CN107680997B - 带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管 - Google Patents

带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：场氧化层和位于场氧化层下方的漂移区，在所述场氧化层的表面设置若干可调型场板，相邻两个可调型场板之间间隔设定距离；每一个可调型场板均连接调节电容；通过调节可调型场板和调节电容的正负电极的尺寸，能够调节可调型场板上的感应电荷量和感应电位，使得漂移区内获得均匀的表面横向电场分布。该结构器件可以改善器件漂移区表面横向电场分布，具有很高的横向耐压能力和很小的导通电阻。

Description

带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管
技术领域
本发明涉及功率半导体器件领域，更具体的说，是涉及一种适用于高压应用的带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(LDMOS)。
背景技术
横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(LDMOS)是双扩散金属氧化物半导体场效应管器件(DMOS)的一种横向结构。具有耐压高、增益大、易驱动等优点，并且更易与CMOS工艺兼容，因此在智能功率集成电路中得到广泛的应用。目前横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(LDMOS)设计的重点是如何合理缓和击穿电压与导通电阻之间的矛盾，并且保证其有较高的稳定性。当前人们对横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(LDMOS)研究的焦点主要集中在其漂移区浓度的设计，通过埋层技术减小器件表面电场强度(ReduceSurface Field)，以及电阻场极板、Super Junction、漂移区渐变掺杂等技术来实现击穿电压与导通电阻的折中。
传统的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管结构如图1所示，为使LDMOS器件在芯片中发挥更好的作用，改善器件的击穿电压和导通电阻折中关系是LDMOS设计的一个重要研究课题。场板技术可以改善LDMOS器件的击穿电压和导通电阻折中关系，然而，传统场板与器件的源极相连接，具有固定的电位，而器件在耐压状态下漂移区表面的电位是沿着器件长度方向变化的，因此，传统场板在器件耐压状态下的感应电荷在器件长度方向上分布不均匀，使得器件漂移区不同位置处受到场板的影响大小不同，所以传统场板无法使器件漂移区获得均匀的横向电场(即长度方向电场)分布。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，该器件中各场板的作用大小可通过器件结构参数设计进行调节，改善了漂移区横向电场分布不均匀的问题，器件具有更高的横向耐压能力和更小的导通电阻。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明公开了一种带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：源极金属，场氧化层和位于场氧化层下方的漂移区，在所述场氧化层的表面设置若干可调型场板，相邻两个可调型场板之间间隔设定距离；
每一个可调型场板均连接调节电容；所述可调型场板与调节电容的正电极相连接，在所述调节电容正电极上方设置调节电容负电极；所有调节电容的负电极通过金属互连线与源极金属连接；
通过设置可调型场板和调节电容的正负电极的尺寸，能够调节可调型场板上的感应电荷量，使得漂移区内获得均匀的表面横向电场分布。
进一步地，所述调节电容的正、负电极大小相等，完全对齐。
进一步地，在源极金属到漏极金属的方向上，所述调节电容的正、负电极之间相互覆盖的面积依次递减。
进一步地，所述源极金属和漏极金属之间的空隙采用绝缘介质层填充。
进一步地，所述可调型场板和调节电容的长度和/或宽度根据实际需要进行设计。
进一步地，所述可调型场板沿宽度方向断续设置，将宽度方向上的可调型场板分成若干个可调型场板单元，每一个可调型场板单元均连接相应的调节电容单元。
本发明进一步公开了一种应用于打印机、电动机或者平板显示器上的驱动芯片，采用上述带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。
本发明进一步公开了一种打印机，采用上述的驱动芯片。
本发明进一步公开了一种电动机，采用上述的驱动芯片。
本发明进一步公开了一种平板显示器，采用上述的驱动芯片。
本发明有益效果：
(1)传统结构器件在关断耐压状态下各个场板具有与源极相同的电位，而器件漂移区表面的电位沿着长度方向在不断变化，因此场板对器件漂移区不同位置处的影响大小不同，导致器件漂移区内表面横向电场分布不均匀。而本发明结构中，通过调节可调型场板与漂移区之间的寄生电容以及可调电容的大小，可以使不同横向位置处的场板在器件关断耐压状态下具有不同的电位，从而使器件在整个漂移区内获得均匀的表面横向电场分布，进而使得本发明结构器件具有更高的横向耐压能力。
(2)传统结构器件的击穿电压随漂移区的浓度增加而降低。本发明结构器件中的场板作用大小可调，因此，当漂移区的浓度增加后，通过调节器件可调型场板的电位，可以改变场板的作用大小，可以使器件继续保持漂移区内均匀的表面横向电场分布，从而使器件的击穿电压不会降低。所以，本发明结构器件可以增加漂移区的浓度而保持器件击穿电压不变，使得器件具有更小的导通电阻。
(3)本发明结构与传统工艺完全兼容，只需要传统制备工艺上进行版图的改动即可实现，不需要增加额外的工艺步骤，不会带来工艺成本的增加。
说明书附图
图1是传统的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管结构的三维示意图；
图2是本发明提供的带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管结构的三维示意图；
图3是本发明结构器件沿长度方向和厚度方向的截面示意图；
图4是本发明结构器件沿宽度方向和长度方向的截面示意图；
其中，1.P型半导体衬底，2.埋氧化层，3.N型漂移区，4.P型阱，5.P型接触区，6.N型源区，7.源极金属，8.场氧化层，9.N型漏区，10.漏极金属，11.栅氧化层，12.多晶硅栅，131.第一可调型场板，132.第二可调型场板，133.第三可调型场板，141.第一调节电容正电极，142.第二调节电容正电极，143.第三调节电容正电极，151.第一调节电容负电极，152.第二调节电容负电极，153.第三调节电容负电极，16.金属互连线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍。
本发明公开了一种带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：P型半导体衬底1，在P型半导体衬底1上设有埋氧化层2，在埋氧化层2上设有N型漂移区3和P型阱4，在P型阱4上设有P型接触区5和N型源区6，在P型接触区5和N型源区6上连接有源极金属7，在N型漂移区3上设有场氧化层8和N型漏区9，在N型漏区9上连接有漏极金属10，在部分N型漂移区3和部分P型阱4上方设有栅氧化层11，且栅氧化层11的一端和N型源区6的边界相抵，栅氧化层11的另一端与场氧化层8的边界相抵，在栅氧化层11上方设有多晶硅栅12，且多晶硅栅12延伸至场氧化层8的上方，在场氧化层8的表面设置若干可调型场板，相邻两个可调型场板之间间隔设定距离。
可调型场板在宽度方向上与源极金属7平行设置，可调型场板在长度方向上间隔设定距离。
需要说明的是，本发明中可调型场板的数量根据实际需要进行设置。
本实施例中，可调型场板的数量为三个，如图2和图3所示，分别为：第一可调型场板131、第二可调型场板132和第三可调型场板133；
第一可调型场板131上连接有第一调节电容正电极141，第二可调型场板132上连接有第二调节电容正电极142，第三可调型场板133上连接有第三调节电容正电极143；
第一调节电容正电极141上方设有第一调节电容负电极151，第二调节电容正电极142上方设有第二调节电容负电极152，第三调节电容正电极143上方设有第三调节电容负电极153，第一调节电容负电极151、第二调节电容负电极152和第三调节电容负电极153通过金属互连线16与源极金属7相连。
作为优选的方案，本发明实施例中第一调节电容正电极141的正上方设置第一调节电容负电极151，第一调节电容正电极141和第一调节电容负电极151的大小相等，完全对齐。
如图4所示，第三调节电容负电极153与第三调节电容正电极143相互覆盖的面积小于第二调节电容负电极152与第二调节电容正电极142相互覆盖的面积；第二调节电容负电极152与第二调节电容正电极142相互覆盖的面积小于第一调节电容负电极151与第一调节电容正电极141相互覆盖的面积。
作为一种实施方式，本发明带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管器件表面的空隙中可以填充绝缘介质层。
需要说明的是，本发明中，第一调节电容正电极141、第二调节电容正电极142、第三调节电容正电极143、第一调节电容负电极151、第二调节电容负电极152和第三调节电容负电极153的长度和宽度均可以根据器件需要进行设计。
作为一种实施方式，将可调型场板沿宽度方向上断续设置，每一个分段的可调型场板单元均连接调节电容的正极板，相邻两分段上的调节电容的正极板也是相应的断开的，调节电容的负极板可以断开也可以不断开。通过上述方式可以调节可调型场板与漂移区之间的寄生电容的大小以及调节电容的正负极板之间的寄生电容的大小。本发明结构中，第一可调型场板131与N型漂移区3之间具有寄生电容，命名为C131，第一调节电容正电极141与第一调节电容负电极151之间具有寄生电容，命名为C141，由于第一可调型场板131与第一调节电容正电极141相连，寄生电容C131和C141形成串联关系，当器件处于关断耐压状态时，第一调节电容负电极151处于低电位，而N型漂移区3处于高电位，根据串联电容的分压关系可得出，第一可调型场板131的电位介于N型漂移区3的电位和第一调节电容负电极151的电位之间，且第一可调型场板131的电位受寄生电容C131和C141的大小影响。
因此，通过设计第一可调型场板131、第一调节电容正电极141和第一调节电容负电极151的长度以及宽度，可以调节寄生电容C131和C141的大小，进而调节第一可调型场板131的电位，通过调节第一可调型场板131的电位可以调节第一可调型场板131上的感应电荷量，进而调节第一可调型场板131的作用大小，使得第一可调型场板131下方的N型漂移区3获得均匀的表面横向(即长度方向)电场分布。
同理，通过第二可调型场板132、第二调节电容正电极142和第二调节电极负电极152的长度以及宽度设计，可以调节第二可调型场板132的电位，从而使第二可调型场板132下方的N型漂移区33获得均匀的表面横向电场分布，通过第三可调型场板133、第三调节电容正电极143和第三调节电极负电极153的长度以及宽度设计，可以调节第三可调型场板133的电位，从而使第三可调型场板133下方的N型漂移区3获得均匀的表面横向电场分布。
所以，本发明结构器件中的不同横向位置处的场板在器件关断耐压状态下具有不同的电位，器件可以在整个漂移区内获得均匀的表面横向电场分布，使得本发明结构器件具有更高的横向耐压能力。
需要说明的是，上述对于带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管的描述是针对N型器件的结构进行的，对于P型器件的结构，同样可以采用本发明的可调型场板结构，具体实施方式同上，在此不再赘述。
本发明进一步公开了一种应用于打印机、电动机或者平板显示器上的驱动芯片，该芯片中采用了本发明的带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。
本发明进一步公开了一种打印机、电动机或者平板显示器，上述装置均采用包括了本发明公开的带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管的驱动芯片。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：源极金属，场氧化层和位于场氧化层下方的漂移区，其特征在于，在所述场氧化层的表面设置若干可调型场板，相邻两个可调型场板之间间隔设定距离；
每一个可调型场板均连接调节电容；所述可调型场板与调节电容的正电极相连接，在所述调节电容正电极上方设置调节电容负电极；所有调节电容的负电极通过金属互连线与源极金属连接；
在源极金属到漏极金属的方向上，所述调节电容的正、负电极之间相互覆盖的面积依次递减；
通过设置可调型场板和调节电容的正负电极的尺寸，能够调节可调型场板上的感应电荷量和感应电位，使得漂移区内获得均匀的表面横向电场分布。
2.如权利要求1所述的带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，所述调节电容的正、负电极大小相等，完全对齐。
3.如权利要求1所述的带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，所述源极金属和漏极金属之间的空隙采用绝缘介质层填充。
4.如权利要求1所述的带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，所述可调型场板和调节电容的正、负电极的长度和/或宽度根据实际需要进行设计。
5.如权利要求1所述的带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，所述可调型场板沿宽度方向断续设置，将宽度方向上的可调型场板分成若干个可调型场板单元，每一个可调型场板单元均连接相应的调节电容单元。
6.一种应用于打印机、电动机或者平板显示器上的驱动芯片，其特征在于，采用权利要求1-5所述的任一种带有可调型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。
7.一种打印机，其特征在于，采用权利要求6所述的驱动芯片。
8.一种电动机，其特征在于，采用权利要求6所述的驱动芯片。
9.一种平板显示器，其特征在于，采用权利要求6所述的驱动芯片。
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