[发明专利]P型超结横向双扩散金属氧化物半导体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅制高压功率金属氧化物半导体器件，更准确的讲，涉及一种硅制高压P型超结横向双扩散金属氧化物半导体晶体管。

背景技术

目前，功率器件在日常生活、生产等领域的应用越来越广泛，特别是功率金属氧化物半导体场效应晶体管，由于它们拥有较快的开关速度、较小的驱动电流、较宽的安全工作区，因此受到了众多研究者们的青睐。功率集成电路中集成的功率器件主要有横向绝缘栅双极型晶体管和横向双扩散半导体金属氧化物晶体管。尽管横向绝缘栅双极型晶体管的电流驱动能力比较强，然而由于关断拖尾电流的存在使得应用横向绝缘栅双极型晶体管的功率集成电路速度提高受到限制，所以在较高频率的功率集成电路中横向双扩散半导体金属氧化物晶体管还是相对较好的选择。如今，功率器件正向着提高工作电压、增大工作电流、减小导通电阻和集成化的方向快速发展。在对横向双扩散半导体金属氧化物晶体管性能的优化过程中，提高器件的击穿电压与降低器件的导通电阻始终是一对矛盾的问题。因为器件的击穿电压提高依赖于掺杂浓度较低并且较长的漂移区，而导通电阻的降低要求漂移区掺杂浓度尽量高且长度尽量短。所以在实际设计过程中，往往采用二者的折衷来达到器件性能的最优化。然而超结理论在半导体功率器件的应用克服传统功率金属氧化物半导体场效应晶体管导通电阻与击穿电压之间的矛盾，改变了传统功率器件依靠漂移区耐压的结构，而是采用了一种“超结结构”——P型、N型硅半导体材料在漂移区相互交替排列的形式。这种结构改善了击穿电压和导通电阻不易同时兼顾的情况，在截止态时，由于P型柱和N型柱中的耗尽区电场产生相互补偿效应，使P型柱和N型柱的掺杂浓度可以做得很高而不会引起器件击穿电压的下降。导通时，这种高浓度的掺杂使器件的导通电阻明显降低。然而，传统超结横向双扩散金属氧化物半导体管中存在有衬底辅助耗尽P型柱的问题，导致了N型柱和周围的P型柱在反向偏压时不能同时完全耗尽使得击穿电压低于理论值。本发明同样是针对这一问题而提出的改进型P型超结横向双扩散金属氧化物半导体管结构。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种有效的抑制衬底辅助耗尽效应的P型超结横向双扩散金属氧化物半导体管，该结构可以在不增加工艺制造复杂度和困难度的前提下，提高器件的耐压性能。

本发明采用如下技术方案：

一种P型超结横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括：N型衬底，在N型衬底上设有超结结构及N型体区，超结结构由P型外延层和镶嵌在P型外延层中的N型半导体区构成，在N型体区上方设有P型源区、N型体接触区及栅氧化层，在超结结构的上方设有P型漏区，在超结结构上方，且位于P型漏区以外的区域设有第一型场氧化层，在栅氧化层上方设有多晶硅栅且多晶硅栅自栅氧化层上方延伸至第一型场氧化层上方，在P型源区、N型体接触区、P型漏区、多晶硅栅和第一型场氧化层上方设有第二型场氧化层，P型源区、P型漏区、N型体接触区及多晶硅栅均接有穿通第二型场氧化层的源极金属引线、漏极金属引线和栅极金属引线，其特征在于，超结结构中的N型半导体区的深度沿从P型源区指向P型漏区的方向上线性变小。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)在传统P型超结横向双扩散金属氧化物半导体晶体管(参照图6)中，P型柱状半导体区11和N型柱状半导体区12杂质浓度和纵向深度是相等的。当在器件P型漏端14施加高压时，P型柱状半导体区11被N型柱状半导体区12和N型衬底1同时耗尽，而N型柱状半导体区12则仅仅被P型半导体区11耗尽。N型衬底1和P型柱状半导体区11之间的额外耗尽现象造成超结结构中N、P柱状半导体区之间的电荷不平衡，导致击穿电压急剧降低。本发明中的P型超结横向双扩散金属氧化物半导体晶体管采用了改进型的超结结构，即在超结结构中N型柱状半导体区12(参照图1)或者N型条状半导体区12(参照图4)深度小于P型外延层11的厚度，这样使得在N型柱状半导体区12或者N型条状半导体区12下方具有一定厚度的P型外延层11，以隔离衬底辅助耗尽效应对P型外延层11和N型柱状半导体区12或者N型条状半导体区12之间完全耗尽后电荷平衡的干扰现象，有助于提高器件的击穿电压。