一種具有埋氧場板的soi ldmos器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有埋氧場板的SOI LDMOS器件，涉及一種半導(dǎo)體功率器件，包括P型襯底、埋氧層、埋氧場板、頂層硅、橫向多晶硅柵、源電極、漏電極、金屬電極及柵氧化層；本發(fā)明的SOI LDMOS器件，具有源、漏埋氧場板，漏埋氧場板的引入屏蔽了漏區(qū)N+區(qū)域下的漂移區(qū)，使得器件的縱向電壓由漏埋氧場板下的埋氧層承擔(dān)。源埋氧場板的引入增強了器件的體耗盡并調(diào)制了器件的橫向電場分布，從而提高了器件的擊穿電壓并降低了導(dǎo)通電阻。另外，由于埋氧場板取代了一部分埋氧層且多晶硅的熱導(dǎo)率大于二氧化硅，所以本申請可以有效的改善器件的自加熱效應(yīng)。
【專利說明】
一種具有埋氧場板的SO I LDMOS器件
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件，特別涉及一種具有埋氧場板的SOI LDMOS器件。
【背景技術(shù)】
SOKSilicon On Insulator)技術(shù)由于具有低漏電、低寄生電容、低功耗、高可靠性、便于隔離等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于各種智能功率集成電路(Smart Power IntegratedCircuit，SPIC)和高壓集成電路(High Voltage Integrated Circuit，HVIC)中，并被稱之為“21世紀(jì)硅集成技術(shù)”。
SOI LDM0S(Laterally Double-Diffused M0SFET)器件由于其優(yōu)秀的電學(xué)性能已被廣泛的應(yīng)用汽車電子、航空航天等領(lǐng)域。并且，SOI LDMOS器件作為SPIC和HVIC中的核心高壓功率器件，通常需要工作在高壓、大電流的狀態(tài)。但LDMOS器件的比導(dǎo)通電阻(Specific On-resistance，Rcjn,sp)與擊穿電壓(Breakdown Voltage，BV)之間存在著嚴(yán)重的矛盾關(guān)系，即比導(dǎo)通電阻與擊穿電壓的2.5次方成正比。隨著擊穿電壓的提高，器件的導(dǎo)通電阻會大幅增加，進而導(dǎo)致器件功耗的增大。為了改善器件擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系，RESURF(Reduce Surface Field)原理和各種終端技術(shù)相繼提出。超結(jié)技術(shù)(Super Junct1n,SJ)就是其中的一種，雖然SJ技術(shù)可以有效的改善SOI LDMOS器件擊穿電壓與導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系，但由于襯底輔助效應(yīng)(Substrate Assisted Deplet1n Effect，SAD)的存在，使得SJ器件結(jié)構(gòu)不能最大程度地實現(xiàn)RESURF效果，進而導(dǎo)致無法實現(xiàn)最優(yōu)的擊穿電壓特性。另外，高摻雜的P柱/N柱經(jīng)過長時間的高溫退火，會使得雜質(zhì)的分布不均勻，導(dǎo)致器件的性能并不如設(shè)計的那般理想，并且工藝較為復(fù)雜。以上原因限制了 SJ技術(shù)在橫向功率半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。
SOI器件與傳統(tǒng)的體硅器件相比，在漂移區(qū)與襯底中間引入了一個厚的埋氧層，形成了類似于“三明治”的結(jié)構(gòu)。埋氧層的熱傳導(dǎo)率遠遠的小于硅襯底，二氧化硅的熱導(dǎo)率是1.4W/m.K，硅的熱導(dǎo)率是140W/m.K，硅熱傳導(dǎo)率是二氧化硅熱傳導(dǎo)率的100倍，這時埋氧層就相當(dāng)于一個熱阻擋層，阻礙了熱量從有源區(qū)向襯底的釋放，從而使得器件的溫度顯著上升。自加熱效應(yīng)會對器件帶來一系列不利的影響，例如:載流子的負(fù)微分迀移率以及飽和輸出電流的下降，這嚴(yán)重限制了SOI器件在高溫大功率領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

本申請所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有埋氧場板的SOI LDMOS器件(SOI LDMOSWith Buried Field Plate，簡稱BFP-LDM0S)。本發(fā)明一方面可以有效改善器件擊穿電壓與導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系，另一方面又能夠有效緩解SOI LDMOS器件的自加熱效應(yīng)，從而提高器件的性能。
一種具有埋氧場板的SOI LDMOS器件，包括P型襯底、埋氧層、溝道區(qū)、漂移區(qū)、源極P+區(qū)域、源極N+區(qū)域、漏極N+區(qū)域、源極、漏極、柵極和柵氧化層；其特征在于:還包括源埋氧場板、漏埋氧場板、第一連接金屬、第二連接金屬;埋氧層內(nèi)設(shè)有源埋氧場板和漏埋氧場板;漏極通過第一連接金屬與漏埋氧場板連接，源極通過第二連接金屬與源埋氧場板。
所述的源埋氧場板、漏埋氧場板由多晶硅材料構(gòu)成。
所述第一連接金屬和第二連接金屬由金屬鋁構(gòu)成。
所述源區(qū)包括重?fù)诫s的N型區(qū)域和重?fù)诫s的P型區(qū)域。
所述溝道區(qū)的摻雜類型為P型，所述漂移區(qū)及漏區(qū)摻雜類型為N型。
所述源極N+區(qū)域和漏極N+區(qū)域的摻雜濃度大于I X 119Cnf3，并源極N+區(qū)域與源極形成歐姆接觸，漏極N+區(qū)域與漏極形成歐姆接觸。
如上所述，本發(fā)明提供一種具有埋氧場板的SOI LDMOS器件，至少包括P型襯底、埋氧層、埋氧場板、頂層硅、橫向多晶硅柵、源電極、漏電極、連接金屬及柵氧化層;有源區(qū)，形成于上述頂層硅中，包括依次相連的源區(qū)、溝道區(qū)、漂移區(qū)及漏區(qū)。所述埋氧場板由多晶硅材料構(gòu)成，且連接金屬分別與源、漏電極相連。
本發(fā)明的具有埋氧場板的SOI LDMOS器件可以有效的改善器件擊穿電壓與導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系;而且，由于多晶硅埋氧場板取代了一部分埋氧層，所以本發(fā)明還可以有效的改善SOI LDMOS器件的自加熱效應(yīng)。
【附圖說明】
圖1為傳統(tǒng)的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的具有埋氧場板的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為傳統(tǒng)的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)、具有埋氧場板的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)擊穿特性的仿真對比圖；
圖4為傳統(tǒng)的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)、具有埋氧場板的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)表面電場分布對比圖；
圖5為傳統(tǒng)的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)、具有埋氧場板的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)自加熱效應(yīng)的仿真對比圖。
【具體實施方式】
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體闡述。如圖1所示，為現(xiàn)有的SOI LDMOS器件，如圖2所示，一種具有埋氧場板的SOI LDMOS器件，包括P型襯底1、埋氧層2、溝道區(qū)5、漂移區(qū)6、源極P+區(qū)域7、源極N+區(qū)域8、漏極N+區(qū)域9、源極12、漏極13、柵極15和柵氧化層14;其特征在于:還包括源埋氧場板3、漏埋氧場板4、第一連接金屬10、第二連接金屬11;埋氧層2內(nèi)設(shè)有源埋氧場板3和漏埋氧場板4;漏極13通過第一連接金屬10與漏埋氧場板4連接，源極12通過第二連接金屬11與源埋氧場板3。
所述的源埋氧場板3、漏埋氧場板4由多晶硅材料構(gòu)成。
所述第一連接金屬10和第二連接金屬11由金屬招構(gòu)成。
所述源區(qū)包括重?fù)诫s的N型區(qū)域和重?fù)诫s的P型區(qū)域。
所述溝道區(qū)的摻雜類型為P型，所述漂移區(qū)及漏區(qū)摻雜類型為N型。
所述源極N+區(qū)域8和漏極N+區(qū)域9的摻雜濃度大于I X 119Cnf3，并源極N+區(qū)域8與源極12形成歐姆接觸，漏極N+區(qū)域9與漏極13形成歐姆接觸。
圖3給出了 BFP-LDM0S和C-LDMOS兩種結(jié)構(gòu)擊穿特性的比較。由于漏端N+/N結(jié)的曲率效應(yīng)，擊穿通常發(fā)生在漏端N+區(qū)域的拐角處。從圖中可得，傳統(tǒng)SOI LDMOS器件的擊穿電壓為128V，BFP-LDM0S器件的擊穿電壓為182V，提升了 42.2 %。漏埋氧場板的引入使得器件的擊穿電壓不再受縱向耐壓的限制，縱向上的耐壓由漏埋氧場板下的介質(zhì)層承擔(dān)。
圖4顯示了兩種器件結(jié)構(gòu)沿器件表面(y = 0.0Uim)的電場分布情況。從圖中可以看出，BFP-LDM0S相比于C-LDMOS有兩個新的電場峰值C ’和D ’，這兩個電場峰值分別是由源埋氧場板和漏埋氧場板引入。除此之外，BFP-LDM0S源端和漏端的電場相比于C-LDMOS有了明顯的下降，源端的電場從35ν/μπι下降到27ν/μπι，漏端電場從43ν/μπι下降到15ν/μπι，從而使得BFP-LDMOS的表面電場分布更加的平坦，這將顯著的提高器件的擊穿電壓。
[0024]圖5給出了 BFP-LDM0S和C-LDMOS兩種器件在柵壓Vgs = 1V,功耗P= lmW/μπι時，晶格溫度沿器件表面(y = 0.0U?ii)的分布圖。在仿真中設(shè)定襯底溫度為室溫300Κ，從圖中可以看出C-LDMOS器件的最高晶格溫度為390.5K，BFP_LDM0S器件的最高晶格溫度為356.7K，二者的最高晶格溫度均出現(xiàn)在溝道區(qū)與漂移區(qū)的交界處。兩種器件的最高晶格溫度相差33.8K，這說明埋氧場板的引入可以有效的降低器件的最高晶格溫度。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因主要是由于埋氧場板取代了一部分埋氧層，二氧化硅的熱導(dǎo)率是1.4W/m.K，多晶硅的熱導(dǎo)率是34.3W/m.K，增強了器件的散熱能力，進而有效的緩解了BFP-LDM0S器件的自加熱效應(yīng)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1.一種具有埋氧場板的SOILDMOS器件，包括P型襯底(1)、埋氧層(2)、溝道區(qū)(5)、漂移區(qū)(6)、源極P+區(qū)域(7)、源極N+區(qū)域(8)、漏極N+區(qū)域(9)、源極(12)、漏極(13)、柵極(15)和柵氧化層(14);其特征在于:還包括源埋氧場板(3)、漏埋氧場板(4)、第一連接金屬(10)、第二連接金屬(11);埋氧層(2)內(nèi)設(shè)有源埋氧場板(3)和漏埋氧場板(4);漏極(13)通過第一連接金屬(10)與漏埋氧場板(4)連接，源極(12)通過第二連接金屬(11)與源埋氧場板(3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1一種具有埋氧場板的SOILDMOS器件，其特征在于:所述的源埋氧場板(3)、漏埋氧場板(4)由多晶硅材料構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1一種具有埋氧場板的SOILDMOS器件，其特征在于:所述第一連接金屬(10)和第二連接金屬(11)由金屬鋁構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求1一種具有埋氧場板的SOILDMOS器件，其特征在于:所述源區(qū)包括重?fù)诫s的N型區(qū)域和重?fù)诫s的P型區(qū)域。5.根據(jù)權(quán)利要求1具有埋氧場板的SOILDMOS器件，其特征在于:所述溝道區(qū)的摻雜類型為P型，所述漂移區(qū)及漏區(qū)摻雜類型為N型。6.根據(jù)權(quán)利要求1具有埋氧場板的SOILDMOS器件，其特征在于:所述源極N+區(qū)域(8)和漏極N+區(qū)域(9)的摻雜濃度大于I X 1019cm—3，并源極N+區(qū)域(8)與源極(12)形成歐姆接觸，漏極N+區(qū)域(9)與漏極(13)形成歐姆接觸。
【文檔編號】H01L29/40GK105932062SQ201610338199
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】王穎, 王祎帆, 于成浩, 曹菲
【申請人】杭州電子科技大學(xué)