本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橫向高壓器件。

背景技術(shù)：

橫向雙擴(kuò)散金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(lateraldouble-diffusedmetal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor，ldmosfet)作為功率集成電路(powerintegratedcircuit，pic)中的核心器件，具有易集成、驅(qū)動(dòng)功率小、負(fù)溫度系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，多年來一直朝著高擊穿電壓(breakdownvoltage，bv)和低比導(dǎo)通電阻(specificon-resistance，ron,sp)的方向發(fā)展。較高的擊穿電壓需要器件具有較長(zhǎng)的漂移區(qū)長(zhǎng)度和較低的漂移區(qū)摻雜濃度，這導(dǎo)致器件具有較高的導(dǎo)通電阻。擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻之間的這一矛盾關(guān)系，就是困擾業(yè)界的“硅極限”問題。

為了緩解這一矛盾，使器件同時(shí)具有高耐壓與低比導(dǎo)通電阻，研究者在ldmos橫向漂移區(qū)中引入了介質(zhì)槽。介質(zhì)槽可以承受大部分橫向耐壓的同時(shí)縮短器件橫向尺寸，大幅度降低芯片的面積。但是傳統(tǒng)的介質(zhì)槽ldmos其比導(dǎo)通電阻仍然較大，未能進(jìn)一步緩解耐壓與比導(dǎo)通電阻的矛盾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種橫向高壓器件，目的在于提高器件的擊穿電壓的同時(shí)保持器件低比導(dǎo)通電阻。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種橫向高壓器件，包括介質(zhì)槽區(qū)域，介質(zhì)槽區(qū)域包括下部分的介質(zhì)槽區(qū)和上部分的低k介質(zhì)槽，介質(zhì)槽區(qū)域上方是介質(zhì)層，體場(chǎng)板從器件上表面延伸到介質(zhì)槽區(qū)域的內(nèi)部，體場(chǎng)板臨接多晶硅柵，多晶硅柵下方是柵下氧化層，源極金屬和多晶硅柵通過介質(zhì)層隔離，體場(chǎng)板和漏極接觸電極通過介質(zhì)層隔離，漏極接觸電極下面是第二n型重?fù)诫s區(qū)，源極金屬下面是相鄰的p型重?fù)诫s區(qū)和第一n型重?fù)诫s區(qū)，p型重?fù)诫s區(qū)和第一n型重?fù)诫s區(qū)位于p阱區(qū)的內(nèi)部上方，柵下氧化層位于p阱區(qū)的上方，介質(zhì)槽區(qū)域的兩側(cè)和底部分別設(shè)有第一n型摻雜條、第二n型摻雜條、第三n型摻雜條構(gòu)成的導(dǎo)電通路，導(dǎo)電通路的兩側(cè)為p型摻雜區(qū)，導(dǎo)電通路的底部為p型襯底。

本發(fā)明總的技術(shù)方案，在漂移區(qū)中加入介質(zhì)槽區(qū)域，介質(zhì)槽區(qū)域承受橫向耐壓的同時(shí)減小器件的尺寸，降低器件比導(dǎo)通電阻，另一方面，漂移區(qū)內(nèi)引入重?fù)诫sn型摻雜條，為器件開態(tài)電子電流提供低阻導(dǎo)電通路，進(jìn)一步降低器件導(dǎo)通電阻；在介質(zhì)槽區(qū)域中引入體場(chǎng)板，輔助耗盡重?fù)诫sn型摻雜條，提高器件耐壓，還在介質(zhì)槽區(qū)域上部設(shè)置低k介質(zhì)槽，不同介電常數(shù)介質(zhì)相交會(huì)引入一個(gè)新的電場(chǎng)峰值，大幅提高耐壓。

所述低k介質(zhì)是指介電常數(shù)低于二氧化硅的介質(zhì)。

作為優(yōu)選方式，介質(zhì)槽區(qū)域從上到下分成多個(gè)不同介電常數(shù)的介質(zhì)區(qū)，各介質(zhì)區(qū)的介電常數(shù)從上到下依次提高。這樣會(huì)引入多個(gè)電場(chǎng)峰值，對(duì)耐壓提升效果更強(qiáng)。

作為優(yōu)選方式，多晶硅柵和柵下氧化層構(gòu)成槽柵，此時(shí)源極接觸電極和體場(chǎng)板臨接。常規(guī)淺槽柵工藝更易實(shí)現(xiàn)然而其位于漂移區(qū)內(nèi)部的邊界拐點(diǎn)會(huì)引起一個(gè)電場(chǎng)峰值，容易導(dǎo)致器件提前擊穿，耐壓不如預(yù)期。

作為優(yōu)選方式，所述多晶硅柵和柵下氧化層構(gòu)成的槽柵延伸到p型襯底內(nèi)部，此時(shí)將其邊界拐點(diǎn)引到襯底中，消除提前擊穿的可能；此時(shí)源極接觸電極和體場(chǎng)板臨接。

作為優(yōu)選方式，所述多晶硅柵和柵下氧化層構(gòu)成的槽柵位于介質(zhì)槽區(qū)域內(nèi)部。

作為優(yōu)選方式，將第二n型重?fù)诫s區(qū)變?yōu)榧姌Op型重?fù)诫s區(qū)，所述器件由ldmos器件變?yōu)閘igbt器件。

作為優(yōu)選方式，所述器件是soi器件，對(duì)于soi器件來說襯底為n型硅或p型硅。

作為優(yōu)選方式，p型襯底和導(dǎo)電通路之間有外延層，或者外延層設(shè)置于soi埋氧層和導(dǎo)電通路之間。

作為優(yōu)選方式，所述漏極接觸電極左側(cè)與電極場(chǎng)板相接觸，所述電極場(chǎng)板從表面延伸到介質(zhì)槽區(qū)域內(nèi)部。電極場(chǎng)板可以降低漏極高電場(chǎng)，提高耐壓。

作為優(yōu)選方式，所述器件結(jié)構(gòu)中各摻雜類型相應(yīng)變?yōu)橄喾吹膿诫s，即p型摻雜變?yōu)閚型摻雜的同時(shí)，n型摻雜變?yōu)閜型摻雜。

本發(fā)明的有益效果為：通過在漂移區(qū)內(nèi)引入介質(zhì)槽區(qū)域，保持器件耐壓的同時(shí)降低了器件表面面積，有效降低器件比導(dǎo)通電阻；在介質(zhì)槽區(qū)上設(shè)低k介質(zhì)槽，不同介電常數(shù)介質(zhì)相交會(huì)引入新的電場(chǎng)峰值，進(jìn)一步提高器件擊穿電壓，最終達(dá)到在保持器件低比導(dǎo)通電阻的情況下，獲得高擊穿電壓的目的。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)橫向介質(zhì)槽高壓器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的一種橫向高壓器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的一種橫向高壓器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的加入漏極場(chǎng)板的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的元胞置于襯底上的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例5的淺槽柵結(jié)構(gòu)的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例6的深槽柵結(jié)構(gòu)的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例7的槽柵位于介質(zhì)槽區(qū)域內(nèi)部的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例8的器件為ligbt的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例9的結(jié)構(gòu)置于soi基上的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例10的含有外延層的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)器件仿真的等勢(shì)線分布圖；

圖13是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)器件仿真的介質(zhì)槽區(qū)三維電場(chǎng)圖；

圖14是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)器件仿真的開態(tài)線性電流圖；

圖15是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)器件仿真的擊穿電壓圖。

其中，1為p型襯底，2為介質(zhì)槽區(qū)，21為柵下氧化層，22為介質(zhì)層，23為soi埋氧層，31為第一n型重?fù)诫s區(qū)，32為第一n型摻雜條，33為第二n型摻雜條，34為第三n型摻雜條，35為第二n型重?fù)诫s區(qū)，41為p型重?fù)诫s區(qū)，42為p阱區(qū)，43為p型摻雜區(qū)，44為外延層，45為集電極p型重?fù)诫s區(qū)，51為源極金屬，52為多晶硅柵，53為體場(chǎng)板，54為漏極接觸電極，55為低k介質(zhì)槽，56為第二介質(zhì)槽，57為電極場(chǎng)板。

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

本發(fā)明通過在漂移區(qū)中加入介質(zhì)槽，介質(zhì)槽承受橫向耐壓的同時(shí)減小器件的尺寸，降低器件比導(dǎo)通電阻，另一方面，漂移區(qū)內(nèi)引入重?fù)诫sn型摻雜條，為器件開態(tài)電子電流提供低阻導(dǎo)電通路，進(jìn)一步降低器件導(dǎo)通電阻；在介質(zhì)槽中引入體場(chǎng)板53，輔助耗盡重?fù)诫sn型摻雜條，提高器件耐壓，還在介質(zhì)槽上部設(shè)置低k介質(zhì)槽55，不同介電常數(shù)介質(zhì)相交會(huì)引入一個(gè)新的電場(chǎng)峰值，大幅提高耐壓。

圖12是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)器件仿真的等勢(shì)線分布圖。圖13是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)器件仿真的介質(zhì)槽區(qū)三維電場(chǎng)圖。圖14是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)器件仿真的開態(tài)線性電流圖。圖15是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)器件仿真的擊穿電壓圖。如圖可見，器件關(guān)態(tài)工作時(shí)，低k介質(zhì)區(qū)電場(chǎng)分布提高，電勢(shì)線更密集，擊穿電壓更高。通過medici二維器件仿真，本發(fā)明結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)線性區(qū)導(dǎo)通電阻幾無變化，而擊穿電壓增加了約100v；傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在導(dǎo)通電阻為38mω·cm²下，其耐壓627v，而本發(fā)明的一種示例結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻仍為38mω·cm²時(shí)，耐壓高達(dá)720v。本發(fā)明在大大提高擊穿電壓的同時(shí)，并未增大導(dǎo)通電阻。

實(shí)施例1

如圖2所示，一種橫向高壓器件，包括介質(zhì)槽區(qū)域，介質(zhì)槽區(qū)域包括下部分的介質(zhì)槽區(qū)2和上部分的低k介質(zhì)槽55，介質(zhì)槽區(qū)域上方是介質(zhì)層22，體場(chǎng)板53從器件上表面延伸到介質(zhì)槽區(qū)域的內(nèi)部，體場(chǎng)板53臨接多晶硅柵52，多晶硅柵52下方是柵下氧化層21，源極金屬51和多晶硅柵52通過介質(zhì)層22隔離，體場(chǎng)板53和漏極接觸電極54通過介質(zhì)層22隔離，漏極接觸電極54下面是第二n型重?fù)诫s區(qū)35，源極金屬51下面是相鄰的p型重?fù)诫s區(qū)41和第一n型重?fù)诫s區(qū)31，p型重?fù)诫s區(qū)41和第一n型重?fù)诫s區(qū)31位于p阱區(qū)42的內(nèi)部上方，柵下氧化層21位于p阱區(qū)42的上方，介質(zhì)槽區(qū)域的兩側(cè)和底部分別設(shè)有第一n型摻雜條32、第二n型摻雜條33、第三n型摻雜條34構(gòu)成的導(dǎo)電通路，導(dǎo)電通路的兩側(cè)為p型摻雜區(qū)43，導(dǎo)電通路的底部為p型襯底1。

本發(fā)明總的技術(shù)方案，在漂移區(qū)中加入介質(zhì)槽區(qū)域，介質(zhì)槽區(qū)域承受橫向耐壓的同時(shí)減小器件的尺寸，降低器件比導(dǎo)通電阻，另一方面，漂移區(qū)內(nèi)引入重?fù)诫sn型摻雜條，為器件開態(tài)電子電流提供低阻導(dǎo)電通路，進(jìn)一步降低器件導(dǎo)通電阻；在介質(zhì)槽區(qū)域中引入體場(chǎng)板53，輔助耗盡重?fù)诫sn型摻雜條，提高器件耐壓，還在介質(zhì)槽區(qū)域上部設(shè)置低k介質(zhì)槽55，不同介電常數(shù)介質(zhì)相交會(huì)引入一個(gè)新的電場(chǎng)峰值，大幅提高耐壓。

實(shí)施例2

如圖3所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，差別在于：介質(zhì)槽區(qū)域從上到下分成多個(gè)不同介電常數(shù)的介質(zhì)區(qū)，各介質(zhì)區(qū)的介電常數(shù)從上到下依次提高，這樣會(huì)引入多個(gè)電場(chǎng)峰值，對(duì)耐壓提升效果更強(qiáng)。

低k介質(zhì)槽55下方是介電常數(shù)高于低k介質(zhì)槽55的第二介質(zhì)槽56，所述介質(zhì)槽2采用介電常數(shù)高于第二介質(zhì)槽56的介質(zhì)，不同介電常數(shù)介質(zhì)相交會(huì)引入一個(gè)新的電場(chǎng)峰值，大幅提高耐壓。

實(shí)施例3

如圖4所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，差別在于：所述漏極接觸電極54左側(cè)與電極場(chǎng)板57相接觸，所述電極場(chǎng)板57從表面延伸到介質(zhì)槽區(qū)域內(nèi)部。電極場(chǎng)板57可以降低漏極高電場(chǎng)，提高耐壓。

實(shí)施例4

如圖5所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，差別在于：元胞結(jié)構(gòu)直接置于襯底1內(nèi)。

實(shí)施例5

如圖6所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，差別在于：多晶硅柵52和柵下氧化層21構(gòu)成槽柵，此時(shí)源極接觸電極51和體場(chǎng)板53臨接。常規(guī)淺槽柵工藝更易實(shí)現(xiàn)然而其位于漂移區(qū)內(nèi)部的邊界拐點(diǎn)會(huì)引起一個(gè)電場(chǎng)峰值，容易導(dǎo)致器件提前擊穿，耐壓不如預(yù)期。

實(shí)施例6

如圖7所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，差別在于：所述多晶硅柵52和柵下氧化層21構(gòu)成的槽柵延伸到p型襯底1內(nèi)部，此時(shí)將其邊界拐點(diǎn)引到襯底中，消除提前擊穿的可能；此時(shí)源極接觸電極51和體場(chǎng)板53臨接。

實(shí)施例7

如圖8所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，差別在于：所述多晶硅柵52和柵下氧化層21構(gòu)成的槽柵位于介質(zhì)槽區(qū)域內(nèi)部。

實(shí)施例8

如圖9所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，將第二n型重?fù)诫s區(qū)35變?yōu)榧姌Op型重?fù)诫s區(qū)45，所述器件由ldmos器件變?yōu)閘igbt器件。

實(shí)施例9

如圖10所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：所述器件是soi器件，對(duì)于soi器件來說襯底1為n型硅或p型硅。

實(shí)施例10

如圖11所示，本發(fā)明和實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：所述器件是soi器件，外延層44設(shè)置于soi埋氧層23和導(dǎo)電通路之間。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。