[发明专利]具有渐变主体掺杂的LDMOS器件

说明书

一种横向扩散MOS(LDMOS)器件(200)包括具有在其上的p外延层(115)的衬底(110)。P主体区域(140)在p外延层中。ndrift(NDRIFT)区域(120)在提供漏极扩展区域(145)的p主体区域内，并且栅极介电(122)层形成在与NDRIFT区域的结的相应侧相邻的和在与NDRIFT区域的结的相应侧上的p主体区域中的沟道区域上，并且图案化的栅极电极(123)形成在栅极电介质上。DWELL区域(130)在p主体区域内，侧壁间隔物(138)在栅极电极的侧壁上，源极区域(148)在DWELL区域内，并且漏极区域在NDRIFT区域内。p主体区域(140)包括具有高于p外延层(115)的掺杂水平的净p型掺杂水平和至少5/μm的净p型掺杂分布梯度的至少一个0.5μm宽的一部分。

相关申请的交叉参考

本申请是2015年12月18日提交的美国非临时专利申请序列No.14/974,951的继续申请，其全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

所公开的实施例涉及横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件。

背景技术

随着DC-DC转换器按比例缩小为下一代功率转换器产品，需要增加开关频率，以减少外部无源部件(诸如电感器)的尺寸，同时维持在其集成功率场效应晶体管(FET)(诸如LDMOS器件)中的低功率消耗。在LDMOS器件中，横向布置漏极，以允许电流横向流动，并且漂移区域被插入在沟道和漏极之间，以提供高的漏极到源极的击穿电压。增加开关频率涉及减少功率FET的二极管反向恢复(Drr)时间。

Drr是反向恢复电荷(Qrr)的函数，反向恢复电荷(Qrr)是在换向期间储存在功率FET的主体区域中的少数载流子电荷量。换向是当电感变换器负载迫使电流进入功率FET的主体二极管中时，对于n沟道功率FET导致p型主体区域充满少数载流子(电子)。二极管恢复电流的时间积分是Qrr。高的Qrr能够引起各种问题，包含(1)在漏极电压斜升期间激活寄生主体NPN双极性路径，这能够引起功率消耗或处于功率FET的热失效的极端情况，以及(2)主体二极管感应电流消耗，这能够导致开关电路减少的效率。

传统的功率LDMOS器件是n沟道器件，该n沟道器件采用在垂直方向上具有相当均匀的掺杂分布的p型主体区域。主体掺杂中的一些一般来自p型外延硅，该p型外延硅具有实质上均匀的硼掺杂。额外的p型主体掺杂能够来自高能量(接近MeV或MeV)的p型(例如，硼)埋层(PBL)注入物，该p型(例如，硼)埋层(PBL)注入物遭受随后的高温炉处理，并且因此使如大量注入的高斯硼掺杂物分布在垂直方向上扩散，使得在垂直方向上跨越LDMOS主体区域的p型掺杂中的变化是大致是逐渐的。例如，对于已知的LDMOS器件，p主体区域可以是4μm(微米)深度，并且从以本质上恒定的垂直掺杂物浓度梯度分散的主体区域的顶部(硅表面)到底部具有至多12倍(X)掺杂变化。本质上恒定的垂直掺杂物浓度梯度通常是高于通过主体的任何0.5μm或更宽的区域的p外延区域的掺杂水平的至多大约2X/μm到3X/μm。

发明内容

本发明内容被提供用于以简化形式介绍下面在包括所提供的附图的具体实施方式中进一步描述的所公开的概念的简单选择。本发明内容不旨在限制所要求保护的主题的保护范围。

所公开的实施例包括横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件和用于形成此类器件的过程，该过程使得能够减少反向恢复电荷(Qrr)，这还能够使得能够减小面积规范化导通状态电阻(RSP)。如本文中所使用的，LDMOS器件与扩散金属氧化物半导体(DMOS)器件同义。历史上地，如上所述，用于LDMOS功率器件的常规处理已经使用具有高能量接近MeV或MeV硼注入物的长/高温炉退火，以实现逐渐的或几乎均匀的垂直p主体掺杂分布，具有很小的垂直主体掺杂浓度(C)梯度(dC/dz)，例如高于通过任何0.5μm或更宽的区域的p外延区域的掺杂水平的至多2X/μm到3X/μm。