[发明专利]一种具有横纵向电场同时优化元素半导体横向双扩散晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及是一种优化的横向双扩散晶体管。

背景技术

横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Lateral Double-diffused MOSFET，简称LDMOS)具有易集成，热稳定性好，较好的频率稳定性，低功耗，多子导电，功率驱动小，开关速度高等优点是智能功率电路和高压器件的核心。由于便携式电源管理和汽车电子产品的市场需求日益增长，在全球范围内受到越来越多的关注。其主要特征在于基区和漏区之间加入一段相对较长的轻掺杂漂移区，该漂移区的掺杂类型与漏区一致。通过加入漂移区，可以起到分担击穿电压的作用，提高了LDMOS的击穿电压，使其达到低的导通电阻优化目标，使其传导损失最小化。

为了使得LDMOS器件具有较高的击穿电压和较低的比导通电阻，在器件设计过程中，需要满足弱化表面电场(Reduced Surface Field，简称RESURF)技术的条件使得器件的击穿点从表面转移到体内。然而随着器件漂移区长度的增加，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。

另外，中国专利申请CN201611248826.5《一种横向双扩散金属氧化物半导体场效应管》提出：在LDMOS漏端下设置衬底辅助耗尽层，该埋层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，从而突破由于纵向耐压受限而带来的电压饱和现象，同时该埋层还利用电场调制效应对表面横向电场和体内纵向电场进行调制，在保证器件低导通电阻的条件下，提高器件的击穿电压。例如，针对薄漂移区(2μm)LDMOS，当漂移区长度为70μm时，利用40μm长度的N型矩形掺杂纵向辅助耗尽层可以将器件的击穿电压提高到900V，利用40μm长N/P相间掺杂矩形纵向辅助耗尽层可将器件击穿电压提高到1100V。

以上两种方案实际上更多是针对器件的纵向电场进行优化，而对横向电场的优化效果非常有限。

发明内容

本发明提出一种具有横纵向电场同时优化半导体横向双扩散晶体管，突破了由于纵向耐压受限而带来的击穿电压饱和现象，特别是能够同时提升横向耐压和纵向耐压，大幅度提高了器件的击穿电压。

本发明的技术方案如下：

该横向双扩散晶体管，包括：

半导体材料的衬底；

位于衬底表面的基区和漂移区；

位于所述基区表面的源区；

位于漂移区表面的漏区；

其特殊之处在于：

所述衬底具体为元素半导体材料，即第一代半导体材料；

漏端的漂移区下方接有纵向辅助耗尽衬底埋层，所述的纵向辅助耗尽衬底埋层由N型和/或P型掺杂元素半导体材料构成，或者采用介质材料；

漂移区下方、邻接所述纵向辅助耗尽衬底埋层设置有具有部分电荷补偿衬底埋层，所述具有部分电荷补偿衬底埋层由N型和/或P型掺杂半导体材料构成，也可以采用介质材料；

所述的具有部分电荷补偿衬底埋层的长度(OB方向)不超过漂移区的长度，具有部分电荷补偿衬底埋层厚度(OC方向)不超过纵向辅助耗尽衬底埋层的厚度；

元素半导体材料的衬底掺杂浓度为一般元素半导体单晶材料制备的浓度，典型值为1×10¹³cm^-3～1×10¹⁵cm^-3；

所述纵向辅助耗尽衬底埋层掺杂浓度的典型值为1×10¹⁴cm^-3～1×10¹⁶cm^-3；纵向辅助耗尽衬底埋层的长度占漂移区整体长度的比例、纵向辅助耗尽衬底埋层的宽度及厚度根据耐压需求确定；

所述具有部分电荷补偿衬底埋层掺杂浓度的典型值为1×10¹⁴cm^-3～1×10¹⁵cm^-3；具有部分电荷补偿衬底埋层的长度占漂移区整体长度的比例、具有部分电荷补偿衬底埋层的宽度及厚度根据耐压需求确定。