一种高耐压低比导的高K功率器件制造技术

本发明专利技术涉及的高耐压低比导的高K功率器件属于功率半导体器件技术领域。本发明专利技术在漂移区引入高K介质槽以辅助耗尽漂移区降低器件的导通电阻，还可以调制器件的体内电场分布来提高器件的击穿电压。在高K介质槽下界面引入的高浓度N型条，开态时，提供低阻通道，降低器件的导通电阻。同时利用高K介质槽的辅助耗尽作用提高N型条和漂移区的浓度进一步降低器件的导通电阻；关态时，缩短电离积分路径，可以提高体内电场，提高器件击穿电压。并且浅而宽的高K介质槽结构，在工艺填充时更容易实现。采用本发明专利技术可获得各种性能优良的横向低比导高耐压高K半导体功率器件。

A high voltage, low ratio guided high K power device

The invention relates to a high voltage resistance and low ratio guided high K power device, belonging to the technical field of power semiconductor devices. The invention introduces a high K dielectric slot in the drift region to assist the exhaustion of the drift region, to reduce the on resistance of the device, and to improve the breakdown voltage of the device by modulating the electric field distribution in the device. The high concentration N bar is introduced at the interface of high K dielectric slot, which provides low resistance channel and reduces the turn-on resistance of the device. At the same time, the use of auxiliary high K dielectric slot depletion effect of increased N concentration profile and drift region to further reduce the on resistance of the device; the off state, shorten the ionization integral path, can improve the electric field, the breakdown voltage is increased. And the shallow and wide high K dielectric groove structure is easier to implement when the process is filled. By adopting the invention, a high lateral K power device with high performance, low aspect ratio, high conduction resistance and high voltage can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种高耐压低比导的高K功率器件
本专利技术涉及的高耐压低比导的高K功率器件属于功率半导体器件

技术介绍
功率半导体器件，由P=IV可知，就是一类可以在高压、大电流下工作的微电子器件。并沿着提高功率和频率的方向发展。基于以上的要求，功率器件的设计要求具有高的击穿电压BV，低的比导通电阻Ron,sp和实现开态和关态之间的快速转换。对于现阶段通常研究的硅材料器件，比导通电阻Ron,sp与击穿电压BV成指数增长的关系——即“硅极限”，比导通电阻增加会使器件的导通损耗增加，降低器件的性能。实现器件比导通电阻Ron,sp和耐压BV之间的折中，是设计功率器件的主要研究工作。随着半导体工艺技术的不断发展，器件的栅极尺寸由.5um减小到.18um，器件越来越小，集成度越来越高，功耗越来越低。所以在保持器件高的击穿电压的同时减小器件的表面积也就是漂移区的长度，成为设计功率器件的又一考虑因素。槽型功率器件是将介质槽深入漂移区内，使漂移区向下弯曲，缩小横向漂移区长度，使得器件的表面积大大减小，减小生产成本。并且槽栅结构可以将横向沟道转变成纵向沟道。开态时，在槽栅的边缘有电子的积累，形成沟道，使器件内部电流分布更加均匀；关态时，槽栅结构可以优化纵向电场，和纵向介质槽承担部分漏极电压，使器件耐压得到提高。为了进一步优化比导通电阻和器件耐压的关系，陈星弼院士提出了超结功率器件，但是超结功率器件存在衬底辅助耗尽效应，使得N条和P条电荷不平衡，进而大大影响器件的耐压特性。而在器件的漂移区中引入高K介质槽结构，由于硅材料的介电系数（εs=11.9）远小于高K材料的介电系数（高K材料介电系数可达几百甚至上千），硅材料的电导率大于高K材料的电导率。在开态时，硅材料的电流密度远大于高K材料的电流密度，器件呈现低阻通道现象；在关态时，由于高K材料的介电系数远高于硅材料的介电系数，因此绝大部分的电力线经过高K介质终止于源端，因此硅层内及表面电场较低，避免出现提前击穿，提高器件的耐压。高K介质槽可以辅助耗尽漂移区，提高器件的耐压和降低器件的比导通电阻的作用。相对于低K介质槽结构，高K介质槽在工艺上具有更大的优势：（1）击穿电压随漂移区浓度范围变化不是很明显，工艺容差较大；（2）由于高K介质槽设计成浅而宽的槽型结构，在工艺填充时更容易实现，所以高K介质槽具备更好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术申请的目的在于通过在器件漂移区中引入高K介质槽辅助耗尽漂移区，提高器件的击穿电压，降低器件的比导通电阻，缓解器件的“硅极限”问题。通过在高K介质槽的下界面引入高浓度的N+条，提供低阻通道，进一步降低器件的导通电阻，进而降低器件的比导通电阻。在器件的左边引入深槽栅结构，在开态时，在栅氧化层处积累电子，提供低阻通道，降低器件比导通电阻。三者共同作用，进一步扩展了低比导高压功率器件的应用范围。为解决上述问题，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种高耐压低比导的高K功率器件，其元胞结构包括P型衬底11、氧化层32，N型漂移区21，其特征在于：所述N型漂移区21包括P型阱区13，高K介质槽41；多晶硅栅电极54。具体的，所述P型阱区13包括P型重掺杂区12和N型重掺杂区23，其上端是源端电极52，左端是栅氧化槽32。具体的，所述源端电极52和栅电极51通过钝化层33隔离。具体的，所述多晶硅栅电极54设置在N漂移区21的左端。具体的，所述多晶硅栅电极54延伸到漂移区里面与氧化层31相连。具体的，所述高K介质槽结构设置在N型漂移区21中与P型阱区13和N型重掺杂区24相连接。具体的，所述N型重掺杂区24上端设置有漏端电极53。具体的，所述漏端电极53和源端电极52通过钝化层34隔离。具体的，所述高浓度N型条22设置在N型漂移区21中并且设计在高K介质槽41的下边，与高K介质槽41相连接。具体的，所述衬底电极55设置在P型衬底11的下表面。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：本专利技术提供的一种高耐压低比导的高K功率器件，在漂移区21内引入了高K介质槽41，在高K介质槽41的下侧引入了高浓度N型条22。本专利技术与传统技术相比，即在器件的漂移区中引入高K介质槽相当于两个场板结构，辅助耗尽漂移区，提高器件耐压，提高漂移区浓度，降低器件的比导通电阻。在高K界面处引入高浓度N型条可以使器件在开态的时候提供低阻通道，进一步降低器件的比导通电阻，在关态时，减小了电离积分路径，提高器件的击穿电压，实现耐压和比导的折中，获得更高的功率优值FOM。使用深槽栅结构，在开态时积累电子，降低器件的比导通电阻。相对与低K介质槽结构，高K介质槽在工艺上具有更大的优势：（1）击穿电压随漂移区浓度范围变化不是很明显，工艺容差较大；（2）由于高K介质槽设计成浅而宽的槽型结构，在工艺填充时更容易实现。附图说明图1是常规横向高压功率器件结构剖面示意图；图2是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件结构剖面图；图3是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件的关态原理示意图；图4是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件的开态原理示意图；图5是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件和常规结构的横向电场对比图；图6是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件和常规结构的纵向电场对比图；图7是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件和常规结构击穿时的等势线分布图；图8是本专利技术的浅槽栅结构的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件的结构图；图9是本专利技术的中等槽栅结构的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件的结构图；图10是本专利技术的深槽栅结构的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件的结构图；图11是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件剖面图，其中第2条高浓度N型条25位于介质槽的右侧；图12是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件剖面图，在图2的基础上设计两个栅电极；图13是本专利技术的深槽栅结构的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件结图，埋氧层31设置为阶梯形状；图14是本专利技术的深槽栅结构的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件结图，埋氧层31设置为双面阶梯形状；图15是本专利技术的深槽栅结构的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件结图，埋氧层31设置为部分埋氧层结构；图16是本专利技术的深槽栅结构的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件结图，埋氧层31设置为高K埋氧层，即42为高K材料；图17是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件结构图，其栅电极槽栅结构，栅极在器件左边，并且栅氧物为高K材料，即42为高K材料；图18是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件结构图，其栅电极槽栅结构，栅极在器件中间，并且栅氧化物为高K材料，即42为高K材料；图19是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件应用到体硅器件中，其衬底材料P型体硅；图20是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件应用到体硅器件中，其衬底材料P型体硅，槽栅延伸到P型衬底里面；图21是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件应用到PMOS器件中，其N型漂移区21变为P型漂移区12；图22是本专利技术的高K介质槽低比导通电阻的横向高压器件应用到LIGBT中，14为P型重掺杂,25为高浓度的N-Buffer区。图23是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐压低比导的高K功率器件，其元胞结构包括P型衬底11、SiO

【技术特征摘要】
1.一种高耐压低比导的高K功率器件，其元胞结构包括P型衬底11、SiO2埋氧层31、N型漂移区21，其特征在于：所述N型漂移区21包括高K介质槽41、高掺杂N条22、P阱区13。2.根据权利要求1所述的一种高耐压低比导的高K功率器件，其特征在于：所述P阱区13包括P型重掺杂区12和N型重掺杂区23，其上端是源端电极52，其左端是栅氧化层32和多晶硅栅场板54。3.根据权利要求1所述的一种高耐压低比导的高K功率器件，其特征在于：所述的多晶硅栅场板54与栅电极51相连。4.根据权利要求1所述的一种高耐压低比导的高K功率器件，其特征在于：所述栅极金属51和源极金属52通过介质层32隔离。5.根据权利要求1所述的一种高性能的高K功率器件，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丽娟，袁娜，杨航，胡利民，宋月，雷冰，张银艳，章中杰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43