多個電場峰值，以削弱場板邊緣的峰值電場、進(jìn)一步提高擊穿電壓，同時降低器件的功耗。
【專利說明】具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，特別涉及一種具有高K柵介質(zhì)和復(fù)合介質(zhì)階梯場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，屬于微電子與固體電子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]功率集成電路有時也稱高壓集成電路，是現(xiàn)代電子學(xué)的重要分支，可為各種功率變換和能源處理裝置提供高速、高集成度、低功耗和抗輻照的新型電路，廣泛應(yīng)用于電力控制系統(tǒng)、汽車電子、顯示器件驅(qū)動、通信和照明等日常消費(fèi)領(lǐng)域以及國防、航天等諸多重要領(lǐng)域。其應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大，對其核心部分的高壓器件也提出了更高的要求。在功率集成電路中，橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)發(fā)揮著重要的作用。橫向結(jié)構(gòu)更有利于新一代的高密度功率集成應(yīng)用，是當(dāng)代功率器件研究的熱點。
[0003]場板結(jié)構(gòu)是一種提高功率器件擊穿電壓的技術(shù)。場板結(jié)構(gòu)在橫向高壓器件中被廣泛應(yīng)用，可以使半導(dǎo)體表面一部分區(qū)域內(nèi)的電通量轉(zhuǎn)移到另一部分，尤其可以將電力線密集區(qū)域的電通量優(yōu)化到電場較弱的區(qū)域，實現(xiàn)優(yōu)化器件內(nèi)電勢線分布的目的。
[0004]為了提高擊穿電壓，一些場板結(jié)構(gòu)被提出，包括斜坡式場板結(jié)構(gòu)和單階梯場板結(jié)構(gòu)等。斜坡式場板結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)器件內(nèi)部的電通量分布，實現(xiàn)優(yōu)化器件內(nèi)電勢線分布的目的，但是其缺點在于難以在工藝上實現(xiàn)。單階梯場板結(jié)構(gòu)可以引入電場峰值，但效果不明顯，需要對器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，通過引入多個電場峰值，以削弱場板邊緣的峰值電場、進(jìn)一步提高擊穿電壓。
[0006]為了解決上述問題，一種具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，包括半導(dǎo)體襯底、位于所述半導(dǎo)體襯底表面的柵介質(zhì)層、位于所述柵介質(zhì)層表面的柵極、位于所述柵極兩側(cè)的源電極和漏電極、位于所述柵介質(zhì)層表面的第一介質(zhì)層、位于所述第一介質(zhì)層和所述柵介質(zhì)層之間的第二介質(zhì)層和位于所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層表面的金屬場板；所述金屬場板靠近源電極的一端與所述柵極接觸；所述第一介質(zhì)層面向所述源電極的端面到源電極的距離大于所述第二介質(zhì)層面向所述源電極的端面到源電極的距離。
[0007]可選地，所述半導(dǎo)體襯底表面包括位于所述源電極相對應(yīng)位置的源極、位于所述漏電極相對應(yīng)位置的漏極、位于所述柵極之下的阱區(qū)、位于所述阱區(qū)和所述漏極之間的漂移區(qū)和體接觸區(qū)，所述體接觸區(qū)位于所述源極旁，與所述阱區(qū)相接觸，所述源極、所述漏極和所述漂移區(qū)均具有第一導(dǎo)電類型，所述阱區(qū)和所述體接觸區(qū)具有第二導(dǎo)電類型。
[0008]可選地，所述第一導(dǎo)電類型為N型，所述第二導(dǎo)電類型為P型。
[0009]可選地，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
[0010]可選地，所述半導(dǎo)體襯底包括支撐襯底、有源層和位于所述支撐襯底和有源層之間的絕緣埋層。[0011]可選地,所述第一介質(zhì)層為SiO2介質(zhì)層,所述第二介質(zhì)層為Si3N4介質(zhì)層。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點在于，在傳統(tǒng)單階梯場板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用多階梯場板的結(jié)構(gòu)，弓丨入多個電場峰值，平滑了整個漂移區(qū)的電場分布，提高了器件的耐壓能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1示出根據(jù)【具體實施方式】的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件的示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件的【具體實施方式】做詳細(xì)說明。
[0015]參考附圖1所示是根據(jù)本【具體實施方式】的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件的示意圖，包括半導(dǎo)體襯底14、位于所述半導(dǎo)體襯底14表面的柵介質(zhì)層5、位于所述柵介質(zhì)層5表面的柵極16、位于所述柵極16兩側(cè)的源電極I和漏電極6、位于所述柵介質(zhì)層5表面的第一介質(zhì)層3、位于所述第一介質(zhì)層3和所述柵介質(zhì)層5之間的第二介質(zhì)層4和位于所述第一介質(zhì)層3和所述第二介質(zhì)層4表面的金屬場板2 ;所述金屬場板2靠近源電極I的一端與所述柵極16接觸；所述第一介質(zhì)層3面向所述源電極I的端面到源電極I的距離大于所述第二介質(zhì)層4面向所述源電極I的端面到源電極I的距離。
[0016]本【具體實施方式】中的半導(dǎo)體襯底14為單晶硅襯底，在其他的實施方式中，所述半導(dǎo)體襯底14也可以是鍺硅、應(yīng)變硅以及其他化合物半導(dǎo)體襯底，如氮化鎵或者砷化鎵等。也可以是上述以及其他常見的半導(dǎo)體材料組成的多層復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)。
[0017]本【具體實施方式】中的柵介質(zhì)層5為高K柵介質(zhì)層，采用高K柵介質(zhì)層可以在獲得相同的閾值電壓的前提下，使用更高的溝道摻雜濃度。溝道摻雜濃度的提高，有利于降低溝道穿通擊穿的風(fēng)險，可以在保持耐壓能力的前提下，縮短溝道長度，從而降低器件的開態(tài)電阻。
[0018]在本【具體實施方式】中，所述半導(dǎo)體襯底14表面包括位于所述源電極I相對應(yīng)位置的源極12、位于所述漏電極6相對應(yīng)位置的漏極7、位于所述柵極16之下的P阱10、位于所述P阱10和所述漏極7之間的N型漂移區(qū)13和P型體接觸區(qū)11，所述P型體接觸區(qū)11位于所述源極12旁，與所述P阱10相接觸，所述源極12、所述漏極7為N型摻雜。所述P型體接觸區(qū)11用于引出所述P阱10聚集的多余電荷，避免浮體效應(yīng)。在功率集成電路中，橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)具有多種結(jié)構(gòu)，本實施方式僅是一種優(yōu)選的實施方式，在具體制作時也可以選擇其他結(jié)構(gòu)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)或者有其他的變化。
[0019]在本【具體實施方式】中，所述半導(dǎo)體襯底14包括支撐襯底9、有源層15和位于所述支撐襯底9和有源層15之間的絕緣埋層8。所述絕緣埋層8的存在可以實現(xiàn)介質(zhì)隔離，有效地實現(xiàn)高、低功率模塊，以及高、低電壓器件之間的隔離，徹底消除電干擾，簡化器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。然而在其它的【具體實施方式】中，所述半導(dǎo)體襯底也可以是不包含絕緣埋層的體襯底材料，這并不影響后續(xù)采用場板技術(shù)對器件進(jìn)行性能優(yōu)化。
[0020]本【具體實施方式】中所述第一介質(zhì)層3為SiO2介質(zhì)層,所述第二介質(zhì)層4為Si3N4介質(zhì)層。本實施方式僅是一種優(yōu)選的實施方式，在具體制作時也可以選擇其他介質(zhì)材料制作場板介質(zhì)層或者有其他的變化。
[0021]本【具體實施方式】中采用二層階梯場板結(jié)構(gòu)，在具體實施時也可以制作多層階梯場板結(jié)構(gòu)，本實施方式僅是一種優(yōu)選的實施方式，具體制作時也可以有其他的變化。
[0022]本發(fā)明提供的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件的優(yōu)點在于:場板結(jié)構(gòu)可以使半導(dǎo)體表面一部分區(qū)域內(nèi)的電通量轉(zhuǎn)移到另一部分，尤其可以將電力線密集區(qū)域的電通量優(yōu)化到電場較弱的區(qū)域，實現(xiàn)優(yōu)化器件內(nèi)電勢線分布的目的。同時，多階梯場板結(jié)構(gòu)在漂移區(qū)內(nèi)引入額外的多個電場峰值，從而平滑了整個漂移區(qū)的電場分布，提高了器件的耐壓能力。同時，由源端到漏端的場板介質(zhì)層厚度不斷增大，有利于保持較小的柵漏電容，以保證器件的開關(guān)速度。并且由于溝道/漂移區(qū)位置的電場強(qiáng)度被抑制，可以使用更高的漂移區(qū)摻雜濃度，這有利于降低器件漂移區(qū)電阻，從而實現(xiàn)降低器件功耗的目的。
[0023]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，包括半導(dǎo)體襯底、位于所述半導(dǎo)體襯底表面的柵介質(zhì)層、位于所述柵介質(zhì)層表面的柵極和位于所述柵極兩側(cè)的源電極和漏電極，其特征在于，包括位于所述柵介質(zhì)層表面的第一介質(zhì)層、位于所述第一介質(zhì)層和所述柵介質(zhì)層之間的第二介質(zhì)層和位于所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層表面的金屬場板；所述金屬場板靠近源電極的一端與所述柵極接觸；所述第一介質(zhì)層面向所述源電極的端面到源電極的距離大于所述第二介質(zhì)層面向所述源電極的端面到源電極的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底表面包括位于所述源電極相對應(yīng)位置的源極、位于所述漏電極相對應(yīng)位置的漏極、位于所述柵極之下的阱區(qū)、位于所述阱區(qū)和所述漏極之間的漂移區(qū)和體接觸區(qū)，所述體接觸區(qū)位于所述源極旁，與所述阱區(qū)相接觸，所述源極、所述漏極和所述漂移區(qū)均具有第一導(dǎo)電類型，所述阱區(qū)和所述體接觸區(qū)具有第二導(dǎo)電類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型為N型，所述第二導(dǎo)電類型為P型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底包括支撐襯底、有源層和位于所述支撐襯底和有源層之間的絕緣埋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有場板結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層為SiO2介質(zhì)層,所述第二介質(zhì)層為Si3N4介質(zhì)層。
【文檔編號】H01L29/78GK103762237SQ201310749145
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】魏星, 徐大偉, 狄增峰, 方子韋 申請人:上海新傲科技股份有限公司