[发明专利]一种具有横纵向电场同时优化宽带隙半导体横向超结双扩散晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种横向超结双扩散晶体管。

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。然而，由于Si与GaAs为代表的前两代半导体材料的局限性，第三代宽禁带半导体材料因为其优异的性能得到了飞速发展。宽禁带半导体材料由于具有禁带宽度大，电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点，其本身具有的优越性质及其在功率器件领域应用中潜在的巨大前景，非常适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的半导体器件。因此，宽禁带功率半导体器件的性能相比前两代半导体器件是有明显提升的。

实现功率集成电路PIC(power integrated circuit)最关键的技术之一是要求LDMOS(lateral double-diffused MOSFET)必须具有低的导通电阻以减小PIC集成电路的功率损耗，而MOS类器件关态击穿电压与开态导通电阻之间的2.5次方关系限制了MOS类器件高功率的应用范围，super junction结构将这种矛盾关系缓解为1.33次方，所以将super junction技术应用于LDMOS形成SJ-LDMOS是实现超低功率损耗PIC的有效途径。但是应用于LDMOS的super junction存在三个问题：1)N沟道LDMOS具有的P型衬底辅助耗尽了super junction的N型区，带来了衬底辅助耗尽SAD(substrate-assisted depletion)问题；2)传统SJ-LDMOS只是在super junction的N区与P区之间形成电场调制，而在表面没有电场调制；3)消除衬底辅助耗尽的SJ-LDMOS虽然能使漂移区完全耗尽，但由于受纵向电场的影响，表面电场分布不均匀。另外，随着器件漂移区长度的增加，SJ-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，这就是横向超结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。

另外，中国专利申请CN201611248826.5《一种横向双扩散金属氧化物半导体场效应管》提出：在LDMOS漏端下设置衬底辅助耗尽层，该埋层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，从而突破由于纵向耐压受限而带来的电压饱和现象，同时该埋层还利用电场调制效应对表面横向电场和体内纵向电场进行调制，在保证器件低导通电阻的条件下，提高器件的击穿电压。例如，针对薄漂移区(2μm)LDMOS，当漂移区长度为70μm时，利用40μm长度的N型矩形掺杂纵向辅助耗尽层可以将器件的击穿电压提高到900V，利用40μm长N/P相间掺杂矩形纵向辅助耗尽层可将器件击穿电压提高到1100V。

以上两种方案实际上更多是针对器件的纵向电场进行优化，而对横向电场的优化效果非常有限。

发明内容

本发明提出一种具有横纵向电场同时优化宽带隙半导体横向超结双扩散晶体管，突破了由于纵向耐压受限而带来的击穿电压饱和现象，特别是能够同时提升横向耐压和纵向耐压，大幅度提高了器件的击穿电压。

本发明的技术方案如下：

该横向超结双扩散晶体管(SJ-LDMOS)，包括：

半导体材料的衬底；

在衬底表面形成的基区；

在衬底表面注入N柱和P柱相间排列形成的超结(Super Junction)漂移区，与所述基区邻接；

在所述基区表面形成的源区；

在所述超结漂移区表面形成的漏区；

有别于现有技术的是：

所述衬底的材料是宽带隙半导体材料；

漏端的超结漂移区下方接有纵向辅助耗尽衬底埋层，所述纵向辅助耗尽衬底埋层由N型和/或P型掺杂宽带隙半导体材料构成，或者采用介质材料；

超结漂移区下方、邻接所述辅助耗尽衬底埋层设置有具有部分电荷补偿衬底埋层，所述具有部分电荷补偿衬底埋层由N型和/或P型掺杂半导体材料构成，也可以采用介质材料；