一种高边横向双扩散场效应晶体管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高边横向双扩散场效应晶体管，包括：P型衬底，N-外延层，P+埋层，P+对通隔离，场氧，P-top层，P-体区，P-体区接触P+，N+源电极，栅氧层，多晶硅栅电极，N+漏电极。所述P型衬底的上面是N-外延层。所述N-外延层的一侧设有P+埋层和P+对通隔离，用以隔离不同类型的器件。进一步，P-体区和P+对通隔离之间设有另一个P-体区，P-体区内设有体区接触P+。P-体区和P-体区之间设有P-top层。本发明源电极和衬底之间的雪崩击穿电压大大提高，即隔离性能有了很大的改进，满足了较高工作电压领域的应用。
【专利说明】一种高边横向双扩散场效应晶体管
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体功率器件领域，尤其涉及一种高边横向双扩散场效应晶体管(LDMOS)。
【背景技术】
[0002]功率集成电路PIC (Power Integrated Circuit)是将功率器件、控制电路、信号处理电路等集成在同一芯片中的特殊集成电路。Pic作为集成电路中的一个分支，一直发挥着至关重要的作用。与分立器件相比，Pic不仅在电路性能、稳定性和功耗方面有很大的优势，而且在降低成本、减小体积和重量等方面也有着巨大的潜能。正是由于这些优势，Pic被广泛运用于计算机、通信与网络、消费类电子、工业控制和汽车电子等诸多应用领域。而横向双扩散场效应晶体管 LDMOS (Lateral double-diffused metal-oxide semiconductor)由于具有工作电压高，工艺简单，易于和低压CMOS电路在工艺上兼容等优点，被广泛应用于功率集成电路驱动输出级。
[0003]在半桥驱动应用中，考虑到芯片面积以及生产成本等问题，输出开关电路的高边和低边LDMOS —般均采用N型沟道器件(电子迁移率为空穴迁移率的2?3倍，若要达到相同的电流驱动能力，P型LDMOS器件面积需要为N型LDMOS器件面积的2?3倍)。当输出开关电路处于工作状态，且高边LDMOS导通时，其源极电压接近电源电压。因此，相比与低边LDM0S，高边LDMOS在结构设计上存在另一个挑战，即需要隔离源电极和衬底之间的高电压，以防止发生击穿进而导致产生噪声、闩锁等可靠性问题。
[0004]传统高边LDMOS结构如图1所示，其中:101是P型衬底，102是N-外延层，103是P+埋层，104是P+对通隔离，105是场氧，106是P_top层，107是P-体区，108是P-体区接触P+，109是LDMOS N+源电极，110是棚氧层，111是多晶娃棚电极，112是LDMOS N+漏电极。当高边LDMOS导通时，P-体区107和N+源电极109接近电源电压，处于高压状态。P+对通隔离104和P-体区107之间的漂移区用以承担源电极和衬底之间的电压，避免源电极和衬底在正常工作电压下发生击穿。然而，该结构适用于中低工作电压。对于较高工作电压(电源电压大于500V)，源电极和衬底之间会提前发生雪崩击穿。因此，针对较高工作电压的应用，需要改进传统高边LDMOS结构。
【发明内容】
[0005]本发明所解决的技术问题是，提供一种高边横向双扩散场效应晶体管(LDM0S)，在源电极和衬底之间采用Double Resurf (双重降低表面电场)技术,大大提高了源电极和衬底之间的隔离能力，满足器件在较高工作电压领域的应用。
[0006]本发明解决所示技术问题所采用的技术放案是:
一种高边横向双扩散场效应晶体管，包括:P型衬底，N-外延层，P+埋层，P+对通隔离，场氧，P-top层，P-体区，P-体区接触P+，N+源电极，栅氧层，多晶硅栅电极，N+漏电极。所述P型衬底的上面是N-外延层。所述N-外延层的一侧设有P+埋层和P+对通隔离，用以隔离不同类型的器件。所述N-外延层的另一侧设有N+漏电极和N+源电极，且N+源电极位于N+漏电极和P+对通隔离之间。N+源电极设置于P-体区之内，P-体区内还设有体区接触P+。N+漏电极和N+源电极之间设有P-top层。P-top层上方设有场氧。P-体区和上述P-top层之间区域上方设有栅氧层。栅氧层上方设有多晶硅栅电极。P-体区和P+对通隔离之间还设有另一个P-体区，P-体区内设有体区接触P+。两个P-体区之间设有另一P-top层，P-top层上方设有场氧，场氧上方设有多晶硅栅电极。P-体区和P+对通隔离之间区域上方设有场氧；进一步，P-体区和P+对通隔离之间设有另一个P-体区，P-体区内设有体区接触P+。P-体区和P-体区之间设有P-top层。
[0007]所述的另一个P-体区和体区接触P+，其连接电位与衬底一致，即接零电位。
[0008]本发明中:当高边LDMOS导通时，器件漏源电压降很小，源电极电压接近电源电压。由于衬底、P+对通隔离和P-体区均接零电位，N-外延层和P型衬底之间的垂直PN结处于反偏状态。同时，N-外延层和P-体区之间的横向PN结也处于反偏状态。随着源电极电压的加大，两个PN结的势垒区不断扩展且相互作用，其作用的结果使势垒区沿表面向P-体区边沿延伸，最终使整个漂移区耗尽，表面电场降低。垂直PN结先于表面电场达到临界电场而发生理想的体内击穿。由于源电极和衬底之间采用了 Double Resurf技术，所以源电极和衬底之间的雪崩击穿电压大大提高，即隔离性能有了很大的改进，满足了较高工作电压领域的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为传统高边LDMOS结构示意图。
[0010]图2为本发明高边横向双扩散场效应晶体管结构示意图。
[0011]图3为本发明高边横向双扩散场效应晶体管的源衬发生雪崩击穿时表面电场分布仿真图。
[0012]图4为本发明高边横向双扩散场效应晶体管的源衬发生雪崩击穿时源衬电流曲线仿真图。
【具体实施方式】
[0013]为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案和改进效果更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步的详细说明。
[0014]本发明高边横向双扩散场效应晶体管结构，如图2所示，包括:P型衬底201，N_外延层202，P+埋层203，P+对通隔离204，场氧205，P-top层206，P-体区207和213，P-体区接触P+208和214，N+源电极209，栅氧层210，多晶硅栅电极211，N+漏电极212。
[0015]所述P型衬底201的上面是N-外延层202。所述N-外延层202的一侧设有P+埋层203和P+对通隔离204，用以隔离不同类型的器件。所述N-外延层202的另一侧设有N+漏电极212和N+源电极209，且N+源电极209位于N+漏电极212和P+对通隔离204之间。N+源电极209设置于P-体区207之内，P-体区207内还设有体区接触P+208。N+漏电极212和N+源电极209之间设有P-top层206。P-内场限环206上方设有场氧205。P-体区207和上述P-top层206之间区域上方设有栅氧层210。栅氧层210上方设有多晶硅栅电极211。P-体区207和P+对通隔离204之间还设有另一个P-体区213，P-体区213内设有体区接触P+214。P-体区213和207之间设有另一 P_top层206，P_top层206上方设有场氧205，场氧205上方设有多晶硅栅电极211。P-体区213和P+对通隔离204之间区域上方设有场氧205。
[0016]P-体区207和P+对通隔离204之间设有另一个P-体区213，P_体区213内设有体区接触P+214。P-体区207和P-体区213之间设有P-top层206。
[0017]所述的另一个P-体区213和体区接触P+214，其连接电位与衬底一致，即接零电位。
[0018]本发明通过在源电极和衬底之间设置另一个P-体区213和另一个P-top层206，形成了 Double Resurf结构。当高边LDMOS导通时,源电极电压接近电源电压。由于衬底201、P+对通隔离204和P-体区213均接零电位，N-外延层202和P型衬底201之间的垂直PN结处于反偏状态。同时，N-外延层202和P-体区213之间的横向PN结也处于反偏状态。随着源电极电压的加大，两个PN结的势垒区不断扩展且相互作用，其作用的结果使势垒区沿表面向P-体区207边沿延伸，最终使整个漂移区耗尽，表面电场降低。垂直PN结先于表面电场达到临界电场而发生理想的体内击穿。所以，源电极和衬底之间的雪崩击穿电压大大提高，即隔离性能有了很大的改进，满足了较高工作电压领域的应用。
[0019]为了进一步阐述本发明的改进效果,通过工艺仿真软件Tsuprem4和器件仿真软件Medici对新型高边LDMOS结构的一实施例进行源衬关态雪崩击穿电压特性仿真。图3所示为器件源衬间发生雪崩击穿时表面电场分布图，可以看到，N-外延层202和P型衬底201之间的峰值电场强度稍高于N-外延层202和P-体区213之间的峰值电场强度，说明器件源衬间击穿发生在体内(即N-外延层202和P型衬底201之间的垂直PN结)。图4所示为器件击穿时电压电流曲线，取源极电流密度达到le_9A/um时的源极电压为源衬雪崩击穿电压值，达到600V。仿真结果，新型高边LDMOS结构源电极和衬底之间隔离能力好，能满足较高工作领域的应用。
[0020]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，凡是本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高边横向双扩散场效应晶体管，它包括:P型衬底(201)，N-外延层(202)，P+埋层(203)，P+对通隔离(204)，场氧(205)，Ρ-top 层(206)，P-体区(207)和(213)，P-体区接触P+ (208、214)，N+源电极(209)，栅氧层(210)，多晶硅栅电极(211)，N+漏电极(212);所述P型衬底(201)的上面是N-外延层(202)，所述N-外延层(202)的一侧设有P+埋层(203)和P+对通隔离(204)，用以隔离不同类型的器件，所述N-外延层(202)的另一侧设有N+漏电极(212 )和N+源电极(209 )，且N+源电极(209 )位于N+漏电极(212 )和P+对通隔离(204)之间，N+源电极(209)设置于P-体区(207)之内，P-体区(207)内还设有体区接触 P+ (208 )，N+ 漏电极(212 )和 N+ 源电极(209 )之间设有 P-top 层(206 )，P-top 层(206 )上方设有场氧(205 )，P-体区(207 )和上述P-top层(206 )之间区域上方设有栅氧层(210)，栅氧层(210)上方设有多晶硅栅电极(211)，P-体区(207)和P+对通隔离(204)之间还设有另一个P-体区(213)，P-体区(213)内设有体区接触P+ (214)，P-体区(213)和(207)之间设有另一 P-top层(206)，P-top层(206)上方设有场氧(205)，场氧(205)上方设有多晶硅栅电极(211)，P-体区(213)和P+对通隔离(204)之间区域上方设有场氧(205)； 其特征在于，P-体区(207)和P+对通隔离(204)之间进一步设有另一个P-体区(213)，P-体区(213)内设有体区接触P+ (214)，P-体区(207)和P-体区(213)之间进一步设有P-top 层(206) ο
2.根据权利要求1所述的高边横向双扩散场效应晶体管，其特征在于，所述的另一个P-体区(213)和体区接触P+ (214)，其连接电位与衬底一致，即接零电位。
【文档编号】H01L29/78GK104037231SQ201410271875
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】吴焕挺, 韩雁, 张世峰, 张炜 申请人:浙江大学