[发明专利]一种具有多环电场调制衬底的元素半导体横向双扩散晶体管

说明书

本发明公开一种具有多环电场调制衬底的元素半导体横向双扩散晶体管。该结构中漂移区下方的衬底为电荷补偿多环结构。衬底多环电荷补偿可以扩展横向双扩散金属氧化物半导体场效应管的纵向空间电荷区，同时该多环结构还能在表面横向电场和体内纵向电场分布中均引入新的电场峰，利用电场调制效应对表面横向电场和体内纵向电场同时进行调制，使得表面横向电场和体内纵向电场同时优化。该结构不仅突破了横向双扩散晶体管由于纵向耐压受限而带来的击穿电压饱和问题，还能达到同时优化表面横向电场和体内纵向电场的作用，可以大幅度提高器件的击穿电压。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。

背景技术

横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Lateral Double-diffused MOSFET，简称LDMOS)具有易集成，热稳定性好，较好的频率稳定性，低功耗，多子导电，功率驱动小，开关速度高等优点是智能功率电路和高压器件的核心。由于便携式电源管理和汽车电子产品的市场需求日益增长，在全球范围内受到越来越多的关注。其主要特征在于基区和漏区之间加入一段相对较长的轻掺杂漂移区，该漂移区的掺杂类型与漏区一致。通过加入漂移区，可以起到分担击穿电压的作用，提高了LDMOS的击穿电压，使其达到低的导通电阻优化目标，使其传导损失最小化。

为了使得LDMOS器件具有较高的击穿电压和较低的比导通电阻，在器件设计过程中，需要满足弱化表面电场(Reduced Surface Field，简称RESURF)技术的条件使得器件的击穿点从表面转移到体内。然而随着器件漂移区长度的增加，LDMOS器件的击穿电压主要受限于体内纵向耐压能力，即其击穿电压随着漂移区长度的增加逐渐趋于饱和，这就是横向功率器件的电压饱和效应。

为了打破击穿电压饱和效应，早期提出的具有REBULF结构的LDMOS，通过在体内埋入一层N+-Floating层，使横向高压器件的电场重新分配，突破了传统上漏端为高电场而源端为低电场的电场分布形式，N+-Floating层的等电势作用使漏端高电场区的高电场降低，在硅达到其临界击穿电场时击穿电压提高，器件的衬底承担了几乎全部的纵向耐压。

发明内容

本发明提出了一种具有多环电场调制衬底的元素半导体横向双扩散晶体管，不仅突破了横向双扩散晶体管由于纵向耐压受限而带来的击穿电压饱和问题，还能达到同时优化表面横向电场和体内纵向电场的作用，大幅度提高器件的击穿电压。

本发明的技术方案如下：

该具有多环电场调制衬底的元素半导体横向双扩散晶体管，包括：

半导体材料的衬底；

位于衬底表面的基区和漂移区；

位于基区表面的源区；

位于漂移区表面的漏区；

其特殊之处在于：

所述衬底为元素半导体材料；漂移区下方邻接的衬底区域设置为多环电场调制结构；所述多环电场调制结构与漂移区的宽度(OA方向)相当，是以靠近漏区的一端为中心，向靠近基区的一端扩展形成多环；

所述多环电场调制结构的每个环分别采用N型或P型掺杂元素半导体材料，或者采用介质材料；相应的，相邻的环以不同材料、不同掺杂类型、不同掺杂浓度之任一或任意组合的方式来区分。

例如以下三类具体形式：

1、多环电场调制结构完全采用元素半导体材料

每个环分别由N型或P型掺杂元素半导体材料构成；其中相邻的环的掺杂类型和/或掺杂浓度不同，即(1)掺杂类型不同，掺杂浓度相同；(2)虽然掺杂类型相同但掺杂浓度不同；(3)掺杂类型不同，掺杂浓度也不同；

2、多环电场调制结构完全采用介质材料，相邻的环的介质材料不同。