[发明专利]一种横向SOI功率LDMOS器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及横向功率半导体器件，尤其是横向SOI功率LDMOS(Lateral Double-diffusion Metal Oxide Semiconductor field effect transistor，横向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管)器件。

背景技术

功率MOSFET(metal oxide semiconductor Field-Effect Transistor)是多子导电型器件，属于场控功率器件，具有输入阻抗高、速度快、易驱动、频率高、导通电阻低、正温度系数、安全工作区宽及可并联使用等诸多优点。对常规MOSFET而言，高耐压需要较长的漂移区长度和较低的漂移区掺杂浓度。然而，随着漂移区长度的增加，电流流通路径增长，导致漂移区的电阻将以超线性关系升高，器件导通电阻(R_on)增加，开态功耗增加，器件比导通电阻正比于击穿电压的2.5次方。与纵向器件相比，横向MOSFET轻掺杂漂移区的增长，导致芯片面积等比例增加，器件的比导通电阻增加。因此，硅极限问题(R_on,sp∝BV^2.5)严重制约着横向器件的发展。

为了缓解比导通电阻和击穿电压的矛盾关系，业内研究者进行了大量研究。RESURF(Reduced Surface Field，降低表面电场)技术是改善横向器件击穿电压与比导通电阻矛盾的常用技术，该技术通过二维耗尽，降低器件表面电场峰值而避免提前击穿，同时能提高漂移区浓度而降低导通电阻。但double/triple RESURF中p-top/p-buried层需要占用部分电流流经面积而不利于导通电阻的进一步降低。

超结(Super junction)的提出打破了传统功率MOS器件的硅极限，提高了器件的耐压，降低了导通电阻。超结理论提出，在纵向功率器件中采用交替的P柱区和N柱区结构作为漂移区，N柱区和P柱区相互完全耗尽。N柱区中的电离施主正电荷发出的电力线大部分被P柱区的电离受主负电荷终止，整个耐压层类似一个本征耐压层，能承受更高的耐压。因此，N柱区中的掺杂浓度可以得到提高，导通电阻大大降低，改变比导通电阻与耐压的2.5次方关系。1998 F.Udrea等提出一种三维RESURF结构【A new class of lateral power devices for HVIC’s based on the 3D RESURF concept，IEEE,BCTM】，该结构将纵向超结中的N柱区和P柱区横向交替排列，构成横向超结。理论上，N柱区和P柱区之间电荷相互补偿，能获得较高的耐压，但横向超结由于P型衬底对N柱区也存在相互耗尽作用，导致N柱区和P柱区不能完全耗尽，电荷平衡性被打破，耐压降低，这就是衬底辅助耗尽效应。

场板技术是应用较广泛的结终端技术之一，在横向器件中，场板能优化器件表面电场，提高耐压，缓解击穿电压与比导通电阻的矛盾关系。中国专利(201310202668.X，2013.05.28【一种具有结型场板的功率LDMOS器件】)提出一种具有结型场板的LDMOS，该结构在常规LDMOS的衬底中形成与衬底掺杂类型相反的埋层，在漂移区表面形成由PN结构成的结型场板。结型场板中的PN结电场能调制器件表面电场，使表面电场分布更均匀，提高器件的击穿特性。同时，反向阻断时，结型场板对漂移区辅助耗尽，提高漂移区掺杂浓度，降低漂移区电阻，但该器件的导通电阻仍取决于漂移区掺杂浓度。

以上提及的RESURF、超结和场板技术均通过提高漂移区掺杂浓度来降低导通电阻，因此比导通电阻强烈依赖于漂移区掺杂浓度，但器件获得高耐压需较低的漂移区浓度，导致击穿电压与比导通电阻的矛盾关系。

发明内容

针对击穿电压与比导通电阻的矛盾关系，本发明提供一种横向SOI功率LDMOS器件，该横向SOI功率LDMOS器件具有槽型辅助积累结构。正向导通状态下，槽型辅助积累结构在漂移区中形成电荷积累层，构成电流低阻通道，显著降低器件比导通电阻。由于开态电流大部分流经电荷积累层，而电荷积累层主要由外加栅压和槽型辅助积累结构的隔离介质决定。因此本发明的比导通电阻几乎不受漂移区掺杂浓度影响，打破了常规功率器件比导通电阻依赖漂移区掺杂浓度的定律，有效缓解了器件的比导通电阻R_on,sp与耐压BV之间2.5次方的矛盾。

本发明技术方案如下：