[发明专利]一种具有槽型氧化层和横向超结的LDMOS器件

说明书

本发明涉及一种具有槽型氧化层和横向超结的LDMOS器件，属于半导体功率器件领域。本发明器件包含从左至右设置的源极、栅极、N‑漂移区、槽型SiO2埋层、漏极。漏极包括上下设置的N+漏极和缓冲层，漂移区包括上下设置的槽型SiO2埋层和横向超结P柱和N柱。本发明LDMOS器件在反向击穿时，槽型SiO2埋层和横向超结PN柱调节漂移区中电荷的分布，提高了器件漂移区的表面电场和体内电场，使得器件击穿电压BV大大提高。另一方面在正向导通时，横向超结的N柱提供了一个电子通道，使得电子电流的路径大大减小，从而降低了器件的导通电阻。

技术领域

本发明属于半导体功率器件领域，涉及一种具有槽型氧化层和横向超结的LDMOS器件。

背景技术

LDMOS(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor，横向扩散金属氧化物半导体)是一种通过栅压控制漏电流的单极性器件，具有输入阻抗高、开关频率快等优点，被广泛应用于电力电子、消费类电子产品领域。

评价LDMOS最重要的性能指标，即击穿电压BV(Breakdown Voltage)和导通电阻Ron,sp(Resistance)。从结构上看这两个性能指标又都是由LDMOS的漂移区决定，漂移区的耐压能力BV和导通电阻Ron,sp，由其厚度和掺杂浓度决定。为了降低器件导通电阻Ron,sp，需要较短的LDMOS的漂移区长度，或者提高漂移区的掺杂浓度，但这会导致漂移区电场分布区变短，且电场斜率降低，从而导致击穿电压BV的降低，即传统的LDMOS的导通电阻Ron,sp与BV是存在矛盾关系，由数学公式表示为：Ron∝BV2.5，即导通电阻随着耐压的提高而迅速增加。为了解决这一矛盾关系，打破这种硅器件电学性能极限，降低导通电阻随耐压增长而增加的速度，陈星弼、Johnny K.O.Sin等人提出了超结(super junction，SJ)结构，这是一种在传统的VDMOS(Vateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor,垂直扩散金属氧化物半导体)的基础上在漂移区增加纵向排列的超结N型柱和超结P型柱的结构，在反向击穿耐压时N型柱和P型柱相互耗尽，扩展电场区。在正向导通时，超结N型柱的掺杂浓度较漂移区的浓度高，为电子提供了一个电子通道，降低导通电阻。这样在减小导通电阻的同时还能够提高VDMOS的耐压，解决了传统VDMOS的导通电阻和耐压之间不可调和的矛盾关系，使得VDMOS导通电阻和耐压之间关系由Ron∝BV2·5变为Ron∝BV1.33，从而打破了硅极限，后来这种超结理论又被应用在LDMOS中，将原来垂直的超结N柱和P柱设计为横向超结结构，同样能优化漂移区中的电场和电阻的分布，被统称为超结理论。另一方面除了超结结构，还可以通过在漂移区中引入TOL(Trench Oxide Layer，槽栅氧化层)结构，TOL的引入使得器件在体内产生新的电场峰值，扩展器件的电场分布区，从而击穿电压得到进一步的提高，这就是ENBULF理论(Enhanced Bulk Field)。但是槽栅氧化层TOL的引入，会使得器件在正向导通时电子路径由原来的横向直线路径变为U型的曲回路径，使得电子的电阻增大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有槽型氧化层和横向超结的LDMOS器件，本发明提出一种新结构，新思路，旨在不影响其他性能参数的同时，通过引入一种槽栅氧化层TOL和横向超结的混合结构，来优化器件的漂移区电场，提高器件的击穿电压，同时缩短器件在正向导通时的电子电路路径，降低导通电阻，最终提高器件的综合性能。