[发明专利]一种具有阶梯N型重掺杂埋层的半超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管

说明书

本发明提出了一种具有阶梯N型重掺杂埋层的半超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。该器件在P型外延层上部中间区域形成N型漂移辅助区，其左端与P型基区邻接，右端与半超结区邻接；P型外延层内部设置有阶梯N型重掺杂埋层；较薄的N型重掺杂埋层上端与半超结区的距离W满足使较薄的N型重掺杂埋层上方的P型外延层完全耗尽；阶梯N型重掺杂埋层的阶梯高度h与重掺杂浓度相适配。本发明在解决衬底辅助耗尽效应的同时，通过调节漏源两端的电场分布，进一步优化了击穿电压与比导通电阻之间的矛盾关系，实现了高的击穿电压和低的比导通电阻。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，特别是涉及一种半超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。

背景技术

横向功率半导体器件LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)是高压集成电路HVIC(High Voltage Integrated Circuit)和功率集成电路PIC(Power IntegratedCircuit)的关键技术。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。因其具有击穿电压高，导通电阻低，且易于与低压器件集成等优点，已经被广泛应用于功率集成电路与功率集成系统中。

超结(super junction)结构是交替排列的N型柱区和P型柱区，如果用超结结构来取代LDMOS的漂移区，就形成了超结LDMOS，简称SJ-LDMOS。理论上，超结结构通过N型柱区和P型柱区之间的电荷平衡能够得到高的击穿电压，而通过重掺杂的N型柱区和P型柱区可以获得很低的导通电阻，因此，超结器件可以在击穿电压和导通电阻两个关键参数之间取得一个很好的折衷。

但是对于SJ-LDMOS，由于衬底辅助耗尽N型柱区(或P型柱区)，使得器件击穿时，P型柱区(或N型柱区)不能完全耗尽，打破了N型柱区和P型柱区之间的电荷平衡，降低了SJ-LDMOS器件的横向击穿电压。

半超结，即超级结区占漂移区的一半或部分，相对于普通超级结而言，增加一个电场峰，从而提高击穿电压，工艺难度较低，且能一定程度上缓解普通超结的衬底辅助效应。

不断优化击穿电压与比导通电阻，实现更高的击穿电压和更低的比导通电阻，始终是本领域技术研发工作的主要内容。

发明内容

本发明提出一种具有阶梯N型重掺杂埋层的半超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，旨在进一步优化击穿电压与比导通电阻，实现更高的击穿电压和更低的比导通电阻。

本发明方案如下：

该具有阶梯N型重掺杂埋层的半超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：

P型衬底；

位于P型衬底表面的P型外延层；

在P型外延层上部左端形成的P型基区，P型基区部分表面形成N型源区；

在P型外延层上部右端形成的半超结区，包括横向周期间隔设置的N型柱区和P型柱区；半超结区部分表面形成N型漏区；

有别于现有技术的是：

在P型外延层上部中间区域形成N型漂移辅助区，其左端与P型基区邻接，右端与半超结区邻接；

所述P型外延层内部设置有阶梯N型重掺杂埋层；其中靠近源端的区域为较厚的N型重掺杂埋层，纵向对应于基区；靠近漏区的区域为较薄的N型重掺杂埋层，纵向对应于N型漂移辅助区和半超结区；

较薄的N型重掺杂埋层上端与半超结区的距离W满足使较薄的N型重掺杂埋层上方的P型外延层完全耗尽；