[发明专利]一种低导通电阻的双栅横向双扩散金属氧化物半导体器件

说明书

本发明是一种低导通电阻的双栅横向双扩散金属氧化物半导体器件，在P型体区(11)内设有N型源区(12)、P型源区(13)和沟槽多晶硅栅极(8)，所述沟槽多晶硅栅极(8)位于N型源区(12)内，沟槽多晶硅栅极向下延伸至高压N型区(2)并且沟槽底部向N型漏区(4)方向延伸一定长度形成L型沟槽栅结构。本发明器件通过改变沟槽栅的电流路径，克服了传统结构中平面栅电流对沟槽栅电流的“挤压效应”。此外，延展至漂移区体内的沟槽栅上表面形成的电子积累层，进一步增加了电流密度。而且，由于延展至体内的沟槽栅极远离器件表面，未引入新的电场峰值，从而可实现同等击穿电压下更高的电流密度。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，是一种具有低导通电阻的双栅横向双扩散金属氧化物半导体器件。

背景技术

随着半导体技术的持续发展与进步，功率半导体器件已经成为现代工业不可缺少的重要电子元件。因横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Lateral Double-DiffusedMOSFET，简称LDMOS具有开关频率高、可靠性高、易驱动等优点，在功率半导体器件中占据着重要地位。同时，由于其与CMOS制造工艺兼容，LDMOS器件具有更加低廉的制造成本和更高的集成性，被广泛应用于移动通信、汽车电子、航空航天等领域。

在功率LDMOS器件的应用场景中，其特征导通电阻(R_on,sp)的大小决定了器件功耗乃至整个芯片的能耗。为此，特征导通电阻(R_on,sp)设计成为功率 LDMOS器件的重中之重。然而器件的特征导通电阻(R_on,sp)优化与其击穿电压的设计是相互矛盾的。为了更好地平衡这一矛盾，诸多技术被提出并应用于功率 LDMOS器件中，尤其是沟槽栅技术。沟槽栅结构的原理是在常规LDMOS器件中嵌入一个纵向的沟槽栅。当器件开启时，P型体区在沟槽栅侧壁上反型形成额外的电流通路，可显著提升器件的电流密度，从而有效降低器件的特征导通电阻 (R_on,sp)，同时关态下沟槽栅结构未引入额外的电场，器件的击穿电压未受影响。然而，传统双栅LDMOS由于平面栅电流对沟槽栅电流的“挤压效应”限制了沟槽栅的电流能力。若增加漂移区浓度虽使沟槽电流提升，则会造成击穿电压的下降。

发明内容

技术问题：为了使器件满足同等击穿电压(BV)的条件下，有效降低特征导通电阻(R_on,sp)从而获得更好的性能，本发明提供一种具有低导通电阻的双栅横向双扩散金属氧化物半导体器件。该器件通过改变沟槽栅的电流路径，克服了传统结构中平面栅电流对沟槽栅电流的“挤压效应”。此外，延展至漂移区体内的沟槽栅上表面形成的电子积累层，进一步增加了电流密度。而且，由于延展至体内的沟槽栅极远离器件表面，未引入新的电场峰值，从而可实现同等击穿电压下更高的电流密度。

技术方案：本发明的一种具有低导通电阻的双栅横向双扩散金属氧化物半导体器件采用的技术方案如下：

该器件包括：P型衬底，在P型衬底上设有高压N型区，在高压N型区内的上部设有N型漂移区和P型体区，在N型漂移区内上部的外侧设有N型漏区，在P型体区内的上部设有N型源区、P型源区和沟槽多晶硅栅极；在N型漂移区的上表面设有场氧化层且场氧化层的一个边界延伸至N型漏区的边界，在P 型体区的上表面设有栅氧化层且栅氧化层的一端与场氧化层的另一个边界相抵，所述栅氧化层的另一端与N型源区的一端相抵；在N型漏区的上表面设有漏极金属接触，在N型源区和P型源区的上表面设有源极金属接触；所述沟槽多晶硅栅极向下延伸至高压N型区内的下部且沟槽多晶硅栅极下部区域向N型漏区方向延伸一段距离。

所述沟槽多晶硅栅极向下延伸的深度应使沟槽栅底部处于高压N型区中，且不与P型衬底接触。

所述沟槽多晶硅栅极底部厚度的区域向N型漏区延展时，最短处应位于P 型体区边界下方，最远处位于器件N型漏区的边界。

本发明的低导通电阻的双栅横向双扩散金属氧化物半导体器件的制备方法包括：