具有表面反型固定界面电荷的功率器件的制作方法

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种具有表面反型固定界面电荷的功率器件。

背景技术：

当代功率集成电路被广泛应用于电力控制系统、汽车电子、显示器件驱动、通信和照明等日常消费领域以及国防和航天等诸多重要领域，随着其应用领域的不断扩大，对其核心部分高压功率半导体器件的要求也越来越高。

在横向高压功率器件的设计过程中,必须综合考虑击穿电压、导通电阻、工艺复杂度以及可靠性等因素的相互影响,使其达到一个较为合理的折中。通常某一方面性能的提高往往会导致其它方面性能的下降,击穿电压和导通电阻即存在着这样的矛盾关系。如何在提高击穿电压的同时能够保持导通电阻减小或者不变成为相关领域广大研究者追求的目标。

技术实现要素：

本发明提供一种具有表面反型固定界面电荷的功率器件，其能够改善电场分布,提高功率半导体器件的耐压特性，降低导通电阻。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

具有表面反型固定界面电荷的功率器件，该功率器件包括场氧层和有源层，场氧层位于有源层之上；场氧层内还设有变掺杂的固定界面电荷区；固定电荷区的电荷极性与有源层离子所属的极性相反；固定界面电荷区位于场氧层的下部，并与场氧层的下表面即场氧层和有源层的交界面相接触。

上述方案中，固定界面电荷区在横向延伸方向上呈连续设置或呈间断设置。

上述方案中，固定界面电荷区为横向变掺杂的固定界面电荷区。

上述方案中，固定界面电荷区的面电荷密度在横向方向上逐渐变化。

上述方案中，有源层的材质为Si、SiC、GaAs、SiGe或GaN。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、反型固定界面电荷之间相互作用，将有源层的电场线拉高，并且在面电荷密度突变处引入新的电场峰值，降低最大电场峰值的同时提高了器件的横向耐压。

2、由于场氧层中反型固定界面电荷的存在，漂移区部分离子与反型固定界面电荷相互作用，所以相对于常规器件，具有表面反型固定界面电荷的功率器件的有源层优化掺杂浓度需要提高，器件的导通电阻下降。

附图说明

图1为常规SOI型P-LDMOS功率器件结构示意图。

图2为一种具有表面反型固定界面电荷的功率器件(SOI型P-LDMOS功率器件)的结构示意图。

图3为常规SOI型P-LDMOS功率器件与具有表面反型固定界面电荷的SOI型P-LDMOS功率器件结构的击穿特性对比图。

图4为常规SOI型P-LDMOS功率器件与具有表面反型固定界面电荷的SOI型P-LDMOS功率器件的表面电场分布对比图。

图5为另一种具有表面反型固定界面电荷的功率器件(二极管功率器件)的结构示意图。

图中标号：1、衬底；2、介质埋层；3、有源层；4、场氧层；5、源电极；6、栅电极；7、漏电极；8、沟道；9、接触区；10、源区；11、漏区；12、固定界面电荷区；13、阳极区；14、阴极区；15、阳极；16、阴极。

具体实施方式

为使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种具有表面反型固定界面电荷的功率器件，该功率器件包括场氧层4和有源层3，场氧层4位于有源层3之上。场氧层4内还设有固定界面电荷区12。由于场氧层4中反型固定界面电荷的存在，漂移区部分离子与固定界面电荷相互作用，所以相对于常规器件，优化后的有源层3掺杂浓度更高，器件的导通电阻下降。

从结构上来说，固定界面电荷区12位于场氧层4的下部，并与场氧层4的下表面即场氧层4和有源层3的交界面相接触。固定界面电荷区12在横向延伸方向上呈连续设置或呈间断设置。当固定界面电荷区12为连续设置时，固定界面电荷区12在横向方向上为一个不间断的整体。而当固定界面电荷区12呈间断设置时，固定界面电荷区12在横向方向上被分隔为多个区域。

从面电荷密度上来说，固定界面电荷区12为横向变掺杂的固定界面电荷区12。固定界面电荷区12在横向方向上面电荷密度逐渐变化，即固定界面电荷区12的面电荷密度在横向方向上递增或递减。当固定界面电荷区12为连续设置时，该固定界面电荷区12分区域地形成横向变掺杂，即整个固定界面电荷区12被横向分割为多个区域，每个区域具有一个面电荷密度。当固定界面电荷区12为间断设置时，该固定界面电荷区12分块地形成横向变掺杂，即每个间隔分块具有一个固定的面电荷密度，每个分块的面电荷密度各不相同。

从极性上来说，固定电荷区为反型电荷，即固定电荷区的电荷极性与有源层3离子所属的极性相反。当有源层3离子所属的极性为正电荷时，固定电荷区为负电荷。当有源层3离子所属的极性为负电荷时，固定电荷区为正电荷。反型固定界面电荷之间相互作用，将有源层3的电场线拉高，并且在面电荷密度突变处引入新的电场峰值，降低最大电场峰值的同时提高了器件的横向耐压。

通过在场氧层4内设置反型固定界面电荷区12形成耐压结构，这样的耐压结构可以适用于包括MOSFET、BJT、IGBT、GTO和IGCT等各类横向功率器件及结构，同时此结构适用于Si、SiC、GaAs和SiGe等多种半导体材料。

实施例1：

一种具有表面反型固定界面电荷的功率器件，即SOI型P-LDMOS功率器件，如图2所示，包括衬底1、介质埋层2、有源层3、场氧层4、源电极5、栅电极6、漏电极7、沟道8、接触区9、源区10、漏区11和固定界面电荷区12。衬底1、介质埋层2、有源层3和场氧层4自上而下依次堆叠。沟道8设置在有源区10的左侧，沟道8的上方为栅电极6。相邻的源区10和接触区9与沟道8的表面相接，源区10和接触区9的上方为源电极5。漏区11设置在有源区10的右侧，漏区11的上方为漏电极7。源电极5、栅电极6和漏电极7置于场氧层4中，其中源电极5和栅电极6位于场氧层4的左侧，漏电极7位于场氧层4的右侧。在本实施例中，接触区9为重掺杂N型区。源区10为重掺杂P型区。沟道8为N型轻掺杂。漏区11为P型重掺杂。有源层3为P型掺杂，且浓度为8.8e14/cm³。

固定界面电荷区12位于栅电极6和漏电极7之间的场氧层4内。固定界面电荷区12位于场氧层4的下部，并与场氧层4的下表面即场氧层4和有源层3的交界面相接触。固定界面电荷区12在横向延伸方向上呈连续设置，即固定界面电荷区12由若干个虚拟分割的区域组成，这些虚拟分割的区域的面密度为递减分布。从栅电极6到漏电极7，面电荷密度从2.0e12/cm²到1.0e12/cm²渐变，渐变步长为0.5e12/cm²。固定电荷区为正电荷。

图3为图1所示常规SOI型P-LDMOS功率器件与图2所示具有表面反型固定界面电荷的SOI型P-LDMOS功率器件结构的击穿特性对比图。由图可以看出，相对于常规SOI型P-LDMOS功率器件结构来说，应用了本发明具有表面反型固定界面电荷的SOI型P-LDMOS功率器件的击穿电压提高了50％。

图4为图1所示常规SOI型P-LDMOS功率器件与图2所示具有表面反型固定界面电荷的SOI型P-LDMOS功率器件的表面电场分布对比图。由图可以看出，常规SOI型P-LDMOS功率器件的表面电场在器件的栅电极6与漏电极7附近形成了较高的尖峰电场，栅漏之间的电场强度很小，导致器件容易击穿且击穿电压低；应用了本发明具有表面反型固定界面电荷的SOI型P-LDMOS功率器件的表面电场，栅电极6与漏电极7附近的电场尖峰有所降低，所引入反型固定界面电荷区12附近的电场强度显著增大，改善了电场分布，提高了击穿电压。

实施例2：

一种具有表面反型固定界面电荷的功率器件，即二极管功率器件，如图5所示，该功率器件包括衬底1、有源层3、场氧层4、阳极区13、阴极区14、阳极15、阴极16和固定界面电荷区12。衬底1，有源层3和场氧层4自下而上依次叠置。阳极区13和阴极区14位于有源层3的上部，其分别处于有源层3的两侧。阳极15和阴极16设置在场氧层4的两侧，阳极15位于阳极区13的正上方，阴极区14位于阴极区14的正上方。

固定界面电荷区12位于阳极15和阴极16之间的场氧层4内。固定界面电荷区12位于场氧层4的下部，并与场氧层4的下表面即场氧层4和有源层3的交界面相接触。固定界面电荷区12在横向延伸方向上呈间断设置，即固定界面电荷区12由若干独立的间隔分块组成，这些间隔分块在水平方向上依次排列。从阳极15到阴极16，这些间隔分块面密度为递减分布。固定电荷区的电荷极性为负电荷。

本发明在功率器件的栅电极6与漏电极7(或阴极16与阳极15)之间全部范围或部分范围的场氧层4中，靠近下表面处，引入的反型固定界面电荷，可以减小器件栅电极6与漏电极7(或阴极16与阳极15)附近的电场强度，防止器件提早击穿。反型固定界面电荷之间相互作用，在场氧层4中形成连续尖峰电场，该尖峰电场改善了有源层3的电场分布，从而有效提高器件的击穿电压。同时，由于漂移区离子部分电力线终止于反型固定界面电荷，有源层3优化掺杂浓度提高，导通电阻下降。