本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有表面反型固定界面電荷的功率器件。

背景技術(shù)：

當(dāng)代功率集成電路被廣泛應(yīng)用于電力控制系統(tǒng)、汽車電子、顯示器件驅(qū)動(dòng)、通信和照明等日常消費(fèi)領(lǐng)域以及國(guó)防和航天等諸多重要領(lǐng)域，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)其核心部分高壓功率半導(dǎo)體器件的要求也越來越高。

在橫向高壓功率器件的設(shè)計(jì)過程中,必須綜合考慮擊穿電壓、導(dǎo)通電阻、工藝復(fù)雜度以及可靠性等因素的相互影響,使其達(dá)到一個(gè)較為合理的折中。通常某一方面性能的提高往往會(huì)導(dǎo)致其它方面性能的下降,擊穿電壓和導(dǎo)通電阻即存在著這樣的矛盾關(guān)系。如何在提高擊穿電壓的同時(shí)能夠保持導(dǎo)通電阻減小或者不變成為相關(guān)領(lǐng)域廣大研究者追求的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種具有表面反型固定界面電荷的功率器件，其能夠改善電場(chǎng)分布,提高功率半導(dǎo)體器件的耐壓特性，降低導(dǎo)通電阻。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

具有表面反型固定界面電荷的功率器件，該功率器件包括場(chǎng)氧層和有源層，場(chǎng)氧層位于有源層之上；場(chǎng)氧層內(nèi)還設(shè)有變摻雜的固定界面電荷區(qū)；固定電荷區(qū)的電荷極性與有源層離子所屬的極性相反；固定界面電荷區(qū)位于場(chǎng)氧層的下部，并與場(chǎng)氧層的下表面即場(chǎng)氧層和有源層的交界面相接觸。

上述方案中，固定界面電荷區(qū)在橫向延伸方向上呈連續(xù)設(shè)置或呈間斷設(shè)置。

上述方案中，固定界面電荷區(qū)為橫向變摻雜的固定界面電荷區(qū)。

上述方案中，固定界面電荷區(qū)的面電荷密度在橫向方向上逐漸變化。

上述方案中，有源層的材質(zhì)為Si、SiC、GaAs、SiGe或GaN。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1、反型固定界面電荷之間相互作用，將有源層的電場(chǎng)線拉高，并且在面電荷密度突變處引入新的電場(chǎng)峰值，降低最大電場(chǎng)峰值的同時(shí)提高了器件的橫向耐壓。

2、由于場(chǎng)氧層中反型固定界面電荷的存在，漂移區(qū)部分離子與反型固定界面電荷相互作用，所以相對(duì)于常規(guī)器件，具有表面反型固定界面電荷的功率器件的有源層優(yōu)化摻雜濃度需要提高，器件的導(dǎo)通電阻下降。

附圖說明

圖1為常規(guī)SOI型P-LDMOS功率器件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種具有表面反型固定界面電荷的功率器件(SOI型P-LDMOS功率器件)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為常規(guī)SOI型P-LDMOS功率器件與具有表面反型固定界面電荷的SOI型P-LDMOS功率器件結(jié)構(gòu)的擊穿特性對(duì)比圖。

圖4為常規(guī)SOI型P-LDMOS功率器件與具有表面反型固定界面電荷的SOI型P-LDMOS功率器件的表面電場(chǎng)分布對(duì)比圖。

圖5為另一種具有表面反型固定界面電荷的功率器件(二極管功率器件)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1、襯底；2、介質(zhì)埋層；3、有源層；4、場(chǎng)氧層；5、源電極；6、柵電極；7、漏電極；8、溝道；9、接觸區(qū)；10、源區(qū)；11、漏區(qū)；12、固定界面電荷區(qū)；13、陽極區(qū)；14、陰極區(qū)；15、陽極；16、陰極。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)進(jìn)行清楚、完整地描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種具有表面反型固定界面電荷的功率器件，該功率器件包括場(chǎng)氧層4和有源層3，場(chǎng)氧層4位于有源層3之上。場(chǎng)氧層4內(nèi)還設(shè)有固定界面電荷區(qū)12。由于場(chǎng)氧層4中反型固定界面電荷的存在，漂移區(qū)部分離子與固定界面電荷相互作用，所以相對(duì)于常規(guī)器件，優(yōu)化后的有源層3摻雜濃度更高，器件的導(dǎo)通電阻下降。

從結(jié)構(gòu)上來說，固定界面電荷區(qū)12位于場(chǎng)氧層4的下部，并與場(chǎng)氧層4的下表面即場(chǎng)氧層4和有源層3的交界面相接觸。固定界面電荷區(qū)12在橫向延伸方向上呈連續(xù)設(shè)置或呈間斷設(shè)置。當(dāng)固定界面電荷區(qū)12為連續(xù)設(shè)置時(shí)，固定界面電荷區(qū)12在橫向方向上為一個(gè)不間斷的整體。而當(dāng)固定界面電荷區(qū)12呈間斷設(shè)置時(shí)，固定界面電荷區(qū)12在橫向方向上被分隔為多個(gè)區(qū)域。

從面電荷密度上來說，固定界面電荷區(qū)12為橫向變摻雜的固定界面電荷區(qū)12。固定界面電荷區(qū)12在橫向方向上面電荷密度逐漸變化，即固定界面電荷區(qū)12的面電荷密度在橫向方向上遞增或遞減。當(dāng)固定界面電荷區(qū)12為連續(xù)設(shè)置時(shí)，該固定界面電荷區(qū)12分區(qū)域地形成橫向變摻雜，即整個(gè)固定界面電荷區(qū)12被橫向分割為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有一個(gè)面電荷密度。當(dāng)固定界面電荷區(qū)12為間斷設(shè)置時(shí)，該固定界面電荷區(qū)12分塊地形成橫向變摻雜，即每個(gè)間隔分塊具有一個(gè)固定的面電荷密度，每個(gè)分塊的面電荷密度各不相同。

從極性上來說，固定電荷區(qū)為反型電荷，即固定電荷區(qū)的電荷極性與有源層3離子所屬的極性相反。當(dāng)有源層3離子所屬的極性為正電荷時(shí)，固定電荷區(qū)為負(fù)電荷。當(dāng)有源層3離子所屬的極性為負(fù)電荷時(shí)，固定電荷區(qū)為正電荷。反型固定界面電荷之間相互作用，將有源層3的電場(chǎng)線拉高，并且在面電荷密度突變處引入新的電場(chǎng)峰值，降低最大電場(chǎng)峰值的同時(shí)提高了器件的橫向耐壓。

通過在場(chǎng)氧層4內(nèi)設(shè)置反型固定界面電荷區(qū)12形成耐壓結(jié)構(gòu)，這樣的耐壓結(jié)構(gòu)可以適用于包括MOSFET、BJT、IGBT、GTO和IGCT等各類橫向功率器件及結(jié)構(gòu)，同時(shí)此結(jié)構(gòu)適用于Si、SiC、GaAs和SiGe等多種半導(dǎo)體材料。

實(shí)施例1：

一種具有表面反型固定界面電荷的功率器件，即SOI型P-LDMOS功率器件，如圖2所示，包括襯底1、介質(zhì)埋層2、有源層3、場(chǎng)氧層4、源電極5、柵電極6、漏電極7、溝道8、接觸區(qū)9、源區(qū)10、漏區(qū)11和固定界面電荷區(qū)12。襯底1、介質(zhì)埋層2、有源層3和場(chǎng)氧層4自上而下依次堆疊。溝道8設(shè)置在有源區(qū)10的左側(cè)，溝道8的上方為柵電極6。相鄰的源區(qū)10和接觸區(qū)9與溝道8的表面相接，源區(qū)10和接觸區(qū)9的上方為源電極5。漏區(qū)11設(shè)置在有源區(qū)10的右側(cè)，漏區(qū)11的上方為漏電極7。源電極5、柵電極6和漏電極7置于場(chǎng)氧層4中，其中源電極5和柵電極6位于場(chǎng)氧層4的左側(cè)，漏電極7位于場(chǎng)氧層4的右側(cè)。在本實(shí)施例中，接觸區(qū)9為重?fù)诫sN型區(qū)。源區(qū)10為重?fù)诫sP型區(qū)。溝道8為N型輕摻雜。漏區(qū)11為P型重?fù)诫s。有源層3為P型摻雜，且濃度為8.8e14/cm³。

固定界面電荷區(qū)12位于柵電極6和漏電極7之間的場(chǎng)氧層4內(nèi)。固定界面電荷區(qū)12位于場(chǎng)氧層4的下部，并與場(chǎng)氧層4的下表面即場(chǎng)氧層4和有源層3的交界面相接觸。固定界面電荷區(qū)12在橫向延伸方向上呈連續(xù)設(shè)置，即固定界面電荷區(qū)12由若干個(gè)虛擬分割的區(qū)域組成，這些虛擬分割的區(qū)域的面密度為遞減分布。從柵電極6到漏電極7，面電荷密度從2.0e12/cm²到1.0e12/cm²漸變，漸變步長(zhǎng)為0.5e12/cm²。固定電荷區(qū)為正電荷。

圖3為圖1所示常規(guī)SOI型P-LDMOS功率器件與圖2所示具有表面反型固定界面電荷的SOI型P-LDMOS功率器件結(jié)構(gòu)的擊穿特性對(duì)比圖。由圖可以看出，相對(duì)于常規(guī)SOI型P-LDMOS功率器件結(jié)構(gòu)來說，應(yīng)用了本發(fā)明具有表面反型固定界面電荷的SOI型P-LDMOS功率器件的擊穿電壓提高了50％。

圖4為圖1所示常規(guī)SOI型P-LDMOS功率器件與圖2所示具有表面反型固定界面電荷的SOI型P-LDMOS功率器件的表面電場(chǎng)分布對(duì)比圖。由圖可以看出，常規(guī)SOI型P-LDMOS功率器件的表面電場(chǎng)在器件的柵電極6與漏電極7附近形成了較高的尖峰電場(chǎng)，柵漏之間的電場(chǎng)強(qiáng)度很小，導(dǎo)致器件容易擊穿且擊穿電壓低；應(yīng)用了本發(fā)明具有表面反型固定界面電荷的SOI型P-LDMOS功率器件的表面電場(chǎng)，柵電極6與漏電極7附近的電場(chǎng)尖峰有所降低，所引入反型固定界面電荷區(qū)12附近的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增大，改善了電場(chǎng)分布，提高了擊穿電壓。

實(shí)施例2：

一種具有表面反型固定界面電荷的功率器件，即二極管功率器件，如圖5所示，該功率器件包括襯底1、有源層3、場(chǎng)氧層4、陽極區(qū)13、陰極區(qū)14、陽極15、陰極16和固定界面電荷區(qū)12。襯底1，有源層3和場(chǎng)氧層4自下而上依次疊置。陽極區(qū)13和陰極區(qū)14位于有源層3的上部，其分別處于有源層3的兩側(cè)。陽極15和陰極16設(shè)置在場(chǎng)氧層4的兩側(cè)，陽極15位于陽極區(qū)13的正上方，陰極區(qū)14位于陰極區(qū)14的正上方。

固定界面電荷區(qū)12位于陽極15和陰極16之間的場(chǎng)氧層4內(nèi)。固定界面電荷區(qū)12位于場(chǎng)氧層4的下部，并與場(chǎng)氧層4的下表面即場(chǎng)氧層4和有源層3的交界面相接觸。固定界面電荷區(qū)12在橫向延伸方向上呈間斷設(shè)置，即固定界面電荷區(qū)12由若干獨(dú)立的間隔分塊組成，這些間隔分塊在水平方向上依次排列。從陽極15到陰極16，這些間隔分塊面密度為遞減分布。固定電荷區(qū)的電荷極性為負(fù)電荷。

本發(fā)明在功率器件的柵電極6與漏電極7(或陰極16與陽極15)之間全部范圍或部分范圍的場(chǎng)氧層4中，靠近下表面處，引入的反型固定界面電荷，可以減小器件柵電極6與漏電極7(或陰極16與陽極15)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，防止器件提早擊穿。反型固定界面電荷之間相互作用，在場(chǎng)氧層4中形成連續(xù)尖峰電場(chǎng)，該尖峰電場(chǎng)改善了有源層3的電場(chǎng)分布，從而有效提高器件的擊穿電壓。同時(shí)，由于漂移區(qū)離子部分電力線終止于反型固定界面電荷，有源層3優(yōu)化摻雜濃度提高，導(dǎo)通電阻下降。