[实用新型]一种SOI横向功率器件耐压结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体功率器件，特别涉及一种具有横向变掺杂层的SOI耐压

结构功率器件。

背景技术

SOI横向功率器件具有高速、低功耗、抗辐照等优点，在智能功率集成电路中得以广泛应用。但较低的纵向耐压，限制了其在高压功率集成电路领域的应用。

针对上述问题，本领域提供了诸多解决方案，其核心思路是基于下述物理学发现：硅厚度小于0.5微米时，硅的纵向临界击穿电场会随硅厚度减小而迅速增加。利用这一原理，超薄SOI器件结合漂移区线性变掺杂技术能大大提高器件静态耐压。此类解决方案的缺点在于靠近源端的漂移区掺杂浓度过低，导致比导通电阻过大，而且如果按动态耐压优化掺杂浓度，还会进一步增加比导通电阻。已有的工艺实现证明，这种改进方案在器件处于开态时，靠近源端的高阻会引起高温，使器件的性能、可靠性降低；并且整个工艺成本很高，难于加工生产。

针对上述问题，本领域还提出过另一类解决方案，是利用深耗尽效应提高动态耐压，从而改善SOI功率器件在开关状态下的可靠性。但此种技术方案在使用中显示对纵向耐压有明显提高，但对横向耐压没有提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种SOI横向功率器件耐压结构，通过在埋氧层与衬底之间引入阶梯或线性变掺杂层，显著改善了SOI横向功率器件的耐压，降低功率器件的比导通电阻、开关功耗和工作温度，实现了耐压与比导通电阻的良好平衡，适合于高压、高频智能功率集成电路等需要高可靠性的应用环境。

具体地说，本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种SOI横向功率器件耐压结构，包括衬底层、埋氧层、有源层，埋氧层设置于衬底层与有源层之间，在埋氧层和衬底层之间设有掺杂层，在埋氧层和衬底层之间设有掺杂层，掺杂层的浓度从源到漏逐渐减小(以下简称变掺杂层)。

通过使用浓度渐变的衬底变掺杂层。当SOI横向功率器件工作在开关状态下，衬底变掺杂层将对漂移区电场调制，使器件横向表面电场均匀分布。使得漂移区可采用高均匀掺杂，同时能获得耐压与比导通电阻的平衡。

其中，掺杂层的厚度为0.5-1um，浓度变化范围为2×10¹⁷-4×10¹⁴cm^-3之间，上述的参数可以根据需要调整。

本发明的耐压结构可以广泛适用于各种横向功率器件，例如基于SOI技术的IGBT、PiN二极管、LDMOS等，优选埋氧层为SiO₂介质，衬底层为P型衬底，掺杂层为P型衬底变掺杂层。

在本发明中，所用的有源层可以是各种有源半导体层，包括但不限于Si、SiC等半导体材料。

作为本发明的一种具体工艺实现，本发明的耐压结构，在有源层上还设有n⁺漏区、n⁺源区、p阱、n^-漂移区，n⁺漏区上方为漏电极，p阱和n^-漂移区上方为栅氧化层，栅氧化层上方为栅电极，n⁺源区上方为源电极，衬底变掺杂层自n⁺源区到n⁺漏区方向浓度依次降低。

上述的浓度变化方式并不受到特别限定。根据动态耐压需求，可将其处理为阶梯变掺杂或线性变掺杂。当对动态耐压要求较低时，阶梯掺杂分区数较少，工艺实现容易；当对动态耐压要求较高时，增加分区数目至其线性分布。通常的，如果漂移区长度不变，如50μm，分区数大于100可视为是线性变掺杂，此时器件能获得最高动态耐压。

附图说明

图1为本实用新型的SOI横向功率器件耐压结构剖面示意图。

具体实施方式

在如下实施中，申请人结合附图对本实用新型的具体实现进行了详细描述，如下所提供的实施仅为示意性的，并不对本实用新型构成特别限制。本领的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围基础上可以对本实用新型进行各种改动和变型，依旧属于本实用新型的保护范围。

参考图1，本实用新型的SOI横向功率器件耐压结构，包括衬底层1、埋氧层2、有源层3，埋氧层2位于衬底层1与有源层3之间，在埋氧层2与衬底层1之间具有浓度单向渐变的掺杂层4。

其中，埋氧层为SiO₂介质，衬底层为P型衬底，掺杂层为P型衬底变掺杂层。