本發(fā)明涉及功率器件領(lǐng)域，特別是涉及一種橫向超結(jié)雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。

背景技術(shù)：

橫向功率器件具有易集成，熱穩(wěn)定性好，較好的頻率穩(wěn)定性，低功耗，多子導(dǎo)電，功率驅(qū)動(dòng)小，開關(guān)速度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于PIC(Power Integrated Circuit)中。，設(shè)計(jì)具有薄外延層且能滿足一定耐壓的新型LDMOS，并且獲得更低的導(dǎo)通電阻從而降低功耗，是目前功率半導(dǎo)體技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。在LDMOS類器件中存在著擊穿電壓(BV)和比導(dǎo)通電阻(R_on,sp)矛盾關(guān)系。設(shè)計(jì)更高耐壓并具有更低導(dǎo)通順耗的橫向功率器件是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種具有變K介質(zhì)的折疊狀橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，旨在優(yōu)化器件的體電場分布使得器件的整體電場分布達(dá)到最優(yōu)，有效地提高器件的擊穿電壓。并且由于介質(zhì)層材料的變化，在漂移區(qū)上積累的多數(shù)載子濃度增加從而可以有效地降低器件的導(dǎo)通電阻。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

該橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，包括：

半導(dǎo)體材料的襯底；

在所述襯底上生長的外延層；

在所述外延層上進(jìn)行離子注入形成的漂移區(qū)，在所述外延層上漂移區(qū)的左側(cè)形成的基區(qū)；

漂移區(qū)右邊緣形成的漏區(qū)，漂移區(qū)上其余部分覆蓋的介質(zhì)層；基區(qū)上左端形成的源區(qū)，基區(qū)上右端形成的溝道，溝道上設(shè)置的柵絕緣層；

分別在源區(qū)、柵絕緣層、介質(zhì)層和漏區(qū)上設(shè)置的源電極、柵電極、場板和漏電極；

所述漂移區(qū)及其表面上各層結(jié)構(gòu)呈凹凸折疊狀；

與現(xiàn)有技術(shù)的重要區(qū)別是：

所述介質(zhì)層有多處區(qū)域的介電常數(shù)K不同。

上述介質(zhì)層，由源端到漏斷，介電常數(shù)逐級遞減或逐級遞增或介電常數(shù)形成高低起伏的趨勢。其中以逐級遞增的設(shè)置為最佳。

漂移區(qū)及其表面上各層結(jié)構(gòu)的凹凸折疊狀，是基于漂移區(qū)的生長過程，進(jìn)行兩次不同濃度和深度的離子注入，對形成的漂移區(qū)進(jìn)行刻蝕溝槽，得到凹凸折疊狀的漂移區(qū)。

介電常數(shù)K值的變化范圍為(0-300)ε0。

本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果如下：

漂移區(qū)上方覆蓋的介質(zhì)層為具有不同介電常數(shù)的變K介質(zhì)層，在器件反向關(guān)斷時(shí)，由于在不同介質(zhì)處介電常數(shù)存在差異產(chǎn)生新的電場峰，新的電場峰對器件漂移區(qū)表面的電場進(jìn)行調(diào)制，使得漂移區(qū)表面的電場變得更加均勻，從而有效地提高了器件的擊穿電壓、優(yōu)化了器件的整體電場。

由于介質(zhì)層材料的變化，在器件的漂移區(qū)積累的多數(shù)載流子濃度增加，從而可以進(jìn)一步降低器件的比導(dǎo)通電阻，器件的整體性能得到提升。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖)；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的三維剖視示意圖(為了便于標(biāo)注，對超結(jié)、漂移區(qū)絕緣層以及階梯場氧化層等作了部分立體斷面)；

圖3為本發(fā)明不同變K模式的器件以及傳統(tǒng)器件的效果示意圖。

附圖標(biāo)號說明：

1-源電極；2-柵電極；3-柵絕緣層；4-場板；5-漏電極；6-漏區(qū)；7-漂移區(qū)；

8-變K介質(zhì)層；9-外延層；10-襯底；11-基區(qū)；12-源區(qū)；13-溝道；

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明為具有變K介質(zhì)的折疊狀橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管：

半導(dǎo)體材料的襯底10；

位于襯底上的外延層9；

在所述外延層上進(jìn)行兩次不同濃度和深度的離子注入形成漂移區(qū)7；

在所述漂移區(qū)進(jìn)行刻蝕溝槽，形成凹凸折疊狀的漂移區(qū)7；

在所述漂移區(qū)的外圍形成基區(qū)11；內(nèi)部形成漏區(qū)6；

基區(qū)10上左端為源區(qū)11，源區(qū)上為源電極1；

基區(qū)10上右端為溝道12，溝道上為柵絕緣層3；

柵絕緣層3上為柵電極2，變K介質(zhì)層上形成電極場板4；

漏區(qū)6上為漏電極5；

在橫向超結(jié)功率器件采用RESURF、溝槽、場板等技術(shù)形成了具有凹凸折疊狀漂移區(qū)的橫向功率器件。通過在器件漂移區(qū)上不同介質(zhì)的變K介質(zhì)層，對器件漂移區(qū)表面的電場進(jìn)一步優(yōu)化。使得漂移區(qū)表面的電場變得更加均勻，從而有效地優(yōu)化了器件的整體電場在保證器件具有較低比導(dǎo)通電阻的條件下，提高了器件的擊穿電壓。并且由于漂移區(qū)表面積累的多數(shù)載流子濃度增加，器件的導(dǎo)通電阻進(jìn)一步降低。

以N溝道的LDMOS為例，具體可以通過以下步驟進(jìn)行制備：

1)半導(dǎo)體材料(包括Si、SiC和GaAs等)的襯底上外延高電阻率的P型層；

2)在P型外延層上進(jìn)行兩次離子注入形成不同濃度和深度的漂移區(qū)；

3)將漂移區(qū)刻蝕成凹凸折疊狀；

4)在漂移區(qū)得外圍形成基區(qū)；

5)在外延層上形成P型基區(qū)；

6)在漂移區(qū)上覆蓋介質(zhì)層，并同時(shí)形成有源區(qū)；

7)在有源區(qū)上形成柵氧化層；

8)在柵氧化層與漂移區(qū)的介質(zhì)層上淀積多晶硅刻蝕形成柵電極和場板；

9)進(jìn)行高濃度N型離子注入，在基區(qū)形成溝道，同時(shí)在漂移區(qū)邊緣形成漏區(qū)；

10)進(jìn)行高濃度P型離子注入，形成溝道襯底接觸；

11)在器件表面淀積鈍化層，并刻蝕接觸孔；

12)淀積金屬并刻蝕形成漏電極和源電極。

如圖3所示，對四種器件的阻斷特性進(jìn)行了比較，四種器件分別為：a場氧K值逐級遞減、b場氧K值逐級遞增、c場氧K值高低起伏、d場氧K值不變的傳統(tǒng)器件。介電常數(shù)K值的變化范圍為(0-300)ε0。

可以看出，其中逐級遞增的變K模式效果最佳。

當(dāng)然，本發(fā)明中的超結(jié)LDMOS也可以為P型溝道的LDMOS，其結(jié)構(gòu)與N溝道LDMOS等同，并且變K介質(zhì)層也同樣適用于LIGBT等一系列橫向功率器件，在此不再贅述。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。