[发明专利]横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管

说明书

本发明提供一种横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管，包括底层半导体层、第一绝缘层、第一顶层半导体层、第二绝缘层、第二顶层半导体层、第一导电类型阱区、第二导电类型漏区、第二导电类型源区及栅区结构，阱区与漏区之间具有漂移区，漂移区中形成有超结结构，第一顶层半导体层中具有自第二导电类型源区向第二导电类型漏区掺杂浓度逐渐递增的第二导电类型掺杂埋层。本发明在第一顶层半导体层中形成N型渐变掺杂层，掺杂浓度由源区到漏区逐渐增加，可在靠近第二绝缘层的界面感应出多余的N型载流子，且多余的N型载流子浓度从源区到漏区逐渐增加，可有效填补由于衬底辅助耗尽效应引起的N型载流子浓度不足的问题。

技术领域

本发明属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。

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)作为多子器件，由于具有良好的关断特性、高的输入阻抗、易于大规模集成电路兼容等优点，在许多领域取代传统的双极器件得到广泛的应用。对于LDMOS优化设计的最重要的目的就是在获得最大击穿电压的同时导通电阻尽可能小。由于此类多子器件导电层掺杂浓度和导电层厚度的乘积等于一常量，因此这两个参数往往是相互矛盾的，高的击穿电压必然带来高的导通电阻。然而，获得理想的击穿电压和比导通电阻性能的折中关键在于漂移区的优化设计。

横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(LDMOS)由于具有易于与低压器件集成等优点，而成为智能功率集成电路和片上系统设计中的关键器件。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。LDMOS的优化目标是低的导通电阻，使传导损失最小化。超结(super junction)结构是交替排列的N型柱区区和P型柱区区，如果用超结结构来取代LDMOS的漂移区，就形成了超结LDMOS，简称SJ-LDMOS。

理论上，如果P/N柱区之间的电荷能够完美补偿，漂移区达到完全耗尽，则超结LDMOS可以获得比传统LDMOS更高的击穿电压，而高掺杂的N型柱区则可以获得很低的导通电阻，因此，超结器件可以在击穿电压和导通电阻两个关键参数之间取得一个很好的平衡。SOILDMOS凭借速度快、线性度好、与CMOS工艺兼容及全介质隔离特性而成为最常用的功率器件之一。决定SOI LDMOS性能的主要参数包括导通电阻(Rsp)和击穿电压(BV)，二者相互制约，呈Rsp∝BV^2.5的关系；超结LDMOS(SJ-LDMOS)打破了击穿电压与导通电阻的极限关系，使之改善为Rsp∝BV^1.3。SJ-LDMOS将常规LDMOS的低掺杂n漂移区用交替掺杂的n柱区和p柱区代替，在保持高击穿电压的同时大幅降低比导通电阻。不过，由于衬底辅助耗尽效应(substrate-assisted depletion effects)的存在，降低了超结LDMOS器件的击穿电压。

所谓衬底辅助耗尽效应是指横向的超结由于受到纵向电场的影响，使超结中对称的P/N柱区不能同时被完全耗尽，其本质在于P/N柱区之间的电荷平衡被打破。对于SOI衬底来说，由于衬底的背栅作用，非均匀分布的电荷在纵向电场的作用下积累在埋氧层和硅的上下界面处，加大了P/N柱区之间的电荷差，导致P/N柱区无法在理论计算的击穿电压下同时完全耗尽。

因此如何抑制衬底辅助耗尽效应，是SJ-LDMOS能否实现最佳性能的关键问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管，用于解决现有技术中由于衬底辅助耗尽效应而导致超结LDMOS器件的击穿电压降低的问题。