[发明专利]LDMOS晶体管及相关系统和方法

说明书

一种横向双扩散金属氧化物半导体场效应(LDMOS)晶体管包括硅半导体结构；第一栅极结构和第二栅极结构和沟槽电介质层。第一栅极结构和第二栅极结构设置在硅半导体结构上并且在横向方向上彼此分离。沟槽电介质层设置在硅半导体结构中的沟槽中，并且在正交于横向方向的厚度方向上至少部分地在第一栅极结构和第二栅极结构中的每一个下方延伸。

本申请为分案申请，其原申请是于2017年5月23日向中国专利局提交的专利申请，申请号为201710367154.8，发明名称为“LDMOS晶体管及相关系统和方法”。

相关申请

本申请要求享有于2016年5月24日提交的美国临时专利申请序列号62/340742的优先权权益，其通过引用并入本文。

背景技术

金属氧化物半导体场效应晶体管(通常称为MOSFET)被广泛用在诸如用于开关或放大的电子器件中。MOSFET能够实现快速的开关速度，这使得它们非常适用于高频应用。另外，由于MOSFET是电压控制而不是电流控制的器件，所以MOSFET的控制相对来说比较简单。

通常称为LDMOS晶体管的横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管是主要在横向方向上在晶体管的半导体材料内阻挡漏极-源极电压的一类MOSFET。LDMOS晶体管常常与集成电路中的其他电路组合，特别在功率应用或射频应用中。

图1是包括硅半导体结构102、源电极104、栅极结构106和漏电极108的常规n沟道LDMOS晶体管100的截面图。源电极104堆叠在LDMOS晶体管100的源极区域112中的硅半导体结构102的顶面110上，漏电极108堆叠在LDMOS晶体管100的漏极区域114中的顶面110上。栅极结构106包括堆叠在LDMOS晶体管100的栅极区域120中的栅电极116、多晶硅层117和二氧化硅层118。硅半导体结构102包括p型衬底122、n阱124、p主体126、源极p+区域128、源极n+区域130和漏极n+区域132。N阱124形成在p型衬底122上，p主体126形成在源电极104下方的n阱124中。漏极n+区域132形成在n阱124中并且接触漏电极108。源极p+区128和源极n+区域130中的每一个形成在p主体126中并且与源电极104接触。源极n+区域130和漏极n+区域132中的每一个比n阱124更重掺杂，源极p+区域128比p主体126更重掺杂。

当跨漏电极108和源电极104施加正电压V_DS时，在n阱124和p主体126的界面处的p-n结被反向偏置。因此，默认情况下基本上没有电流从漏电极108流到源电极104。漏极n+区132和n阱124的相对掺杂浓度导致n阱124的称为漂移区134的部分承载大部分电压V_DS，从而使得LDMOS晶体管100能够支持相对较大的V_DS值，而不会发生击穿。

施加在栅电极116和源电极104之间的正电压V_GS在二氧化硅层118下的硅半导体结构102中产生负电荷，导致在p主体126的区域136中形成少数载流子通道(channel)。该通道具有过量的电子，因此将传导电流。因此，当V_GS超过阈值且V_DS为正值时，电流将在横向138方向上通过硅半导体结构102从漏极n+区域132流向源极n+区域130。然而，由于n阱124中的相对较轻的n型掺杂浓度，电流可能会在漂移区134中遇到相当大的电阻。

发明内容

(A1)一种横向双扩散金属氧化物半导体场效应(LDMOS)晶体管可以包括硅半导体结构、第一和第二栅极结构以及沟槽电介质层。第一和第二栅极结构可以设置在硅半导体结构上并且在横向方向上彼此分离。沟槽电介质层可以设置在硅半导体结构中的沟槽中，并且在正交于横向方向的厚度方向上至少部分地在第一和第二栅极结构的每一个下方延伸。