一种具有虚拟衬底的超结半导体场效应管

1.本发明涉及场效应晶体管技术领域，特别是一种具有虚拟衬底的超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。


背景技术：

2.横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(ldmos)以其高输入阻抗、易驱动、高频率等优良优点成为功率处理和转换的主要器件之一。与传统的ldmos相比，超结ldmos(sjldmos)具有很大的性能优势。然而，将超结理论应用于横向器件存在衬底辅助耗尽效应的问题，当超结p柱尚未完全耗尽时，超结n柱已被超结p柱和衬底完全耗尽。为了解决衬底辅助耗尽效应，研究人员从改变衬底的角度提出了许多优化结构，如蓝宝石、金刚石或soi技术等优化技术。另一种主要的优化技术是通过在漂移区以及漂移区和衬底之间添加缓冲层来补偿衬底辅助耗尽效应。例如，cn104716190b公开了一种新的sj-ldmos器件，在n型衬底外延层上制作半超级结，并且在半超级结区上引入p型埋层，该发明与传统的超级结相比，通过n区和p型埋层的共同作用，补偿了超级结内n型柱区和p型柱区之间的电荷不平衡，克服了衬底辅助效应，提高了击穿电压。然而，衬底的存在仍然阻碍了超结结构在横向器件中达到理论最优性能，因为该方案会牺牲一部分沟道区，还会使超结的浓度因补偿而降低，且该方案中的p型掺杂层浓度提升有限，浓度太大将会形成较大的空间电荷区，很难让器件具备理想超结的特性。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种消除衬底辅助耗尽效应、且具有更好的击穿电压和比导通电阻关系的一种具有虚拟衬底的超结半导体场效应管。
4.为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种具有虚拟衬底的超结半导体场效应管，包括p型衬底，所述p型衬底左上方为p型缓冲层，其右上方为n型缓冲层，所述n型缓冲层的右上方为漏n型重掺杂区，所述p型衬底正上方为隔离氧化层，所述隔离氧化层上方为超结层，所述超结层包含超结p柱和超结n柱，所述超结层左侧为p阱，所述p阱左侧为源n型重掺杂区，所述超结层上方设有源电极、栅电极和漏电极，所述p型缓冲层与源电极连接，所述漏n型重掺杂区与漏电极连接，所述超结层右侧为漏n型重掺杂区，用于使漏电极与n型缓冲层和超结p柱和超结n柱形成欧姆接触。
6.优选地，所述包含超结p柱与超结n柱的超结层的深度为3μm，超结层的超结n柱和超结p柱长度为15-25μm。
7.优选的，所述超结p柱与超结n柱的宽度均为0.5μm。
8.优选的，所述超结n柱的掺杂浓度为3
×
10
16
cm-3
，超结p柱的掺杂浓度为3
×
10
16
cm-3
。
9.优选地，n型缓冲层的长度为12μm，深度为6μm，掺杂浓度为3
×
10
15
cm-3
。
10.优选地，p型缓冲层的长度为6μm，深度为3μm，掺杂浓度为8
×
10
16
cm-3
。
11.优选地，所述隔离氧化层厚度为0.1-0.5μm。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
13.(1)彻底消除衬底辅助耗尽效应：本发明提出的结构首先通过隔离氧化层将超结层与衬底分离，以缓解衬底辅助耗尽效应，但绝缘层电容引起的电场仍会影响超结的电场分布层。因此，在衬底上添加了一个p型缓冲层，并连接到源极，漏n型重掺杂区被添加到n型缓冲层区域并连接到漏极，本发明所提出的器件将衬底与源漏电极连接起来，并将衬底表面电位从零变为漏极高压，使其具有与超结层相等的电压。在衬底表面形成一个新的电场峰，使其更接近超结层的矩形电场分布。衬底对超结层的影响大大减弱，最终完全消除了衬底辅助耗尽效应
14.(2)击穿电压大幅提高：n型缓冲层可以减轻衬底对超结n柱的耗尽，减少超结p柱对漏n型重掺杂区的电场吸收，从而减轻衬底辅助耗尽效应，提高器件性能；在器件表面增加了一个新的电场峰，以改善表面电场分布，提高器件的击穿电压。
15.(3)比导通电阻大幅下降：由于消除了衬底辅助耗尽效应，使器件能够近似实现理想超结的机理下工作，因此在能提高击穿电压的条件下，超结n柱和超结p柱的浓度与传统器件相比可以大大提高，因而增加超结n柱和超结p柱的电流密度，使器件的比导通电阻大幅下降。
16.(4)能有效地防止衬底与超结n柱和超结p柱的泄漏电流：相比于其他优化方法，由于p型缓冲层、n型缓冲层和n型重掺杂区域对器件的电场调制，使超结层、p型衬底之间的等势线相互垂直，又辅以二者之间的氧化层，使载流子无法在这两层间运动，故能防止超结层和衬底的泄漏电流，使器件能更接近理想超结的工作特性。
附图说明
17.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
18.图1为本发明一种具有虚拟衬底的超结半导体场效应管示意图；
19.图中：1-p型衬底、2-p型缓冲层、3-隔离氧化层、4-源n型重掺杂区、5-p阱、6-源电极、7-栅电极、8-漏电极、9-超结p柱、10-超结n柱、11-漏n型重掺杂区、12-n型缓冲层。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
21.一种具有虚拟衬底的超结半导体场效应管，包括p型衬底1，所述p型衬底1左上方为p型缓冲层2，其右上方为n型缓冲层12，所述n型缓冲层12的右上方为漏n型重掺杂区11，所述p型衬底1正上方为隔离氧化层3，所述隔离氧化层3上方为超结层，所述超结层包含交替排列的超结p柱9和超结n柱10，所述超结p柱9和超结n柱10左侧为p阱5，所述p阱5左侧为源n型重掺杂区4，所述超结p柱9和超结n柱10上方设有源电极6、栅电极7和漏电极8，所述p
型缓冲层2与源电极6连接，所述漏n型重掺杂区11与漏电极8连接，所述超结p柱9和超结n柱10右侧为漏n型重掺杂区11，用于使漏电极8与n型缓冲层12和超结p柱9、超结n柱10形成欧姆接触。
22.所述包含超结p柱9与超结n柱10的超结层的深度为3μm，超结层的超结n柱和超结p柱长度为15-25μm，超结p柱9与超结n柱10的宽度均为0.5μm，超结n柱的掺杂浓度为3
×
10
16
cm-3
，超结p柱的掺杂浓度为3
×
10
16
cm-3
。
23.所述n型缓冲层12的长度为12μm，深度为6μm，掺杂浓度为3
×
10
15
cm-3
；p型缓冲层2的长度为6μm，深度为3μm，掺杂浓度为8
×
10
16
cm-3
。
24.所述隔离氧化层3厚度为0.1-0.5μm。
25.仿真实验发现，在超结长度为20μm的条件下，与传统sjldmos相比，本发明提出的sjldmos的比导通电阻降低了60.09％(11.59mω
·
cm2)，击穿电压升高了28.9％(467v)，可见本发明的sjldmos在高压领域具有更加明显的优势。
26.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。