本發(fā)明涉及半導體功率器件技術領域，具體涉及一種基于場氧層電場調制的功率器件。

背景技術：

功率半導體器件結構優(yōu)化是通過改善電場或者載流子分布，最大限度地發(fā)掘材料極限，從而實現優(yōu)化器件性能指標的目的。在器件漏源之間有一塊耐高壓的高阻低摻雜濃度的區(qū)域，稱為器件的漂移區(qū)，這個區(qū)域對于有效提高器件擊穿性，頻率特性，降低漏源寄生電容，減弱溝道長度減小對器件性能的負面影響有重大意義。

高耐壓需要較長的漂移區(qū)長度和較低的漂移區(qū)摻雜濃度。然而，隨著漂移區(qū)長度的增加，電流流通路徑增長，導致漂移區(qū)的電阻將以超線性關系升高，器件導通電阻(Ron)增加，開態(tài)功耗增加，器件比導通電阻正比于擊穿電壓的2.5次方。與縱向器件相比，橫向MOSFET輕摻雜漂移區(qū)的增長，導致芯片面積等比例增加，器件的比導通電阻增加。因此，硅極限問題(R_ON,SP∝BV^2.5)嚴重制約著橫向器件的發(fā)展。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的是現有功率器件受硅極限的制約而難以獲得高耐壓的問題，提供一種基于場氧層電場調制的功率器件。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：

基于場氧層電場調制的功率器件，該功率器件包括場氧層和有源層，場氧層位于有源層之上；場氧層內還設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同；固定界面電荷區(qū)位于場氧層的下部，并與場氧層的下表面即場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)設置或呈間斷設置。

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，有源層內還設有漂移摻雜區(qū)；漂移摻雜區(qū)的摻雜類型與有源層的摻雜類型相反；漂移摻雜區(qū)位于有源層的上部，并與有源層的上表面即場氧層和有源層的交界面相接觸；漂移摻雜區(qū)位于固定電荷區(qū)的正下方。

上述方案中，功率器件為橫向功率器件。

上述方案中，有源層的材質為Si、SiC、GaAs、SiGe或GaN。

與現有技術相比，本發(fā)明在場氧層內引入同型變摻雜的同型固定界面電荷區(qū)電場分布與漂移區(qū)體電場相互調制，引入的新電場尖峰優(yōu)化了漂移區(qū)的表面電場強度，使得表面電場分布更加均勻，從而提高器件的橫向耐壓特性。此外，變摻雜固定界面電荷區(qū)，不僅提高了器件的耐壓特性，同時其固定電荷結構簡單，受溫度、應力影響較小，工藝容差高，與常用的漂移區(qū)內局部摻雜電荷的結構可同時使用，通過對引入的同型固定界面電荷區(qū)的面密度，分布區(qū)域，分布連續(xù)性進行優(yōu)化，獲取更佳的擊穿電壓，并提供更多的提高擊穿電壓的結構，可廣泛運用于多種半導體功率器件。

附圖說明

圖1為一種基于場氧層電場調制的功率器件的簡化示意圖。

圖2為常規(guī)功率器件的結構示意圖。

圖3為一種基于場氧層電場調制的功率器件(SOI LDMOS)的結構示意圖。

圖4為場氧層未引入電荷時器件常規(guī)結構與本發(fā)明引入耐壓結構的擊穿特性對比圖。

圖5為場氧層未引入電荷時器件常規(guī)結構與本發(fā)明引入耐壓結構的電場分布對比圖。

圖6為另一種基于場氧層電場調制的功率器件(SOI LDMOS)的結構示意圖。

圖7為又一種基于場氧層電場調制的功率器件(二極管)的結構示意圖。

圖中標號：1、襯底；2、介質埋層；3、有源層；4、源區(qū)；5、接觸區(qū)；6、體區(qū)；7、漏區(qū)；8、場氧層；9、固定界面電荷區(qū)；10、漂移摻雜區(qū)；S、源電極；G、柵電極；D、漏電極；11、陽極區(qū)；12、陰極區(qū)；13、陽極；14、陰極。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

一種基于場氧層8電場調制的功率器件，參見圖1，該功率器件包括場氧層8和有源層3，場氧層8位于有源層3之上。場氧層8內還設有固定界面電荷區(qū)9。

從結構上來說，固定界面電荷區(qū)9位于場氧層8的下部，并與場氧層8的下表面即場氧層8和有源層3的交界面相接觸。固定界面電荷區(qū)9在橫向延伸方向上呈連續(xù)設置或呈間斷設置。當固定界面電荷區(qū)9為連續(xù)設置時，固定界面電荷區(qū)9在橫向方向上為一個不間斷的整體。而當固定界面電荷區(qū)9呈間斷設置時，固定界面電荷區(qū)9在橫向方向上被分隔為多個區(qū)域。在場氧層8的固定位置引入固定界面電荷區(qū)9，固定界面電荷區(qū)9與漂移區(qū)體電場相互調制，引入的新電場尖峰優(yōu)化了漂移區(qū)的表面電場強度，使得表面電場分布更加均勻，從而提高器件的橫向耐壓特性。此外，固定界面電荷區(qū)9的在場氧層8的位置固定，也不會影響在漂移區(qū)內其他區(qū)域摻雜。

從面電荷密度上來說，固定界面電荷區(qū)9為橫向變摻雜的固定界面電荷區(qū)9。固定界面電荷區(qū)9在橫向方向上的面電荷密度可以根據需要分區(qū)域變化，呈現規(guī)律或非規(guī)律的密度變化。但最好采用規(guī)律變化的方式，即固定界面電荷區(qū)9的密度在橫向方向上逐漸增大或減小。相比均勻密度的固定電荷，變摻雜的面密度會進一步改善器件的擊穿特性和導通特性。當固定界面電荷區(qū)9為連續(xù)設置時，該固定界面電荷區(qū)9分區(qū)域地形成橫向變摻雜，即整個固定界面電荷區(qū)9被分橫向被分割為多個區(qū)域，每個區(qū)域具有一個面電荷密度。當固定界面電荷區(qū)9為間斷設置時，該固定界面電荷區(qū)9分塊地形成橫向變摻雜，即每個間隔分塊具有一個固定的面電荷密度，每個分塊的面電荷密度各不相同。

從極性上來說，固定電荷區(qū)的電荷極性與有源層3離子所屬的極性相同。在場氧層8內引入同型固定界面電荷區(qū)9，可減小隨溫度、光照、應力等因素的影響。

通過在場氧層8內設置固定界面電荷區(qū)9形成耐壓結構，這樣的耐壓結構可以適用于包括MOSFET、BJT、IGBT、GTO和IGCT等各類橫向功率器件及結構，同時此結構適用于Si、SiC、GaAs和SiGe等多種半導體材料。

為了獲得更佳的擊穿電壓，還可以在上述結構的基礎上，即在固定電荷區(qū)的正下方設置漂移摻雜區(qū)10。上述漂移摻雜區(qū)10設有在有源層3內。漂移摻雜區(qū)10的摻雜類型與有源層3的摻雜類型相反。漂移摻雜區(qū)10位于有源層3的上部，并與有源層3的上表面即場氧層8和有源層3的交界面相接觸。漂移摻雜區(qū)10位于固定電荷區(qū)的正下方。將固定電荷區(qū)與漂移區(qū)內局部摻雜電荷的結構同時使用，能獲取更佳的擊穿電壓，并提供更多的提高擊穿電壓的結構，可廣泛運用于多種半導體功率器件。

實施例1：

參見圖3，一種基于場氧層8電場調制的功率器件即SOI LDMOS功率器件，該功率器件包括P型輕摻雜半導體的襯底1、介質埋層2、N型輕摻雜半導體的有源層3、N型重摻雜半導體的源區(qū)4、P型重摻雜半導體的接觸區(qū)5、P型輕摻雜半導體的體區(qū)6、N型重摻雜半導體的漏區(qū)7、場氧層8、源電極S、柵電極G、漏電極D和固定界面電荷區(qū)9。襯底1、介質埋層2、有源層3和場氧層8自上而下依次堆疊。體區(qū)6設置在有源區(qū)4的一側，體區(qū)6表面具有相鄰的源區(qū)4和接觸區(qū)5。源區(qū)4和接觸區(qū)5的共同引出端為源電極S。漏區(qū)7設置在有源區(qū)4的另一側，漏區(qū)7的引出端為漏電極D。漏區(qū)7與體區(qū)6之間的有源層3形成功率器件的漂移區(qū)。漂移區(qū)表面具有場氧層8。體區(qū)6表面，包括與之相連的部分源區(qū)4和部分漂移區(qū)表面的場氧層8引出柵電極G。

固定界面電荷區(qū)9位于柵電極G和漏電極D之間的場氧層8內，并與漂移區(qū)相鄰。固定界面電荷區(qū)9位于場氧層8的下部，并與場氧層8的下表面即場氧層8和有源層3的交界面相接觸。固定界面電荷區(qū)9在橫向延伸方向上呈間斷設置，即固定界面電荷區(qū)9由若干獨立的間隔分塊組成，這些間隔分塊在水平方向上依次排列。從柵電極G到漏電極D，這些間隔分塊的面電荷密度依次增大，即靠近柵電極G的間隔分塊的面電荷密度最低，而靠近漏電極D的間隔分塊的面電荷密度最高。固定電荷區(qū)的電荷極性與有源層3的電荷極性相同。

在本實施例中，有源層3的材質為Si、SiC、GaAs、SiGe或GaN。有源區(qū)4為N型輕摻雜，濃度為2.2E14cm^-3。在場氧層8內引入與有源區(qū)4離子所屬極性相同的正固定界面電荷區(qū)9。固定界面電荷區(qū)9從柵電極G到漏電極D方向面電荷密度從1.0E10cm^-2到5.0E12cm^-2連續(xù)漸增。逐漸增加的面電荷密度不斷加強電場之間相互作用，引入新的電場尖峰，有效改善漂移區(qū)的電場分布。

圖4為圖2所示場氧層8未引入電荷時器件常規(guī)結構與圖3所示引入耐壓結構的擊穿特性對比圖。由圖可以看出，相對于具有場氧層8未引入電荷的常規(guī)器件結構，本發(fā)明實施例在場氧層8內引入變摻雜的同型固定界面電荷區(qū)9后擊穿電壓提高了40％。

圖5為圖2所示場氧層8未引入電荷時器件常規(guī)結構與圖3所示引入耐壓結構的電場分布對比圖。由圖可以看出，常規(guī)器件結構的表面電場只在器件的柵漏附近形成了較高的尖峰電場，柵漏之間的電場強度很小，電場分布呈“U”型，擊穿電壓低；應用了本發(fā)明的表面電場可知，經同型固定界面電荷區(qū)9電場調制后的柵電極G與漏電極D間的漂移區(qū)表面電場強度有明顯上升，改善了電場分布，提高了擊穿電壓。

實施例2：

參見圖6，另一種基于場氧層8電場調制的功率器件即SOI LDMOS功率器件，該功率器件的結構與實施例1的結構相同，即也同樣在場氧層8內設置了固定界面電荷區(qū)9。不同的是，實施例2在實施例1的基礎上，還進一步在固定電荷區(qū)的正下方設置漂移摻雜區(qū)10。上述漂移摻雜區(qū)10設有在有源層3內。漂移摻雜區(qū)10的摻雜類型與有源層3的摻雜類型相反，即為P型。漂移摻雜區(qū)10位于有源層3的上部，并與有源層3的上表面即場氧層8和有源層3的交界面相接觸。漂移摻雜區(qū)10位于固定電荷區(qū)的正下方。固定電荷區(qū)與漂移區(qū)內局部摻雜結構相結合，經電場調制，可進一步改善電場分布，提高耐壓特性。

實施例3：

參見圖7，另一種基于場氧層8電場調制的功率器件，即二極管功率器件，該功率器件包括襯底1、有源層3、場氧層8、P型重摻雜半導體的陽極區(qū)11、N型重摻雜半導體的陰極區(qū)12、陽極13、陰極14和固定界面電荷區(qū)9。襯底1，有源層3和場氧層8自下而上依次疊置。其中有源層3即為有源層3。陽極區(qū)11和陰極區(qū)12位于有源層3的上部，并與有源層3的上表面接觸。陽極13和陰極14設置在場氧層8的兩側。

固定界面電荷區(qū)9位于陽極13和陰極14之間的場氧層8內。固定界面電荷區(qū)9位于場氧層8的下部，并與場氧層8的下表面即場氧層8和有源層3的交界面相接觸。固定界面電荷區(qū)9在橫向延伸方向上呈間斷設置，即固定界面電荷區(qū)9由若干獨立的間隔分塊組成，這些間隔分塊在水平方向上依次排列。從陽極13到陰極14，這些間隔分塊的面電荷密度依次增大，即靠近陽極13的間隔分塊的面電荷密度最低，而靠近陰極14的間隔分塊的面電荷密度最高。固定電荷區(qū)的電荷極性與有源層3的電荷極性相同。

本發(fā)明利用在柵極和漏極或陰極14和陽極13之間的場氧層8內引入同型固定界面電荷區(qū)9電場與漂移區(qū)體電場相互調制，而使得漂移區(qū)表面電場分布更加均勻，以提高器件的橫向耐壓特性的耐壓結構。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其同等技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。