本發(fā)明涉及半導體工藝，特別是涉及一種具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管。

背景技術：

采用RESURF(降低表面電場)原理的基本結構由低摻雜的P型襯底和低摻雜的N型外延層組成。在外延層上形成P阱并注入N+、P+，形成一個橫向的P-well/N-epi結和一個縱向的P-sub/N-epi結。由于橫向結兩端有著更高的摻雜濃度，因此擊穿電壓比縱向結更低。RESURF的基本原理是利用橫向結和縱向結的相互作用，使外延層在橫向結達到臨界雪崩擊穿電場前完全耗盡，通過合理優(yōu)化器件參數使得器件的擊穿發(fā)生在縱向結，從而起到降低表面電場的作用。

一種改進型RESURF結構是在襯底或外延上形成很淡的N型深阱，形成與P型襯底間的第一次RESURF，之后在N型深阱內部、場氧下方注入形成P型浮空場限環(huán)(Floating P-layer,FP)，形成與深阱間的第二次RESURF。

這種結構的RESURF滿足一定的高壓、低導通電阻的要求，但發(fā)明人發(fā)現，在幾十KHz～幾百KHz的交流開關應用中，該結構的器件會出現尖峰電流，從而影響了器件及產品的可靠性，同時導通電阻也不能繼續(xù)降低。

技術實現要素：

為了解決背景技術中提到的在幾十KHz～幾百KHz的交流開關應用中器件不穩(wěn)定的問題，本發(fā)明提出一種具有良好的動態(tài)特性，即在很高的頻率下仍能保證穩(wěn)定性的具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管。

一種具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管，包括襯底、源極、漏極、體區(qū)及襯底上的阱區(qū)，所述阱區(qū)包括：插入式阱，摻雜類型為P型，設于所述漏極的下方并與漏極和襯底相接；N阱，設于所述插入式阱的外 圍，所述插入式阱的寬度小于漏極的寬度從而使漏極的兩側與所述N阱相接；P阱，設于所述N阱的外圍并與N阱相接；所述橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管還包括P型場限環(huán)，所述P型場限環(huán)設于所述N阱內，為封閉的環(huán)狀結構，且位于所述漏極的下方外圍，將所述漏極包圍；所述插入式阱在其長度方向上延伸至與所述P型場限環(huán)相接觸的位置，所述源極和體區(qū)設于所述P阱內。

在其中一個實施例中，所述阱區(qū)包括襯底上的第一阱區(qū)和第一阱區(qū)上的第二阱區(qū)，所述插入式阱包括第一阱區(qū)內的第一插入式阱和第二阱區(qū)內的第二插入式阱，所述N阱包括第一阱區(qū)內的第一N阱和第二阱區(qū)內的第二N阱，所述P阱包括第一阱區(qū)內的第一P阱和第二阱區(qū)內的第二P阱。

在其中一個實施例中，所述第一N阱的摻雜濃度低于所述第二N阱的摻雜濃度，所述第一P阱的摻雜濃度低于所述第二P阱的摻雜濃度，所述第一插入式阱的摻雜濃度低于所述第二插入式阱的摻雜濃度。

在其中一個實施例中，還包括場氧區(qū)和多晶硅結構，所述場氧區(qū)設于所述N阱表面，兩塊場氧區(qū)結構將所述漏極夾于中間，所述多晶硅結構從所述場氧區(qū)表面搭接至所述源極表面。

在其中一個實施例中，所述插入式阱的寬度不超過所述漏極的有源區(qū)寬度的40％。

在其中一個實施例中，所述阱區(qū)的摻雜濃度低于所述漏極的摻雜濃度。

在其中一個實施例中，所述襯底為P摻雜襯底，所述漏極為N摻雜漏極，所述源極為N摻雜源極，所述體區(qū)為P摻雜體區(qū)。

上述具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管，P型的插入式阱在漏極下方向外渡過漏極和N阱，與漂移區(qū)中的P型場限環(huán)相連，使P型場限環(huán)接到襯底電位，從而使得P型場限環(huán)解除了懸空的狀態(tài)，確保交流高頻開關狀態(tài)下P型場限環(huán)與N阱之間能保持穩(wěn)定的結電容，有助于改善器件的動態(tài)特性，避免出現尖峰電流。且由于設置了插入式阱，形成了triple RESURF結構，有助于提高N阱的摻雜濃度，并降低器件的導通電阻，并且有助于改善器件的擊穿特性。

附圖說明

通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分，且并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1是一實施例中具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的結構示意圖；

圖2是圖1所示實施例中有源區(qū)的俯視圖；

圖3是沿圖2中A-A’線的剖視圖；

圖4是沿圖2中B-B’線的剖視圖；

圖5是另一實施例中具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的結構示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的首選實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內容更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

發(fā)明人經試驗和研究認為，背景技術中所述設置了P型浮空場限環(huán)的RESURF結構LDMOS出現尖峰電流的原因是，由于FP懸空，無法保證每一個開關周期內P型浮空場限環(huán)和N型深阱之間形成穩(wěn)定的結電容，以至于反向恢復的少子電流疊加到下一個周期的開態(tài)電流中而出現尖峰電流。

本發(fā)明提供一種具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管，包括襯底、源極、漏極、體區(qū)、P型場限環(huán)及襯底上的阱區(qū)。阱區(qū)具體包括N 阱、P阱及插入N阱中的插入式阱。其中插入式阱的摻雜類型為P型，設于漏極的下方并與漏極和襯底相接。N阱設于插入式阱的外圍，為了使漏極的兩側與下方的N阱相接，插入式阱的寬度應小于漏極的寬度，由于插入式阱為長條形，其寬度指短邊邊長，長度指長邊邊長。P阱設于N阱的外圍并與N阱相接，源極和體區(qū)設于所述P阱內。P型場限環(huán)設于N阱內，為封閉的環(huán)狀結構。封閉的環(huán)狀結構指首尾相連的封閉條狀結構，包括橢圓環(huán)、圓環(huán)、跑道形環(huán)(即田徑場的跑道形狀，矩形的兩端各連接一個半圓然后取其外圈得到的形狀)、方形環(huán)等。且P型場限環(huán)位于漏極的下方外圍，將漏極包圍，也就是將P型場限環(huán)和N阱投影于漏極所在平面后，漏極、N阱、P型場限環(huán)三者在平面上的關系為：漏極的外圍被N阱包覆，P型場限環(huán)形成的環(huán)將漏極包圍并在有源區(qū)表面將N阱截斷。由于器件結構決定了插入式阱在寬度方向上無法與P型場限環(huán)相接觸，因此將插入式阱在長度方向上延伸至與P型場限環(huán)相接觸的位置。

圖1是一實施例中具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管(LDMOS)的結構示意圖，其為左右對稱結構，包括襯底110，襯底上的阱區(qū)，漏極140，源極150，體區(qū)160，場氧區(qū)170、多晶硅結構180以及P型場限環(huán)135。其中，襯底為P型摻雜，漏極140為N型摻雜，源極150為N型摻雜，體區(qū)160為P型摻雜。阱區(qū)包括P型摻雜的插入式阱122、作為漂移區(qū)的N阱124以及作為溝道區(qū)的P阱126。場氧區(qū)170設于N阱124表面，兩塊場氧區(qū)170結構將漏極140夾于中間，多晶硅結構180由多晶硅柵和搭場部分組成，從場氧區(qū)170表面搭接至源極150表面。

請參照圖2～圖4，圖2是圖1所示實施例中有源區(qū)的俯視圖，圖3是沿圖2中A-A’線的剖視圖，圖4是沿圖2中B-B’線的剖視圖。如圖2所示，在該實施例中，P型場限135為跑道形環(huán)裝結構，插入式阱122在X軸方向延伸至跑道的圓弧中部與其相接。P型場限環(huán)135在有源區(qū)表面將N阱124分隔成環(huán)內側的指尖結構和環(huán)外側的方形環(huán)結構。圖2所示的漏極140為漏極引出的Boning Pad部分，在圖2中其中間被有源區(qū)的結構所遮擋。

上述具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管，P型的插入式阱122在漏極140下方向外(即X軸方向)渡過漏極140和N阱124，與漂 移區(qū)中的P型場限環(huán)135相連，使P型場限環(huán)135接到襯底(Psub)電位(因為插入式阱122本身就接至襯底110所以與襯底110電位相同)，從而使得P型場限環(huán)135解除了懸空的狀態(tài)，確保交流高頻開關狀態(tài)下P型場限環(huán)135與N阱124之間能保持穩(wěn)定的結電容，有助于改善器件的動態(tài)特性，避免出現尖峰電流。

如圖1所示，在現有結構的漏端N+結下方，通過將N阱124裂開一定寬度，插入PW，形成triple RESURF結構，使得插入式阱122、N阱124、P阱126及襯底110之間相互耗盡，擊穿點向器件體內轉移，器件得以縱向擊穿。

插入式阱122的寬度不能太寬，需要保證漏極140下方的兩側N阱124仍然與漏極140相接，這樣漂移區(qū)的N阱124濃度相較現有技術得以提高，有助于導通電阻的降低。這是因為當耗盡區(qū)中加入額外的電荷后，相反類型的電荷密度也會相應提高，以達到電荷平衡的要求。

插入式阱122同樣不能太窄。一定寬度的插入式阱122可以有效控制器件體內擊穿發(fā)生的先后，如寬度過窄，插入式阱122對兩側N阱124的耗盡區(qū)影響較小，擊穿位置仍與現有技術中漂移區(qū)N阱124不設置插入式阱122時的擊穿位置接近，那么插入式阱122的插入就起不到對于擊穿的調整作用了。

當漏極140外接較高電位，耗盡至漏極140時，插入式阱122與兩側漂移區(qū)的N阱124相互耗盡，直至兩側N阱124形成的耗盡層逐漸擴大至交疊于P阱126中，兩側電勢線相接，之后由上而下向襯底110中耗盡，電場峰值被削弱，進而有效改善擊穿電壓。

在圖1所示實施例中，漏極140為N+漏極，源極150為N+源極，體區(qū)160為P+體區(qū)。

圖5是另一實施例中具RESURF結構的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的結構示意圖，其與圖1所示實施例的區(qū)別在于阱區(qū)由一層用于與高壓器件配合的高壓阱、和一層用于與低壓器件配合的低壓阱組成。即LDMOS包括襯底210，襯底上的第一阱區(qū)和第一阱區(qū)上的第二阱區(qū)，漏極240，源極250，體區(qū)260，場氧區(qū)270、多晶硅結構280以及P型場限環(huán)235。第一阱區(qū)包括P型 摻雜的第一插入式阱222、第一N阱224以及第一P阱226；第二阱區(qū)包括P型的第二插入式阱232、第二N阱234以及第三P阱236，第二插入式阱232、第二N阱234以及第三P阱236分別與第一插入式阱222、第一N阱224以及第一P阱226相接；第一N阱224和第二N阱234共同作為漂移區(qū)。其中源極250和體區(qū)260設于第二P阱236內。

為了確保漂移區(qū)耗盡至漏極240的有源區(qū)(DTO)時，仍有較高濃度的N型雜質，必須保證此時N阱(包括第一N阱224和第二N阱234)與插入式阱(包括第一插入式阱222和第二插入式阱232)間的N+的仍有一定的有效寬度，至少為漏極240的有源區(qū)的30％。因此，第一插入式阱222和第二插入式阱232的寬度不應超過漏極240的有源區(qū)寬度的40％。在有源區(qū)寬10微米的實施例中，前述有效寬度至少為3微米，即第一插入式阱222和第二插入式阱232的寬度不超過2微米。

在圖2所示實施例中，漏極240為N+漏極，源極250為N+源極，體區(qū)260為P+體區(qū)。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。