一种具有延伸栅结构的SOI LDMOS器件，属于半导体功率器件技术领域。本发明专利技术在常规SOI LDMOS器件漂移区表面引入从多晶硅栅延伸至漏电极的延伸栅结构。在延伸栅结构中引入在器件开态时反向偏置的PN结来减小泄漏电流。延伸栅结构一方面在器件导通状态，在靠近延伸栅介质的漂移区表面感应出多数载流子的积累层，为开态电流提供了一条超低电阻通道,从而显著降低器件的比导通电阻，并使比导通电阻不依赖于漂移区掺杂浓度；另一方面在器件关断状态，延伸栅结构调节漂移区中电场分布从而提高了器件的耐压。此外，开态电流绝大部分由电荷积累层低阻通道流过，因此其温度分布均匀，器件更加稳定。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种具有延伸栅结构的SOI?LDMOS器件，属于半导体功率器件
。本专利技术在常规SOI?LDMOS器件漂移区表面引入从多晶硅栅延伸至漏电极的延伸栅结构。在延伸栅结构中引入在器件开态时反向偏置的PN结来减小泄漏电流。延伸栅结构一方面在器件导通状态，在靠近延伸栅介质的漂移区表面感应出多数载流子的积累层，为开态电流提供了一条超低电阻通道,从而显著降低器件的比导通电阻，并使比导通电阻不依赖于漂移区掺杂浓度；另一方面在器件关断状态，延伸栅结构调节漂移区中电场分布从而提高了器件的耐压。此外，开态电流绝大部分由电荷积累层低阻通道流过，因此其温度分布均匀，器件更加稳定。【专利说明】—种具有延伸栅结构的SOI LDMOS器件
本专利技术属于半导体功率器件
，涉及横向半导体功率器件，尤其是一种具有延伸栅的高压、低阻横向功率 SOI LDMOS(Lateral Double-diffused Metal - Oxide -Semiconductor,横向双扩散金属-氧化物-半导体)器件。
技术介绍
功率MOSFET的关键参数是高压和低导通电阻。由于MOSFET属于单极型器件，其耐压的提高伴随着漂移区长度的增加和漂移区浓度的降低；而且，对于传统的高压功率M0SFET，其导通电阻主要由其漂移区电阻决定。这就导致器件的比导通电阻Rm，sp(比导通电阻=导通电阻X器件面积)相对于耐压BV按照关系式Rm，sp - BV2-5急剧增加，从而导致功耗急剧增加，并且器件的开关速度也随之降低。 对于常规的SOI LDMOS,其漂移区的厚度和大小需满足RESURF原理才能在阻断状态下完全耗尽，从而达到器件的最高耐压。如果器件的漂移区较厚，则漂移区的掺杂浓度就比较低，导致其比导通电阻较大，而且RESURF效应较弱，对于漂移区的电场调节作用不显著，因此对于器件耐压的提高效果不明显。 与常规的S0ILDM0S相比，薄SOI层LDMOS由于有源区纵向厚度非常小，因此其在纵向的电离积分路径就很短，从而使得其体内的纵向临界击穿电场显著增加。在有源区和介质埋层界面处满足高斯定理，因此其介质埋层的电场强度会显著提高，从而提高器件的纵向耐压。薄SOI层LDMOS为满足RESURF原理来提高横向耐压，其漂移区需要变化掺杂，其掺杂浓度从靠近体区到靠近漏区需逐渐增加，这会造成其漂移区的电阻分布不均匀，其中靠近体区附近由于掺杂浓度较低而存在较大电阻从而在器件导通时产生热点进而影响器件工作的稳定。 1991 年 S.Merchant, E.Arnold, H.Baumgart, S.Mukher jee, H.Pein,和 R.Pinker 在文章《REALIZAT1N OF HIGH BREAKDOWN VOLTAGE (>700V) IN THIN SOI DEVICES))(对比文献I)中用理论和实验证实通过在漂移区(3a)线性掺杂能够提高器件的击穿电压(器件结构如图1所示)。然而，对漂移区(3a)进行线性掺杂会导致漂移区的电阻分布不均匀(靠近沟道区电阻较大，靠近漏区电阻较小)，因此会造成器件导通时在靠近低电位的漂移区形成热点，从而导致器件内的温度分布不均勻，进而影响器件的稳定性。2000年TheodoreLetavic 和 Mark Simpson 在美国专利《LATERAL THIN-FILM SILIC0N-0N-1NSULAT0R(SOI)DEVICE HAVINGMULTIPLE ZONES IN THE DRIFT REG1N》(对比文献 2:US006023090A)中利用分区域变化掺杂的漂移区(3a)和在阶梯变化的顶部氧化层(8)上引入栅场板来获得高的击穿电压和低的导通电阻(器件结构如图2所示)，但是该结构对损耗的降低有限，而且不能有效缓解漂移区(3a)掺杂不均匀引起的温度分布不均匀。中国专利《一种具有结型场板的功率LDMOS器件》(对比文献3:CN103268890A)中提出在器件的漂移区(3a)表面形成由PN结构成的结型场板(器件结构如图3所示)，利用结型场板中的PN结电场分布调制器件表面电场，使器件表面电场分布更加均匀来提高器件的耐压，同时利用结型场板对漂移区(3a)的辅助耗尽作用大幅度提高漂移区掺杂水平从而降低导通电阻。然而，该结构中结型场板的低电位端(9)连接的是源极S，高电位端(11)连接的是漏极D，因此其导通电阻依然由漂移区掺杂浓度决定，并不能得到显著地降低。以上所述器件的导通电阻均强烈依赖于漂移区掺杂浓度，但漂移区的掺杂浓度不能太高，必须满足RESURF原理才能在阻断状况下完全耗尽，而且线性掺杂的漂移区会造成漂移区寄生电阻分布不均匀，从而导致器件工作时温度分布不均匀。
技术实现思路
本专利技术针对现有横向SOI LDMOS器件存在的线性掺杂的漂移区会造成漂移区寄生电阻分布不均匀，从而导致器件工作时温度分布不均匀的技术问题，提供一种具有延伸栅结构的SOI LDMOS器件。本专利技术提供的具有延伸栅结构的SOI LDMOS器件正向导通时，在漂移区形成电荷积累层从而降低比导通电阻；与此同时，由于绝大部分电流由电荷积累层通过，而仅有很少一部分电流流经漂移区电阻，因此器件的温度分布更加均匀，器件工作更加稳定。 本专利技术技术方案如下: 一种具有延伸栅结构的SOI LDMOS器件，其元胞结构如图4a至图4e所示，包括纵向自下而上的衬底层I，介质埋层2和第一导电类型半导体有源层3。第一导电类型半导体有源层3 —侧具有第二导电类型半导体体区4，第二导电类型半导体体区4表面具有相邻的第一导电类型半导体源区6和第二导电类型半导体体接触区5，第一导电类型半导体源区6和第二导电类型半导体体接触区5表面引出端接金属化源极S ;第一导电类型半导体有源层3另一侧具有第一导电类型半导体漏区7，第一导电类型半导体漏区7表面引出端接金属化漏极D ;第二导电类型半导体体区4与第一导电类型半导体漏区7之间的第一导电类型半导体有源层3形成第一导电类型半导体漂移区3a ;第二导电类型半导体体区4表面，包括与之相连的部分第一导电类型半导体源区6表面具有栅介质8，栅介质8表面具有栅导电材料13，所述栅导电材料13表面接金属化栅电极G。 所述栅介质8覆盖第二导电类型半导体体区4表面的同时沿器件第一导电类型半导体漂移区3a表面延伸至第一导电类型半导体漏区7，在栅介质8延伸部分的表面具有延伸栅半导体材料，栅介质8延伸部分和延伸栅半导体材料构成延伸栅结构；所述延伸栅半导体材料从靠近栅导电材料13起到靠近金属化漏极D止依次为顺序连接的第二导电类型半导体栅接触区9、高阻区10、第一导电类型半导体场截止区11和第二导电类型半导体漏接触区12，其中第二导电类型半导体栅接触区9与金属化栅电极G电气连接，第二导电类型半导体漏接触区12与金属化漏极D电气相接。 上述技术方案中，所述第一导电类型半导体有源层(3)的优选厚度小于I微米，这样器件关断耐压状态延伸栅对漂移区的电场调制更加有效。 上述技术方案中，所述延伸栅半导体材料可以采用多晶半导体或单晶半导体材料。其中，采用多晶半导体材料的器件制作工艺更为简单。 本专利技术提供的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有延伸栅结构的SOI LDMOS器件，其元胞结构包括纵向自下而上的衬底层(1)，介质埋层(2)和第一导电类型半导体有源层(3)；第一导电类型半导体有源层(3)一侧具有第二导电类型半导体体区(4)，第二导电类型半导体体区(4)表面具有相邻的第一导电类型半导体源区(6)和第二导电类型半导体体接触区(5)，第一导电类型半导体源区(6)和第二导电类型半导体体接触区(5)表面引出端接金属化源极(S)；第一导电类型半导体有源层(3)另一侧具有第一导电类型半导体漏区(7)，第一导电类型半导体漏区(7)表面引出端接金属化漏极(D)；第二导电类型半导体体区(4)与第一导电类型半导体漏区(7)之间的第一导电类型半导体有源层(3)形成第一导电类型半导体漂移区(3a)；第二导电类型半导体体区(4)表面，包括与之相连的部分第一导电类型半导体源区(6)表面具有栅介质(8)，栅介质(8)表面具有栅导电材料(13)，所述栅导电材料(13)表面接金属化栅电极(G)；其特征在于：所述栅介质(8)覆盖第二导电类型半导体体区(4)表面的同时沿器件第一导电类型半导体漂移区(3a)表面延伸至第一导电类型半导体漏区(7)，在栅介质(8)延伸部分的表面具有延伸栅半导体材料，栅介质(8)延伸部分和延伸栅半导体材料构成延伸栅结构；所述延伸栅半导体材料从靠近栅导电材料(13)起到靠近金属化漏极(D)止为顺序连接的第二导电类型半导体栅接触区(9)、高阻区(10)、第一导电类型半导体场截止区(11)和第二导电类型半导体漏接触区(12)，其中第二导电类型半导体栅接触区(9)与金属化栅电极(G)电气连接，第二导电类型半导体漏接触区(12)与金属化漏极(D)电气相接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗小蓉，李鹏程，田瑞超，徐青，张彦辉，魏杰，石先龙，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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