[发明专利]一种高边横向双扩散场效应晶体管

说明书

技术领域

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

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。

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一般均采用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LDMOS，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。

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是栅氧层，111是多晶硅栅电极，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

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（LDMOS），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。

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。

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。

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。

附图说明