[发明专利]一种横向功率MOS高压器件

说明书

本发明涉及一种横向功率MOS高压器件，包括多层衬底P型硅层、N型有源层和P型区，N型有源层设置于多层衬底P型硅层的上方，多层衬底P型硅层包括n层P型硅层，P型硅层的层数n为大于或等于2的整数，第n层P型硅层与第(n‑1)层P型硅层之间设有设有不连续的N+区，N+区与P型硅层衬底形成NP结，N型有源层与第n层P型硅层部分通过P型区接触。在常规的基于RESURF器件的基础上，通过在多层衬底P型硅层界面埋设不连续的N+区，使得衬底电势钉扎，在衬底中引入新的电场峰值，降低漏端下方主结电场，达到辅助衬底耗尽的目的；还使得N+区与P型硅层衬底形成的NP结的纵向电场值降低，从而在保证器件不击穿的条件下达到优化器件横向电场的目的。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种横向功率MOS高压器件。

背景技术

横向功率LDMOS器件，即横向双扩散金属-氧化物-半导体器件，其广泛应用于功率集成领域，但是对于如何提高器件的击穿电压一直是人们长期关注的焦点问题之一，现有技术中提供了众多解决该问题的方案，其中RESURF(Reduced Surface Field,降低表面电场)技术和结终端技术(如横向变掺杂技术、表面降场层技术)是较为常用的技术。图1为典型的RESURF技术LDMOS器件结构，其中1为第1层P型衬底，4为N型有源层，7为衬底电极，8为漏N+区，9为漏电极，10为源P+区，11为源N+区，12多晶硅栅，13为栅氧化硅层，14为P-Body区，16为场氧化硅层，17为源电极。关态时，衬底电极和源电极接地，漏电极接高压，该结构当外延层全部耗尽时，外延层耗尽区电场与衬底耗尽区电场相互抵消，降低了表面电场，使击穿点由横向PN结表面转移到体内，达到提高击穿电压和降低比导通电阻的效果。相关具体内容可见参考文献：J.A.Appels and H.M.J.Vaes,High-voltage thin layer devices,IEDM Tech.Dig.,1979,pp.238-241；S.Y.Han,H.W.Kim,and S.K.Chung,Surface fielddistribution and breakdown voltage of RESURF LDMOSFETs,MicroelectronicsJournal,2001,31(8),pp.685-688。在RESURF结构基础上，双RESURF(Double-RESURF)结构被提出，见图2，其中1为第1层P型衬底，4为N型有源层，7为衬底电极，8为漏N+区，9为漏电极，10为源P+区，11为源N+区，12多晶硅栅，13为栅氧化硅层，14为P-Body区，16为场氧化硅层，17为源电极，18为P-top降场层。与单RESURF相比，双RESURF是在漂移区表面加一个P-top降场层，该P-top层辅助耗尽N-漂移区，在满足RESURF条件时使得N漂移区掺杂浓度进一步提高，从而获得更小的导通电阻，同时降场层的存在可优化器件横向电场，获得高的击穿电压。相关内容可见参考文献：Souza M.M.D.,Narayanan E.M.S.,Double RESURFtechnology for HVIC,Electronics Letters,1996,Vol.32,No.12,pp.1092-1093；Hardikar S.,Souza M.M.D.,Xu Y.Z.,et al.,A novel double RESURF LDMOS for HVIC’s,Microelectronics Journal,2004,Vol.35,No.3,pp.305-310。基于横向变掺杂技术的LDMOS结构可参见图3，其中，1为第1层P型衬底，7为衬底电极，8为漏N+区，9为漏电极，10为源P+区，11为源N+区，12多晶硅栅，13为栅氧化硅层，14为P-Body区，16为场氧化硅层，17为源电极，19为横向变掺杂的N型有源层。其概念N型有源层由源自漏逐渐增厚，在反向偏置电压可获得均匀的横向电场分布，获得高的击穿电压。详见文献Hardikar,S.,Tadikonda,R.,Green,D.W.,Vershinin,K.V.,and Narayanan,E.M.S..Realizing high-voltagejunction isolated LDMOS transistors with variation in lateral doping,IEEETrans.Electron Devices,2004,51,(12),pp.2223–2228。目前典型的常规LDMOS器件在阻断状态时，衬底电势过于集中，从而影响器件击穿电压的进一步提高，如何通过新器件结构的设计以获得高的击穿电压仍然是LDMOS领域内世界范围内的研究热点。