CN107871778A - 带有电位浮动型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有电荷可调型场板的N型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，P型半导体衬底上设有N型漂移区和P型阱，在P型阱上设有N型源区、P型接触区和栅氧化层，在N型漂移区上设有N型漏区和场氧化层，其特征在于，所述场氧化层表面设有多个电荷可调型场板，每个电荷可调型场板上均连接有金属感应层，在P型接触区和N型源区上连接有源极金属，所述源极金属完全覆盖所有的金属感应层。该结构可以使器件整个漂移区获得均匀的表面横向电场分布，具有很高的横向耐压能力，可以在保持高击穿电压的条件下提高器件的漂移区掺杂浓度，从而获得低的导通电阻。
Description
技术领域
本发明涉及功率半导体器件领域，更具体的说，是关于一种适用于高压应用的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(LDMOS)，适用于打印机、电动机、平板显示器等高电压、低电流领域的驱动芯片。
背景技术
横向双扩散金属氧化物半导体晶体管(LDMOS)是双扩散金属氧化物半导体晶体管器件(DMOS)的一种横向高压器件。具有耐压高、增益大、失真低等优点，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晶体管(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晶体管(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(Reducd SfuraceField, 简称RESURF)，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。
为使器件有更好的作用，提高器件的击穿电压是个重要的研究课题。场板技术是优化LDMOS器件表面电场的一种有效的手段，而传统场板技术并不能使器件得到均匀的表面电场分布，尚有改进的余地。同时，传统场板的电位固定为低电位，导致传统场板只在器件关断耐压状态下起作用，而不能在器件导通状态下调节器件的电流能力。所以，传统场板技术还有进一步改进的空间。
发明内容
本发明公开了带有电位浮动型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，该器件可以改善器件表面的横向电场分布，提高器件的横向耐压能力，减小器件的导通电阻。
本发明的技术方案如下：
带有电位浮动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，在P型半导体衬底上设置有N型漂移区和P型阱，在P型阱上设有N型源区和P型接触区，在N型漂移区上设有N型漏区和场氧化层，在部分N型漂移区和部分P型阱上方设有栅氧化层，且栅氧化层的一端和N 型源区的边界相抵，所述栅氧化层的另一端与场氧化层的边界相抵，在栅氧化层表面设有多晶硅栅，且多晶硅栅延伸至场氧化层的上方，在部分P型阱、P型接触区、N型源区、多晶硅栅、N型漏区及部分场氧化层的表面设有介质层，在N型漏区上连接有漏极金属，在P型接触区和N型源区上连接有源极金属，其特征在于，所述场氧化层表面设有第一电荷可调型场板、第二电荷可调型场板和第三电荷可调型场板，所述第一电荷可调型场板上连接有第一金属感应层，所述第二电荷可调型场板上连接有第二金属感应层，所述第三电荷可调型场板上连接有第三金属感应层，所述介质层表面设有场板电位调节电极，且场板电位调节电极完全覆盖第一金属感应层、第二金属感应层和第三金属感应层；
所述场板电位调节电极的电位与器件工作状态有关，当器件处于关断状态时，场板电位调节电极连接低电位，辅助N型漂移区的耗尽，提高器件横向耐压能力；当器件处于导通状态时，场板电位调节电极连接高电位，提高N 型漂移区内的载流子浓度，提高器件的电流能力。
进一步地，所述第一电荷可调型场板、第二电荷可调型场板、第三电荷可调型场板、第一金属感应层、第二金属感应层和第三金属感应层的长度各不相同，可以根据设计需要分别进行调节。
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的驱动芯片，包括，采用上述任一种带有电位浮动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。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明结构中第一电荷可调型场板121与第一金属感应层131相连，所以，第一电荷可调型场板121与N型漂移区2之间的寄生电容和第一金属感应层131与源极金属14之间的寄生电容形成串联关系，因此，第一电荷可调型场板121和第一金属感应层131的感应电位受第一电荷可调型场板121与N型漂移区2之间的寄生电容大小以及第一金属感应层131与源极金属14之间的寄生电容大小影响。所以，通过调节第一电荷可调型场板121的长度以及第一金属感应层131的长度即可调节第一电荷可调型场板121的电荷以及第一电荷可调型场板121上的感应电荷。同理，第二电荷可调型场板122的电位以及第二电荷可调型场板122上的感应电荷可以通过第二电荷可调型场板122的长度以及第二金属感应层132的长度进行调节，第三电荷可调型场板123的电位以及第三电荷可调型场板123上的感应电荷可以通过第三电荷可调型场板123的长度以及第三金属感应层133的长度进行调节。
(2)通过调节第一电荷可调型场板121上的感应电荷数量可以使第一电荷可调型场板121上感应的负电荷与N型漂移区2中的正空间电荷相互抵消，使得第一电荷可调型场板121下方的器件表面横向电场分布均匀，同理，第二电荷可调型场板122和第三电荷可调型场板123下方也可以获得均匀分布的表面横向电场，所以，本发明结构可以在整个漂移区内获得均匀的表面横向电场分布，具有很高的横向耐压能力。参照图2，本发明结构的器件在击穿状态下的整个漂移区内的表面横向电场分布都非常均匀。
(3)本发明结构中的第一电荷可调型场板121、第二电荷可调型场板122 和第三电荷可调型场板123上的感应电荷量均可调节，因此，在增加器件N型漂移区2的掺杂浓度后依然可以通过调节第一电荷可调型场板121、第二电荷可调型场板122和第三电荷可调型场板123上的感应电荷使器件在整个漂移区内获得均匀的表面横向电场分布，所以，本发明结构可以在保持高击穿电压的条件下通过增加N型漂移区2的掺杂浓度降低器件的导通电阻。
(4)本发明结构中的第一电荷可调型场板121、第二电荷可调型场板122 和第三电荷可调型场板123、第一金属感应层131、第二金属感应层132和第三金属感应层133可以利用传统CMOS工艺中的多晶硅栅或互连金属实现，不需要额外的工艺步骤，因此，本发明结构与传统CMOS工艺完全兼容，且不会增加工艺成本。
附图说明
图1是本发明提供的带有电位浮动型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管结构示意图。
图2是本发明结构器件的多晶硅栅极和场板电位调节电极在工作状态下电位变化示意图。
具体实施方式：
参照图1，带有电位浮动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上设置有N型漂移区2和 P型阱3，在P型阱3上设有N型源区4和P型接触区5，在N型漂移区2上设有N型漏区6和场氧化层7，在部分N型漂移区2和部分P型阱3上方设有栅氧化层8，且栅氧化层8的一端和N型源区4的边界相抵，所述栅氧化层8的另一端与场氧化层7的边界相抵，在栅氧化层8表面设有多晶硅栅9，且多晶硅栅9延伸至场氧化层7的上方，在部分P型阱3、P型接触区5、N型源区4、多晶硅栅9、N型漏区6及部分场氧化层7的表面设有介质层10，在 N型漏区6上连接有漏极金属11，在P型接触区5和N型源区4上连接有源极金属14，其特征在于，所述场氧化层7表面设有第一电荷可调型场板121、第二电荷可调型场板122和第三电荷可调型场板123，所述第一电荷可调型场板121上连接有第一金属感应层131，所述第二电荷可调型场板122上连接有第二金属感应层132，所述第三电荷可调型场板123上连接有第三金属感应层 133，所述介质层10表面设有场板电位调节电极15，且场板电位调节电极15 完全覆盖第一金属感应层131、第二金属感应层132和第三金属感应层133；
所述场板电位调节电极15的电位与器件工作状态有关，当器件处于关断状态时，场板电位调节电极15连接低电位，辅助N型漂移区2的耗尽，提高器件横向耐压能力；当器件处于导通状态时，场板电位调节电极15连接高电位，提高N型漂移区2内的载流子浓度，提高器件的电流能力。
需要说明的是，本发明中，所述第一电荷可调型场板121、第二电荷可调型场板122、第三电荷可调型场板123、第一金属感应层131、第二金属感应层132 和第三金属感应层133的长度各不相同，可以根据设计需要分别进行调节。
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电位浮动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电位浮动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 (6)
1.带有电位浮动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)上设置有N型漂移区(2)和P型阱(3)，在P型阱(3)上设有N型源区(4)和P型接触区(5)，在N型漂移区(2)上设有N型漏区(6)和场氧化层(7)，在部分N型漂移区(2)和部分P型阱(3)上方设有栅氧化层(8)，且栅氧化层(8)的一端和N型源区(4)的边界相抵，所述栅氧化层(8)的另一端与场氧化层(7)的边界相抵，在栅氧化层(8)表面设有多晶硅栅(9)，且多晶硅栅(9)延伸至场氧化层(7)的上方，在部分P型阱(3)、P型接触区(5)、N型源区(4)、多晶硅栅(9)、N型漏区(6)及部分场氧化层(7)的表面设有介质层(10)，在N型漏区(6)上连接有漏极金属(11)，在P型接触区(5)和N型源区(4)上连接有源极金属(14)，其特征在于，所述场氧化层(7)表面设有第一电荷可调型场板(121)、第二电荷可调型场板(122)和第三电荷可调型场板(123)，所述第一电荷可调型场板(121)上连接有第一金属感应层(131)，所述第二电荷可调型场板(122)上连接有第二金属感应层(132)，所述第三电荷可调型场板(123)上连接有第三金属感应层(133)，所述介质层(10)表面设有场板电位调节电极(15)，且场板电位调节电极(15)完全覆盖第一金属感应层(131)、第二金属感应层(132)和第三金属感应层(133)；
所述场板电位调节电极(15)的电位与器件工作状态有关，当器件处于关断状态时，场板电位调节电极(15)连接低电位，辅助N型漂移区(2)的耗尽，提高器件横向耐压能力；当器件处于导通状态时，场板电位调节电极(15)连接高电位，提高N型漂移区(2)内的载流子浓度，提高器件的电流能力。
2.根据权利要求1所述的带有电位浮动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，所述第一电荷可调型场板(121)、第二电荷可调型场板(122)、第三电荷可调型场板(123)、第一金属感应层(131)、第二金属感应层(132)和第三金属感应层(133)的长度各不相同，可以根据设计需要分别进行调节。
3.一种应用于打印机、电动机或平板显示器的驱动芯片，其特征在于，采用权利要求1-2所述的任一种带有电位浮动型场板的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。
4.一种打印机，其特征在于，采用了权利要求3所述的驱动芯片。
5.一种电动机，其特征在于，采用了权利要求3所述的驱动芯片。
6.一种平板显示器，其特征在于，采用了权利要求3所述的驱动芯片。
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