一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件。
【背景技術(shù)】
[0002]橫向高壓器件是高壓功率集成電路發(fā)展中必不可少的部分，它具有高耐壓、高輸入阻抗、良好的安全工作區(qū)、低功耗等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、汽車(chē)電子、工業(yè)控制的功率開(kāi)關(guān)器件中。橫向高壓器件工作在高耐壓環(huán)境時(shí)，需要采用長(zhǎng)的漂移區(qū)，因此橫向高壓器件會(huì)伴隨高的導(dǎo)通電阻，導(dǎo)致器件在正常工作時(shí)的功率消耗變高。在實(shí)際應(yīng)用中，需要在保證橫向高壓器件耐壓的同時(shí)盡量減小器件的導(dǎo)通電阻，以減小器件工作時(shí)的能量消耗。然而，導(dǎo)通電阻與器件耐壓之間存在矛盾關(guān)系，這就限制了該類(lèi)器件在高壓大電流領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是在要求低導(dǎo)通損耗和小芯片面積的電路中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)橫向高壓功率器件為獲得高耐壓而采用低摻雜濃度的漂移區(qū)導(dǎo)致器件導(dǎo)通電阻增大的問(wèn)題，提出了一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件。該器件在漂移區(qū)上方設(shè)置多個(gè)電極，且每個(gè)電極偏置在不同的電壓，可在提高器件耐壓的同時(shí)降低器件的導(dǎo)通電阻，有效緩解了橫向高壓器件導(dǎo)通電阻與耐壓之間的矛盾。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件，包括第二型摻雜雜質(zhì)半導(dǎo)體襯底I ;形成于所述第二型摻雜雜質(zhì)半導(dǎo)體襯底I之上的第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3和第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4 ;形成于所述第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4之中的第二型摻雜雜質(zhì)接觸區(qū)5和第一型摻雜雜質(zhì)源區(qū)6 ;形成于所述第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3之中的第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7 ;形成于第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7之中的第一型摻雜雜質(zhì)漏區(qū)8 ;形成于所述第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3和第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4上方的介質(zhì)層9 ;所述介質(zhì)層9中設(shè)置有多晶硅柵10、源極金屬12和漏極金屬13 ;其特征在于，在所述第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4到第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7之間區(qū)域的上方的介質(zhì)層中還設(shè)置有η個(gè)電極ll，n ^ 2，所述η個(gè)電極中任意兩電極在橫向方向上的投影之間有間隔，第i個(gè)電極的下表面與第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3上表面之間的距離\大于V i/E1..，其中，Vi為第i個(gè)電極上的電壓，E 為第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4到第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7之間區(qū)域的上方的介質(zhì)層的臨界擊穿電場(chǎng)，i = I, 2, 3，...，η。
[0006]進(jìn)一步地，各電極上的電壓均不相同，且各電極上的電壓均小于所述橫向高壓器件的擊穿電壓。
[0007]優(yōu)選地，任意相鄰兩個(gè)電極中靠近第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7 —端的電極的下表面與第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3上表面之間的距離不低于靠近第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4一端的電極的下表面與第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3上表面之間的距離。
[0008]優(yōu)選地，所述η個(gè)電極的下表面與第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3上表面之間的距離沿著第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4到第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7方向逐漸增大。
[0009]優(yōu)選地，任意相鄰的兩個(gè)電極中靠近第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7 —端的電極上的電壓大于靠近第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4 一端的電極上的電壓。
[0010]進(jìn)一步地，所述電極11為多晶硅、金屬等導(dǎo)電材料。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述電極的截面為矩形。
[0012]進(jìn)一步地，所述任一電極與多晶硅柵在橫向方向上的投影之間有間隔。
[0013]進(jìn)一步地，上述的第一型摻雜雜質(zhì)為施主型時(shí)，第二型摻雜雜質(zhì)為受主型，此時(shí)，電極11相對(duì)于源極偏置在正電位；當(dāng)?shù)谝恍蛽诫s雜質(zhì)為受主型時(shí)，第二型摻雜雜質(zhì)為施主型，此時(shí)，電極11相對(duì)于源極偏置在負(fù)電位。
[0014]其中，上述結(jié)構(gòu)不僅可以用在體硅結(jié)構(gòu)中，還可以用在SOI結(jié)構(gòu)中；即上述第二型摻雜雜質(zhì)半導(dǎo)體襯底I上方有埋氧層2，所述第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3和第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4形成于埋氧層2之上。
[0015]其中，上述結(jié)構(gòu)中所述第一型摻雜雜質(zhì)漏區(qū)8還可以替換為第二型摻雜雜質(zhì)集電區(qū)14 ;當(dāng)為第一型摻雜雜質(zhì)漏區(qū)8時(shí)，所述橫向高壓器件為橫向擴(kuò)散金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(LDMOS)，當(dāng)為第二型摻雜雜質(zhì)集電區(qū)14時(shí)，所述橫向高壓器件為橫向絕緣柵雙極性晶體管(LIGBT) ?
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017]1、本發(fā)明提供的具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件在第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4到第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7之間區(qū)域的上方的介質(zhì)層中設(shè)置有與第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3上表面距離不同的電極，且電極偏置在不同的電位。一方面，各電極上的偏置電位能夠在漂移區(qū)表面形成一層電荷積累層，提供一個(gè)低阻的導(dǎo)電通道，增大表面載流子濃度，提高器件的電流能力，有效降低器件的導(dǎo)通電阻；另一方面，通過(guò)優(yōu)化電極上的電位分布，可在漂移區(qū)引入電場(chǎng)峰值，起到場(chǎng)板的作用，優(yōu)化了器件的表面電場(chǎng)分布，提高了器件的橫向耐壓。因此，該器件結(jié)構(gòu)可有效緩解橫向高壓器件導(dǎo)通電阻與耐壓之間的矛盾。
[0018]2、本發(fā)明所述的橫向高壓器件可基于標(biāo)準(zhǔn)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)，具有良好的兼容性。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為常規(guī)的橫向高壓器件的剖面示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件的剖面示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件的剖面示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件的剖面示意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例4提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件的剖面示意圖。
[0024]圖6為常規(guī)的橫向高壓器件擊穿時(shí)的等勢(shì)線與開(kāi)態(tài)電流線分布圖。其中，(a)為擊穿時(shí)的等勢(shì)線分布圖；(b)為開(kāi)態(tài)時(shí)電流線分布圖。
[0025]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件擊穿時(shí)的等勢(shì)線與開(kāi)態(tài)電流線分布圖。其中，(a)為擊穿時(shí)的等勢(shì)線分布圖；(b)為開(kāi)態(tài)時(shí)電流線分布圖。
[0026]圖8為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件與常規(guī)的橫向高壓器件在擊穿時(shí)的表面電場(chǎng)分布對(duì)比。
[0027]圖9為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件與常規(guī)的橫向高壓器件開(kāi)態(tài)時(shí)的表面電子濃度分布對(duì)比圖(沿aa’線與bb’線的方向)，其中aa’線與bb’線的位置在圖6和圖7中標(biāo)出。
[0028]圖10為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件與常規(guī)的橫向高壓器件開(kāi)態(tài)時(shí)的縱向電子濃度分布對(duì)比圖(沿Ce’線與dd’線的方向)，其中CC’線與dd’線的位置在圖6和圖7中標(biāo)出。
[0029]圖11為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件與常規(guī)的橫向高壓器件的擊穿電壓隨漂移區(qū)濃度變化的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0030]一種具有多電極結(jié)構(gòu)的橫向高壓器件，包括第二型摻雜雜質(zhì)半導(dǎo)體襯底I ;形成于所述第二型摻雜雜質(zhì)半導(dǎo)體襯底I之上的第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3和第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4 ;形成于所述第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4之中的第二型摻雜雜質(zhì)接觸區(qū)5和第一型摻雜雜質(zhì)源區(qū)6 ;形成于所述第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3之中的第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7 ;形成于第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7之中的第一型摻雜雜質(zhì)漏區(qū)8 ;形成于所述第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3和第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4上方的介質(zhì)層9 ;所述介質(zhì)層9中設(shè)置有多晶硅柵10、源極金屬12和漏極金屬13，所述多晶硅柵位于第一型摻雜雜質(zhì)源區(qū)6與第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3之間區(qū)域上方且與第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4上表面不接觸，所述源極金屬12設(shè)置于第二型摻雜雜質(zhì)接觸區(qū)5和第一型摻雜雜質(zhì)源區(qū)6之上，所述漏極金屬13設(shè)置于第一型摻雜雜質(zhì)漏區(qū)8之上；其特征在于，在所述第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4到第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7之間區(qū)域的上方的介質(zhì)層中還設(shè)置有η個(gè)電極ll，n ^ 2，所述η個(gè)電極中任意兩電極在橫向方向上的投影之間有間隔，第i個(gè)電極的下表面與第一型摻雜雜質(zhì)漂移區(qū)3上表面之間的距離\大于V 乂E1..，其中,Vi為第i個(gè)電極上的電壓，E 為第二型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)4到第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7之間區(qū)域的上方的介質(zhì)層的臨界擊穿電場(chǎng)，i = I, 2, 3，...，η。
[0031]其中，各電極上的電壓均不相同，且各電極上的電壓均小于所述橫向高壓器件的擊穿電壓。
[0032]其中，所述介質(zhì)層9包括柵氧化層介質(zhì)、金屬前介質(zhì)、鈍化層介質(zhì)。
[0033]進(jìn)一步地，所述電極11與第一型摻雜雜質(zhì)阱區(qū)7的距離越近，電極11上偏置的電位與器件擊穿時(shí)第一型摻雜雜質(zhì)漏區(qū)8上的電位越接近。
[0034]實(shí)施例1
[0035]如圖2所示，一種具有多電極結(jié)