[发明专利]一种具有结型场板的SOI功率LDMOS器件

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体器件领域，涉及SOI（Silicon On Insulator，绝缘层上的半导体）横向功率器件，具体涉及一种具有新型终端结构的高压低阻SOI横向功率MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）器件。

背景技术

与体硅结构的功率半导体器件相比，SOI结构的功率半导体器件具有寄生效应小、泄漏电流小、集成度高、抗辐照能力强以及无可控硅自锁效应等优点。相比于VDMOS(Vertical Double-diffused MOSFET)器件，LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)器件具有更高的开关速度、相对低的导通电阻以及便于集成等特点。因此，SOI功率LDMOS器件在功率集成电路、尤其在低功耗集成电路和射频电路中应用十分广泛。

功率LDMOS的关键是实现高压和低导通电阻。MOSFET随器件耐压提高，需要漂移区长度增加、且漂移区浓度降低。这不仅使器件（或电路）的芯片面积增加、成本增大；更为严重的是，器件的比导通电阻R_on,sp与耐压BV的关系式可以表达为：R_on,sp∝BV^2.5。导通电阻的增大导致功耗急剧增加，且器件开关速度也随之降低。

为了提高器件耐压，并缓解耐压和导通电阻的矛盾关系，业内研究者进行了许多研究。其中场板结构就是提高器件耐压，并缓解耐压和导通电阻的矛盾关系的常用技术，在LDMOS等中低压器件中，场板由于不占用有源层导电面积、制造工艺十分简单等优点，使其应用非常普遍。最早的场板结构为金属场板结构（如图1所示），金属场板边缘处电场强度较大，击穿易发生在表面处；同时，金属场板对介质层有较高的要求。针对金属场板会在场板末端产生高电场这一缺点，文献（陈星弼.【p-n+结有场板时表面电场分布的简单表示式】电子学报,1986,14(1):36-43）提出了一种斜坡场板结构（如图2所示）。斜坡场板的提出有效改善了常规金属场板的不足；然而要获得斜坡型的场板结构，其工艺难度较大。为此，文献（张波.【提高器件耐压的非均匀氧化层场板技术】半导体技术,1988,No.4:19-22）提出采用阶梯型场板（如图3所示）来代替斜坡场板。器件耐压越大，场板阶梯数也越多，这使工艺版次大大增加。

文献(Clark L.E,Zoroglu D.S【Enhancement of breakdown properties of overlay annular diodes by field shaping resistive films】Solid-State Electron,1972,653-657)提出了半绝缘多晶硅的阻性场板（如图4所示）。这种电阻场板覆盖于场氧化层之上，场板的两端分别与主结和沟道截止环相连。半绝缘多晶硅的阻性场板的优点是有效地消除了普通金属场板末端的高电场，使得沿漂移区表面的电场强度分布变得较为平坦，器件的击穿电压大幅提高；然而电阻场板存在较大的泄漏电流的缺点。文献(B.J.Baliga,B.Tech,et.al.【High-voltage device termination techniques a comparative review】IEE.Proc,1982,129(5):173-179)对这些终端技术作出了综述比较，进一步凸显各种终端技术的优缺点。

专利(US6936907B2,2005.8.30,【Lateral high-voltage semiconductor devices with surface covered by thin film of dielectric material with high permittivity】)提出了一种利用高K介质（指介电常数大于3.9的绝缘介质材料）作为场板介质层的技术（如图5所示）。由于高K介质大的介电常数，使得场板金属、高K场介质以及有源层半导体所形成的MIS结构电容较大，场板对漂移区的辅助耗尽作用较强，从而有利于提高器件漂移区的掺杂浓度。

发明内容