一種soi橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件，特別涉及一種橫向SOI耐壓功率器件。
【背景技術(shù)】
[0002]SOI橫向功率器件具有高速、低功耗、抗輻照等優(yōu)點(diǎn)，在智能功率集成電路中得以廣泛應(yīng)用。但較低的縱向耐壓，限制了其在高壓功率集成電路領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]針對上述問題，本領(lǐng)域提供了諸多解決方案，其核心思路是基于下述物理學(xué)發(fā)現(xiàn):娃厚度小于0.5微米時，娃的縱向臨界擊穿電場會隨娃厚度減小而迅速增加。利用這一原理，超薄SOI器件結(jié)合漂移區(qū)線性變摻雜技術(shù)能大大提高器件靜態(tài)耐壓。此類解決方案的缺點(diǎn)在于靠近源端的漂移區(qū)摻雜濃度過低，導(dǎo)致比導(dǎo)通電阻過大，而且如果按動態(tài)耐壓優(yōu)化摻雜濃度，還會進(jìn)一步增加比導(dǎo)通電阻。已有的工藝實(shí)現(xiàn)證明，這種改進(jìn)方案在器件處于開態(tài)時，靠近源端的高阻會引起高溫，使器件的性能、可靠性降低；并且整個工藝成本很高，難于加工生產(chǎn)。
[0004]針對上述問題，本領(lǐng)域還提出過另一類解決方案，是利用深耗盡效應(yīng)提高動態(tài)耐壓，從而改善SOI功率器件在開關(guān)狀態(tài)下的可靠性。但此種技術(shù)方案在使用中顯示對縱向耐壓有明顯提高，但對橫向耐壓沒有提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種SOI橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)，通過在埋氧層與襯底之間引入階梯或線性變摻雜P型層，顯著改善了 SOI橫向功率器件的動態(tài)耐壓，降低功率器件的比導(dǎo)通電阻、開關(guān)功耗和工作溫度，實(shí)現(xiàn)了耐壓與比導(dǎo)通電阻的良好平衡，適合于高壓、高頻智能功率集成電路等需要高可靠性的應(yīng)用環(huán)境。
[0006]具體地說，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種SOI橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)，包括襯底層、埋氧層、有源層，埋氧層設(shè)置于襯底層與有源層之間，在埋氧層和襯底層之間設(shè)有濃度從源到漏減小的P型摻雜層(以下簡稱變摻雜層)。
[0008]通過使用濃度漸變的襯底變摻雜層。當(dāng)SOI橫向功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)下，襯底變摻雜層將對漂移區(qū)電場調(diào)制，使器件橫向表面電場均勻分布。使得漂移區(qū)可采用高均勻摻雜，同時能獲得耐壓與比導(dǎo)通電阻的平衡。
[0009]其中，摻雜層的厚度為0.5-lum，濃度變化范圍為2 X 1017-4X 114Cm 3之間，上述的參數(shù)可以根據(jù)需要調(diào)整。
[0010]本發(fā)明的耐壓結(jié)構(gòu)可以廣泛適用于各種橫向功率器件，例如基于SOI技術(shù)的IGBT, PiN 二極管、LDMOS等，優(yōu)選埋氧層為S12介質(zhì)，襯底層為P型襯底，摻雜層為P型襯底變摻雜層。
[0011 ] 在本發(fā)明中，所用的有源層可以是各種有源半導(dǎo)體層，包括但不限于S1、SiC等半導(dǎo)體材料。
[0012]作為本發(fā)明的一種具體工藝實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的耐壓結(jié)構(gòu)，在有源層上還設(shè)有n+漏區(qū)、n+源區(qū)、P阱、η漂移區(qū)，η +漏區(qū)上方為漏電極，P阱和η漂移區(qū)上方為柵氧化層，柵氧化層上方為柵電極，η+源區(qū)上方為源電極，襯底變摻雜層自η+源區(qū)到η+漏區(qū)方向濃度依次降低。
[0013]上述的濃度變化方式并不受到特別限定。根據(jù)動態(tài)耐壓需求，可將其處理為階梯變摻雜或線性變摻雜。當(dāng)對動態(tài)耐壓要求較低時，階梯摻雜分區(qū)數(shù)較少，工藝實(shí)現(xiàn)容易；當(dāng)對動態(tài)耐壓要求較高時，增加分區(qū)數(shù)目至其線性分布。通常的，如果漂移區(qū)長度不變，如50um，分區(qū)數(shù)大于100可視為是線性變摻雜，此時器件能獲得最高動態(tài)耐壓。
[0014]相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了所述SOI橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)的制備方法，包括在襯底層上，分區(qū)進(jìn)行離子注入，形成一層摻雜層的步驟，其余工藝采用常規(guī)SOI器件加工工藝即可。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的SOI橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0016]圖2為采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的SOI橫向功率器件等勢線分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在如下實(shí)施中，申請人結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)描述，如下所提供的實(shí)施僅為示意性的，并不對本發(fā)明構(gòu)成特別限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍基礎(chǔ)上可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型，依舊屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]參考圖1，本發(fā)明的SOI橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)，包括襯底1、埋氧層2、有源層3，埋氧層2位于襯底層I與有源層3之間，在埋氧層2與襯底I之間具有濃度單向漸變的摻雜層4。
[0019]其中，埋氧層為S12介質(zhì)，襯底為P型襯底，摻雜層為P型襯底變摻雜層。
[0020]其中，有源層上設(shè)有n+漏區(qū)、η +源區(qū)、P阱、η漂移區(qū)，η +漏區(qū)上方為漏電極，ρ阱和η漂移區(qū)上方為柵氧化層，柵氧化層上方為柵電極，η +源區(qū)上方為源電極，變摻雜層自η +源區(qū)到η+漏區(qū)方向濃度依次降低，即從I區(qū)到η區(qū)方向濃度逐漸降低；在P型襯底下方為襯底電極。
[0021]參考圖2，顯示了本發(fā)明的功率器件在開關(guān)狀態(tài)下的等勢線分布。當(dāng)器件由開態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)態(tài)，漏壓迅速升高，埋氧層下面電子反型層來不及形成，因此在襯底中形成深耗盡層。
[0022]與此同時，襯底變摻雜層被耗盡，形成了不同濃度的負(fù)電荷區(qū)。這些不同負(fù)電荷區(qū)域?qū)ζ茀^(qū)中的橫向電場進(jìn)行調(diào)制，有效地提高了橫向耐壓，而漂移區(qū)可以采用高濃度的均勻摻雜。
[0023]在縱向上，由于SOI硅層很薄，硅的臨界擊穿電場被大大提高，加上襯底深耗盡層也能承受漏壓，因此縱向耐壓也大大提高。從圖2的器件二維等勢線分布圖可以看出，器件橫向表面等勢線分布均勻。從縱向看，埋氧層中等勢線很密，襯底中也有很多等勢線分布，表明了埋氧層、襯底都承擔(dān)了當(dāng)然多的漏電壓，故而器件能獲得很高的耐壓。
[0024]申請人進(jìn)行的研究顯示，在多種結(jié)構(gòu)參數(shù)下，如漂移區(qū)長度40um，漂移區(qū)厚度0.2um，埋氧層厚度lum，襯底厚度大于30um時，動態(tài)耐壓可達(dá)600V以上，比常規(guī)結(jié)構(gòu)高出約6倍。由于襯底變摻雜層對漂移區(qū)橫向電場的調(diào)制，使得漂移區(qū)摻雜濃度增加，有效地降低了器件的比導(dǎo)通電阻和溫度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種SOI橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)，其特征在于包括襯底層、埋氧層、有源層，埋氧層設(shè)置于襯底層與有源層之間，在埋氧層和襯底層之間設(shè)有濃度從源到漏減小的P型摻雜層。2.根據(jù)權(quán)利要求1的耐壓結(jié)構(gòu)，其特征在于摻雜層的厚度為0.5-lum，P型變摻雜層濃度變化范圍為2X1017-4X1014cm 3之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1的耐壓結(jié)構(gòu)，其特征在于埋氧層為S12介質(zhì)，襯底層為P型硅襯底，摻雜層為P型硅襯底變摻雜層。4.根據(jù)權(quán)利要求1的耐壓結(jié)構(gòu)，其特征在于有源層為硅材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1的耐壓結(jié)構(gòu)，其特征在于還設(shè)置有η+漏區(qū)、η +源區(qū)、P阱、η漂移區(qū)，η+漏區(qū)上方為漏電極，P阱和η漂移區(qū)上方為柵氧化層，柵氧化層上方為柵電極，η +源區(qū)上方為源電極，摻雜層自η+源區(qū)到η +漏區(qū)方向濃度依次降低。6.權(quán)利要求1的SOI橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于包括在襯底層上，分區(qū)進(jìn)行離子注入，形成一層摻雜層的步驟。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SOI橫向功率器件耐壓結(jié)構(gòu)，包括襯底層、埋氧層、有源層，埋氧層設(shè)置于襯底層與有源層之間，在埋氧層和襯底層之間設(shè)有濃度從源到漏減小的P型摻雜層。本發(fā)明所公開的耐壓結(jié)構(gòu)有效提高器件動態(tài)耐壓，降低比導(dǎo)通電阻和開關(guān)功耗以及器件工作溫度，在高壓、高頻智能功率集成電路等領(lǐng)域具有廣泛的適用性。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/78, H01L29/868, H01L29/739
【公開號】CN105023938
【申請?zhí)枴緾N201510527397
【發(fā)明人】李天倩, 陽小明, 馬波, 陳洪源, 杜曉風(fēng)
【申請人】西華大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年8月25日