[发明专利]一种具有多环电场调制衬底的元素半导体横向超结双扩散晶体管

说明书

本发明公开一种具有多环电场调制衬底的元素半导体横向超结双扩散晶体管。该结构中漂移区下方的衬底为电荷补偿多环结构。衬底多环电荷补偿可以扩展横向双扩散金属氧化物半导体场效应管的纵向空间电荷区，同时该多环结构还能在表面横向电场和体内纵向电场分布中均引入新的电场峰，能消除超结存在的衬底辅助耗尽问题，利用电场调制效应对表面横向电场和体内纵向电场同时进行调制，使得表面横向电场和体内纵向电场同时优化。该结构不仅突破了横向双扩散晶体管由于纵向耐压受限而带来的击穿电压饱和问题，还能消除超结存在的衬底辅助耗尽问题，使得表面横向电场和体内纵向电场同时优化，大幅度提高器件的击穿电压。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种横向超结双扩散金属氧化物半导体场效应管。

背景技术

实现功率集成电路PIC(power integrated circuit)最关键的技术之一是要求LDMOS(lateral double-diffused MOSFET)必须具有低的导通电阻以减小PIC集成电路的功率损耗，而MOS类器件关态击穿电压与开态导通电阻之间的2.5次方关系限制了MOS类器件高功率的应用范围，超结(super junction)结构将这种矛盾关系缓解为1.33次方，所以将super junction技术应用于LDMOS形成SJ-LDMOS是实现超低功率损耗PIC的有效途径。但是应用于LDMOS的super junction存在三个问题：1)N沟道LDMOS具有的P型衬底辅助耗尽了super junction的N型区，带来了衬底辅助耗尽SAD(substrate-assisted depletion)问题；2)传统SJ-LDMOS只是在super junction的N区与P区之间形成电场调制，而在表面没有电场调制；3)消除衬底辅助耗尽的SJ-LDMOS虽然能使漂移区完全耗尽，但由于受纵向电场的影响，表面电场分布不均匀。另外，随着器件漂移区长度的增加，SJ-LDMOS器件的击穿电压主要受限于体内纵向耐压能力，即其击穿电压随着漂移区长度的增加逐渐趋于饱和，这就是横向超结功率器件的电压饱和效应。

为了打破击穿电压饱和效应，早期提出的具有REBULF结构的LDMOS，通过在体内埋入一层N+-Floating层，使横向高压器件的电场重新分配，突破了传统上漏端为高电场而源端为低电场的电场分布形式，N+-Floating层的等电势作用使漏端高电场区的高电场降低，在硅达到其临界击穿电场时击穿电压提高，器件的衬底承担了几乎全部的纵向耐压。

发明内容

本发明提出了一种具有多环电场调制衬底的元素半导体横向超结双扩散晶体管，不仅突破了横向超结双扩散晶体管由于纵向耐压受限而带来的击穿电压饱和问题，能消除横向超结存在的衬底辅助耗尽问题，还能达到同时优化表面横向电场和体内纵向电场的作用，大幅度提高器件的击穿电压

本发明的技术方案如下：

该具有多环电场调制衬底的元素半导体横向超结双扩散晶体管，包括：

半导体材料的衬底；

在衬底表面形成的基区；

在衬底表面注入N柱和P柱相间排列形成的超结(Super Junction)漂移区，与所述基区邻接；

在所述基区表面形成的源区；

在所述超结漂移区表面形成的漏区；

其特殊之处在于：

所述衬底的材料是元素半导体材料；超结漂移区下方邻接的衬底区域设置为多环电场调制结构；所述多环电场调制结构与超结漂移区的宽度(OA方向)相当，是以靠近漏区的一端为中心，向靠近基区的一端扩展形成多环；

所述多环电场调制结构的每个环分别采用N型或P型掺杂元素半导体材料，或者采用介质材料；相应的，相邻的环以不同材料、不同掺杂类型、不同掺杂浓度之任一或任意组合的方式来区分。