專利名稱：多流向元胞集成的ldmos功率器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LDMOS功率器件制作領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及多流向元胞集成的LDMOS功率器件。
背景技術(shù)：
LDMOS(Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor,橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)最早是1969年由Y. Tarui等人提出，它在保持普通MOSFET優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過橫向雙擴(kuò)散技術(shù)形成溝道區(qū)，并在漏極和溝道之間引入漂移區(qū)。LDMOS是一種電壓控制器件，由于其輸入阻抗高，驅(qū)動功率低，因此易與前級電路藕合。此外，LDMOS器件還具備溫度特性好的優(yōu)點(diǎn)。LDMOS器件具有負(fù)溫度系數(shù)，負(fù)反饋過大的局部電流不致形成雙極型器件那樣的二次擊穿，安全工作區(qū)(SOA)較寬，可以防止熱耗散的影響，熱穩(wěn)定性好，工作溫度可達(dá)200°C。經(jīng)過幾十年來的不斷發(fā)展，在傳統(tǒng) LDMOS基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的RF-LDMOS因其優(yōu)異的射頻性能被廣泛應(yīng)用在軍事、無線通信等各個領(lǐng)域中。然而，LDMOS功率器件在工作時(shí)，功率的耗散會產(chǎn)生大量的熱量，因此器件的散熱性能直接影響到整個LDMOS功率器件的工作性能，以及影響器件的可靠性與穩(wěn)定性。如何得到具有良好散熱性能的器件，是LDMOS制造研究面臨的關(guān)鍵問題之一。因此，有必要提出一種有效的技術(shù)方案，解決LDMOS功率器件的散熱問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別通過在器件的陽極元胞和陰極元胞之間形成多流形式的電流，電流產(chǎn)生的功率耗散分布更加均勻，從而使器件具有更好的散熱性能，提高了其可靠性與穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種LDMOS功率器件，包括半導(dǎo)體基底；多邊形狀的LDMOS陽極元胞和多邊形狀的LDMOS陰極元胞，其中，所述陽極元胞和陰極元胞交錯排列于所述半導(dǎo)體基底之中；位于所述陽極元胞和陰極元胞之間的漂移區(qū)；將所有LDMOS陽極元胞連接得到的正極，以及將所有LDMOS陰極元胞連接得到的負(fù)極。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述多邊形狀包括四邊形、六邊形或八邊形。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述半導(dǎo)體基底材料包括硅、砷化鎵或碳化硅。本發(fā)明提出的上述方案，通過在器件的陽極元胞和陰極元胞之間形成多流形式的電流，電流產(chǎn)生的功率耗散分布更加均勻，從而使器件具有更好的散熱性能，提高了其可靠性與穩(wěn)定性。此外，根據(jù)大電流理論，多邊形元胞的有效電流寬度與總柵寬的比值大，能夠在較小的面積內(nèi)通過更大的電流，而且，較小的面積帶來了柵電阻Rg減小的效果，使得采用多邊形元胞集成結(jié)構(gòu)的多流向元胞集成LDMOS功率器件具有更高的集成度以及更小的柵電阻Rg。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為本發(fā)明實(shí)施例LDMOS結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例多流向元胞集成LDMOS功率器件的電流流向示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種LDMOS功率器件的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例又一種LDMOS功率器件的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種LDMOS功率器件，包括半導(dǎo)體基底；多邊形狀的LDMOS陽極元胞和多邊形狀的LDMOS陰極元胞，其中，所述陽極元胞和陰極元胞交錯排列于所述半導(dǎo)體基底之中；位于所述陽極元胞和陰極元胞之間的漂移區(qū)；將所有LDMOS陽極元胞連接得到的正極，以及將所有LDMOS陰極元胞連接得到的負(fù)極。如圖I所示，為本發(fā)明實(shí)施例LDMOS結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖中，20為硅基P型襯底；21為P型外延；22為多晶硅柵；23為漂移區(qū)；24、25為N型接觸注入?yún)^(qū)；圖中箭頭所示為電流方向。例如，在硅基P型襯底20上生長數(shù)微米厚的P型外延21，淀積多晶硅柵22之后通過擴(kuò)柵工藝在柵的一側(cè)橫向擴(kuò)散形成漂移區(qū)23，最后形成N型接觸注入?yún)^(qū)24、25與金屬連接。低濃度長距離的N型漂移區(qū)23使得LDMOS器件成為一種能夠承受高電壓的功率器件。高電壓通過金屬施加在接觸注入?yún)^(qū)25上。當(dāng)有一高于閾值電壓的柵壓施加在多晶硅柵22上時(shí)，LDMOS器件開啟，一大電流從接觸注入?yún)^(qū)25流入，接觸注入?yún)^(qū)25可視為LDMOS器件的陽極。電流經(jīng)過漂移區(qū)23與多晶硅柵22下的反型區(qū)流入接觸注入?yún)^(qū)24，再通過金屬流出，接觸注入?yún)^(qū)24可視為LDMOS器件的陰極。如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例多流向元胞集成LDMOS功率器件的電流流向示意圖。多流向元胞集成LDMOS功率器件的LDMOS陽極元胞1、2、3、4、5和多流向元胞集成LDMOS功率器件的LDMOS陰極元胞123、124、135、145制作在半導(dǎo)體基底10上，并且交錯排列如圖所示。流入LDMOS電流的一部分從陽極元胞I以四流向分別流入陰極元胞123、124、135、145。同時(shí)，陽極元胞2、3、4、5流出的電流也有一部分分別被陰極元胞123、124、135、145收集。圖中箭頭表示電流的流向。器件的陽極元胞和陰極元胞都以四流向分別發(fā)出和收集電流，使得由電流產(chǎn)生的功率耗散分布更加均勻，在較小的面積內(nèi)通過更大的電流，具有更好的散熱性能，提高了其可靠性與穩(wěn)定性。在本發(fā)明的實(shí)施例中，多邊形狀包括但不限于四邊形、六邊形或八邊形。在本發(fā)明的實(shí)施例中，半導(dǎo)體基底材料包括但不限于硅、砷化鎵或碳化硅。在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述功率器件可以在P型半導(dǎo)體基底上生長微米級別厚的P型外延得到所述半導(dǎo)體基底，淀積多晶硅柵通過擴(kuò)散工藝在柵的一側(cè)橫向擴(kuò)散形成所述漂移區(qū)，通過離子注入過程形成N型接觸注入?yún)^(qū)得到所述LDMOS陰極元胞和陽極元胞。在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述功率器件也可以在N型半導(dǎo)體基底上生長微米級別厚 的N型外延得到所述半導(dǎo)體基底，淀積多晶硅柵通過擴(kuò)散工藝在柵的一側(cè)橫向擴(kuò)散形成所述漂移區(qū)，通過離子注入過程形成P型接觸注入?yún)^(qū)得到所述LDMOS陰極元胞和陽極元胞。在上述實(shí)施例中，任意相鄰成對的所述陽極元胞和陰極元胞構(gòu)成具有完整結(jié)構(gòu)的LDMOS器件。在上述實(shí)施例中，當(dāng)上述正負(fù)極接閾值電壓時(shí)，流入LDMOS功率器件的電流由陽極元胞呈多流向流入附近的陰極元胞。如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例一種LDMOS功率器件的示意圖。在本實(shí)施例中以基本LDMOS結(jié)構(gòu)制成陽極元胞與陰極元胞。將接觸注入?yún)^(qū)a25制成四邊形的陽極元胞a50。多晶硅柵a22和接觸注入?yún)^(qū)a24制成成四邊形的陰極元胞a60。陽極元胞a50與陰極元胞a60之間為漂移區(qū)a23。當(dāng)LDMOS開啟時(shí)，電流由陽極元胞注入，從接觸注入?yún)^(qū)a25呈四流向流出，流經(jīng)漂移區(qū)a23，進(jìn)入附近的陰極元胞a60。流經(jīng)多晶硅柵a22下位置與接觸注入?yún)^(qū)a24流出LDMOS器件。此四流向的元胞集成LDMOS功率器件產(chǎn)生的功率耗散分布均勻，具有很好的散熱性能，提高了其可靠性與穩(wěn)定性。同時(shí)，有效電流寬度與總柵寬的比值大，能夠在較小的面積內(nèi)通過更大的電流，具有更高的集成度。另外，此器件具有更小的柵電阻Rg°如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例又一種LDMOS功率器件的示意圖。圖中，斜線標(biāo)識的方塊表示陽極元胞，后綴以A為標(biāo)識；空白的方塊表示陰極元胞，后綴以K為標(biāo)識；圖中只是示出了芯片中若干對LDMOS功率器件的結(jié)構(gòu)。顯然，根據(jù)需要，也可以制作形成陰極元胞接收四個、五個、六個、七個、八個等不同個數(shù)的陽極元胞流入的電流，四個、五個、六個、七個、八個等不同個數(shù)的陽極元胞的電流流入陰極元胞中；上述實(shí)施例以四個為例只是便于對本發(fā)明的描述和展示。本發(fā)明提出的上述器件，通過在器件的陽極元胞和陰極元胞之間形成多流形式的電流，電流產(chǎn)生的功率耗散分布更加均勻，從而使器件具有更好的散熱性能，提高了其可靠性與穩(wěn)定性。此外，根據(jù)大電流理論，多邊形元胞的有效電流寬度與總柵寬的比值大，能夠在較小的面積內(nèi)通過更大的電流，而且，較小的面積帶來了柵電阻Rg減小的效果，使得采用多邊形元胞集成結(jié)構(gòu)的多流向元胞集成LDMOS功率器件具有更高的集成度以及更小的柵電阻Rg。雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對它們進(jìn)行應(yīng)用。 因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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LDMOS功率器件，其特征在于，包括 半導(dǎo)體基底； 多邊形狀的LDMOS陽極元胞和多邊形狀的LDMOS陰極元胞，其中，所述陽極元胞和陰極元胞交錯排列于所述半導(dǎo)體基底之中； 位于所述陽極元胞和陰極元胞之間的漂移區(qū)； 將所有LDMOS陽極元胞連接得到的正極，以及將所有LDMOS陰極元胞連接得到的負(fù)極。
2.如權(quán)利要求I所述的LDMOS功率器件，其特征在于，所述多邊形狀包括四邊形、六邊形或八邊形。
3.如權(quán)利要求I所述的LDMOS功率器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底材料包括硅、砷化鎵或碳化硅。
4.如權(quán)利要求I所述的LDMOS功率器件，其特征在于，在P型半導(dǎo)體基底上生長微米級別厚的P型外延得到所述半導(dǎo)體基底，淀積多晶硅柵通過擴(kuò)散工藝在柵的一側(cè)橫向擴(kuò)散形成所述漂移區(qū)，通過離子注入過程形成N型接觸注入?yún)^(qū)得到所述LDMOS陰極元胞和陽極元胞。
5.如權(quán)利要求I所述的LDMOS功率器件，其特征在于，在N型半導(dǎo)體基底上生長微米級別厚的N型外延得到所述半導(dǎo)體基底，淀積多晶硅柵通過擴(kuò)散工藝在柵的一側(cè)橫向擴(kuò)散形成所述漂移區(qū)，通過離子注入過程形成P型接觸注入?yún)^(qū)得到所述LDMOS陰極元胞和陽極元胞。
6.如權(quán)利要求5或4任意之一所述的LDMOS功率器件，其特征在于，任意相鄰成對的所述陽極元胞和陰極元胞構(gòu)成具有完整結(jié)構(gòu)的LDMOS器件。
7.如權(quán)利要求6所述的LDMOS功率器件，其特征在于，當(dāng)所述正負(fù)極接閾值電壓時(shí)，流入所述LDMOS功率器件的電流由所述陽極元胞呈多流向流入附近的所述陰極元胞。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種LDMOS功率器件，包括半導(dǎo)體基底；多邊形狀的LDMOS陽極元胞和多邊形狀的LDMOS陰極元胞，其中，所述陽極元胞和陰極元胞交錯排列于所述半導(dǎo)體基底之中；位于所述陽極元胞和陰極元胞之間的漂移區(qū)；將所有LDMOS陽極元胞連接得到的正極，以及將所有LDMOS陰極元胞連接得到的負(fù)極。本發(fā)明公開的上述方案，通過在器件的陽極元胞和陰極元胞之間形成多流形式的電流，電流產(chǎn)生的功率耗散分布更加均勻，從而使器件具有更好的散熱性能，提高了其可靠性與穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明公開的上述方案，使得采用多邊形元胞集成結(jié)構(gòu)的多流向元胞集成LDMOS功率器件具有更高的集成度以及更小的柵電阻Rg。
文檔編號H01L27/02GK102867826SQ20111018798
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者姜一波, 杜寰 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所