[发明专利]改善热载流子注入的功率半导体器件

说明书

本发明提供改善热载流子注入的功率半导体器件，在介质槽中在漏极一侧引入漏极场板，与漏电极相连，具有同电位，改善了介质槽漏极侧空穴注入效应；在介质槽内源极一侧引入屏蔽栅场板，与源电极或地相连，构成屏蔽栅，在降低栅漏寄生电容C_gd的同时，改善了介质槽源极一侧的电子注入效应；通过深槽刻蚀的方法使载流子在路径上避开介质槽侧壁也能改善热载流子注入。本发明针对具有介质槽的功率半导体器件，提供具有长期可靠性、有低导通电阻、开关速度快的功率半导体器件结构。

技术领域

本发明属于功率半导体领域，更具体地，涉及改善热载流子注入的功率半导体器件。

技术背景

功率半导体在功率集成电路中应用广泛，尤其是DC-DC、AC-DC等驱动电路，其中，功率LDMOS(Laterally-Diffused Metal-Oxide Semiconductor)器件由于其易集成的特点备受关注。LDMOS的发展历程中，许多创新技术的目的都在于改进LDMOS的优值FOM＝BV²/R_on-sp(FOM，Figure Of Merit)，BV和R_on-sp折中关系的改进有许多手段：超级结(SJ，SuperJunction)，降低表面场技术(RESURF，REduce SURface Field)，硅局部氧化隔离(LOCOS，Local Oxidation of Silicon)，浅槽隔离(STI，Shallow Trench Isolation)，绝缘体上硅(SOI，Silicon On Insulator)等，LDMOS的结构种类各具特点。其中，使用介质槽的LDMOS由于其具有折叠漂移区，减小元胞尺寸的，易集成的特点，受到广泛关注。

热载流子注入效应，是指器件内部，在高电场的作用下，载流子获得的能量，其有效温度高于平衡时晶格温度的载流子，这些载流子的运动轨迹会发生改变，沿垂直于介质(如氧化层)表面的方向，注入介质中，例如被氧化层中的陷阱电荷所俘获，被俘获的电荷会存在于介质层内，对半导体内正常载流子的运动产生影响，这种影响是不可逆的，使得器件的导通电阻下降、阈值电压漂移等问题，同时还可能引发衬底电流，栅极电流增大等问题，影响了电路的正常工作。

随着科技的进步，工艺尺寸越做越小，器件的沟道长度，漂移区长度，栅介质厚度的减小等，都使得器件内部的横向电场和纵向电场变的呈一定比例增大。在器件长期的使用操作下，当施加在功率LDMOS源漏两端的电压差变大时，碰撞电离系数在耗尽区积分为1，器件发生可逆击穿，该情况下会有大量的热载流子出现，热载流子注入效应显著，漂移区介质槽的存在，在拐角处会出现电场集中的现象，使得热载流子被激发，该情况带来热载流子注入介质槽的危害会影响器件的长期可靠性，使得器件性能进一步恶化。另一方面，当器件应用于需要高速开关、高电场、高磁场的环境下时，热载流子注入效应会更加突出。

如今LDMOS器件的发展向着具有低的导通电阻，高阻断电压，低栅漏电容C_gd的方向发展。为了得到低的栅漏电容C_gd，功率MOS最常见的方法主要包括降低栅漏区域的交叠面积，根据电容公示C＝ε*S/d可以知道，降低了交叠面积S，栅漏电容就会下降；还有一种常见的方法是引入屏蔽栅，屏蔽栅的电位结地，起到了法拉第罩的作用，屏蔽了栅漏之间的电势连接，也能够很大程度上的改进栅漏电容C_gd。以下对一些传统的带有介质槽的LDMOS结构缺点进行说明。

一种传统的带有介质槽的LDMOS结构如图1所示，LDMOS漂移区102中有介质槽107的存在，源漏之间的载流子路径被折叠，相对LOCOS而言，STI的器件导通电阻可以做的更小，但不可避免的是介质槽107的左右两侧，当施加在源漏两端的压差较大时，器件内部的电场强度升高达到一定值，尤其是介质槽107拐角处由电场线集中效应，使得电场强度更大，产生热载流子，在介质槽107左侧会有热电子的注入，在介质槽107的右侧会有热空穴的注入，这样的热载流子注入给器件的长期可靠性带来问题。