[发明专利]具有深漏区的横向双扩散金属氧化物复合半导体场效应管及其制作方法

说明书

本发明提出了一种具有深漏区的横向双扩散金属氧化物复合半导体场效应管(LDMOS)及其制作方法。该LDMOS器件的主要是将碳化硅材料与硅材料结合，在碳化硅衬底上通过异质外延技术或键合技术形成硅外延层，并采用深漏区结构，漏区的下端深入碳化硅衬底。由于碳化硅是宽禁带半导体具有较高的临界击穿电场，深漏区结构可将漏区的高电场峰值引入碳化硅中，优化器件的纵向电场分布，最终使击穿发生在漏区硅/碳化硅界面附近，从而提高器件的击穿电压，改善了体硅LDMOS器件中击穿电压与比导通电阻的极限关系。此外，与硅材料相比碳化硅材料具有较高的热导率，以其为衬底有助于器件散热，可用于制作在高温条件下工作的功率器件。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，特别是涉及一种横向双扩散金属氧化物复合半导体场效应管。

背景技术

作为电力电子技术的核心，功率半导体器件的突破和创新引领着该领域的发展，其中，横向双扩散MOSFET(LDMOS)利用双扩散技术形成导电沟道，增大驱动电流的同时提高了耐压，具有易驱动、易集成、耐压高、开关速度高、输入阻抗高等优点，使其在各个领域得到广泛应用。

为进一步提高LDMOS的耐压能力，可采用RESURF技术和添加场板等方法优化表面电场峰值分布；然而在器件体内，尤其是漏区曲率较大的位置仍存在高电场峰值，容易发生击穿导致器件耐压下降，因此需对纵向电场进行优化。

发明内容

本发明提出了一种具有深漏区的横向双扩散金属氧化物复合半导体场效应管，旨在优化LDMOS器件击穿电压与比导通电阻的矛盾关系。

本发明利用硅成熟工艺的优势及碳化硅具有较大临界击穿电场特性，采取碳化硅材料(宽带隙半导体材料)与硅材料(元素半导体材料)相结合的结构，增大漏区深度使其深入碳化硅衬底内部，将漏区的高电场峰值引入碳化硅衬底，从而提高器件的纵向耐压；同时碳化硅衬底易于散热，总体上提升了器件性能。

本发明的技术方案如下：

该具有深漏区的横向双扩散金属氧化物复合半导体场效应管(LDMOS)，包括：

半导体材料的衬底；

在衬底上生长或键合形成的外延层；

基于所述外延层形成的基区和漂移区；

在基区和漂移区上形成的有源区，进而形成的栅绝缘层以及栅电极；

通过离子注入在所述基区临近漂移区一侧形成的源区和沟道；

在所述漂移区远离栅电极一侧离子注入形成的漏区；

在所述基区上、源区外侧离子注入形成的沟道衬底接触；

在所述源区和沟道衬底接触表面短接形成的源电极；

在所述漏区上形成的漏电极；

有别于现有技术的是：

所述衬底为宽带隙半导体材料，在衬底上生长或键合形成的所述外延层为元素半导体材料；漂移区掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度；在漂移区远离栅电极一侧离子注入形成的所述漏区纵向深入到宽带隙半导体材料的衬底，漏区深度根据器件的耐压要求确定。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：

上述宽带隙半导体材料为碳化硅、氮化镓或者金刚石，元素半导体材料为硅或锗。

器件耐压要求为50V-1500V，则漏区深入至衬底的部分占整个漏区的10％-60％。