[发明专利]降压用耗尽型N型横向双扩散金属氧化物半导体管

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，更具体的说，是关于一种适用于降压电路的全隔离耗尽型高压N型横向双扩散金属氧化物半导体管的新结构。

背景技术

功率半导体器件是电力电子系统进行能量控制和转换的基本电子元件，电力电子技术的不断发展为半导体功率器件开拓了广泛的应用领域。以横向双扩散金属氧化物半导体晶体管为代表的现代电力电子器件和相关产品在工业、能源、交通等用电的场合发挥着日益重要的作用，是机电一体化设备、新能源技术、空间和海洋技术、办公自动化及家用电器等实现高性能、高效率、轻量小型的技术基础。

耗尽型横向双扩散金属氧化物半导体晶体管作为一种常开器件在大规模集成电路中有着特殊的应用，为使耗尽型横向双扩散金属氧化物半导体晶体管更好地满足在高压电路中作为降压器件为低压电路提供低压电源的功能，同时做到缩小器件面积，降低耗尽型横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的阈值电压至关重要。

在相关技术中，很少有人关注耗尽型高压横向双扩散金属氧化物半导体管，传统耗尽型高压横向双扩散金属氧化物半导体管的阈值电压仅仅依靠多晶硅栅极耗尽沟道注入区，但由于耗尽能力的限制导致传统结构耗尽管的阈值电压分布在-1到-3V之间，最终通过耗尽管降压后得到的低压电源不能驱动低压部分的电路，或者在满足电压驱动后，为达到一定的驱动电流而必须增大耗尽管面积。

另外，在降压电路中，由于结型场效应晶体管可以很好的满足系统需求，但由于在BCD工艺中考虑到双极晶体管、金属氧化物半导体管以及高压双扩散金属氧化物半导体管各种器件之间的折中关系，采用寄生结构制造的结型场效应晶体管性能较差，击穿电压偏低，电流能力较小。

本发明中在N型沟道注入区的下方注入一层P型掺杂区，通过多晶硅电极和该P型掺杂区共同耗尽夹断N型沟道注入区，大大提高N型沟道注入区浓度和结深，进而大幅度地降低了该结构耗尽管阈值电压。同时根据电极的接法，源端可以产生低压电路所需的的电压源。

发明内容

本发明提供了一种降压用耗尽型N型横向双扩散金属氧化物半导体管。

本发明采用如下技术方案：

一种降压用耗尽型N型横向双扩散金属氧化物半导体管，包括：P型半导体衬底，在P型半导体衬底上设置有N型埋层，在N型埋层上设置有P型阱区，在P型阱区的左右两侧分别设有构成PN结隔离的第一N型阱区及第二N型阱区，在第一N型阱区上设有第一N型欧姆接触区，在第二N型阱区上设有第二N型欧姆接触区，在P型阱区表面右侧设置有漏端N型漂移区，在漏端N型漂移区表面上设置有N型漏区，在P型阱区表面左侧设置有P型接触区、N型源区和N型沟道注入区，在N型沟道注入区上方设置有栅氧化层，在P型阱区、第一N型阱区及第二N型阱区的表面的P型接触区、N型源区、N型沟道注入区、N型漏区、第一N型欧姆接触区和第二N型欧姆接触区之外区域设置有场氧化层，在栅氧化层的上方设置有多晶硅电极且所述多晶硅电极延伸至和栅氧化层右侧相邻的场氧化层上方，在P型接触区和多晶硅电极上方布有栅极金属连线，在N型漏区上方有漏极金属连线，在N型源区上方有源极金属连线，在第一N型欧姆接触区上连接有第一金属电极连线，在第二N型欧姆接触区上连接有第二金属电极连线，在P型接触区、N型源区、N型漏区、场氧化层、多晶硅电极、第一N型欧姆接触区和第二N型欧姆接触区的表面的栅极金属连线、源极金属连线、漏极金属连线、第一金属电极连线和第二金属电极连线之外区域设置有介质隔离氧化层，其特征在于在P型阱区内设有P型注入区，且P型注入区的左端边界位于N型源区的下方，P型注入区的右端边界与漏端N型漂移区相邻。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明中，在N型沟道注入区的正下方设置有P型注入区，且通过P型接触区和多晶硅电极引出的金属连线连在一起共同作为器件的栅极，这样多晶硅电极和P型注入区同时对N型沟道区进行耗尽以夹断沟道区，解决了传统结构只靠多晶硅电极耗尽带来的阈值电压受限的缺点，使得阈值电压大幅度降低。该结构通过一系列实验证明阈值电压可达-7v，如图5。另外通过调整注入的P型注入区和N型沟道注入区的浓度，该结构耗尽管的阈值电压可以根据电压电路系统需要加以调整。

(2)本发明中，该器件在降压电路应用中电路架构简单。漏极直接接高压电源，由P型接触区和多晶硅电极相互连构成的栅极接地，而源极连接至低压电路部分以提供低压电源。

(3)本发明中，通过将N型阱区接至高压电源以形成反偏PN结全隔离结构，实现了P型注入区电位的变化对整个芯片的衬底电位没有任何影响，增强了该耗尽管工作状态设计的自由性。