具有电热退火功能的可集成横向器件

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，涉及一种具有电热退火功能的可集成横向器件。

背景技术

可集成横向器件是功率集成电路发展必不可少的重要组成部分，其作为开关器件被广泛用于各种集成电路应用中，如开关电源、LED照明、马达驱动等。横向开关器件往往要求高的击穿电压(Breakdown Voltage，BV)、低的比导通电阻(Specific on resistance，Ron,sp)以及较大的安全工作区(Safe Operating Area，SOA)。然而，当器件受到长时间外加应力或外界辐射作用时，如热载流子注入(Hot-Carrier Injection，HCI)、总剂量效应(Total-Ionizing-Dose Effect，TID)等，Si/SiO2界面会产生陷阱电荷、界面态等界面损伤，使器件的安全工作区、比导通电阻、阈值电压(Threshold Voltage，Vth)等电学参数发生严重退化，从而降低器件的使用范围和使用寿命。虽然通过一些器件结构上的改进，可以有效缓解热载流子注入、总剂量等效应，但是并不能从根本上自愈应力或辐射引起的损伤。因此，为了保证器件能够长期、稳定的工作，寻找一种能够从根本上提高器件耐久性的方法有着重要意义。本发明的实施例就是在这种背景下出现的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有电热退火功能的可集成横向器件，通过使用内置的电热退火装置自愈应力或辐射引起的界面损伤，从根本上延长器件的循环耐久性，提高器件的使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种具有电热退火功能的可集成横向器件，其元胞结构集成在第一导电类型半导体衬底1上，包括设置在衬底1上端面上方的第二导电类型半导体漂移区2、设置在第二导电类型半导体漂移区2上方左侧的多晶栅极9、设置在第二导电类型半导体漂移区2上方中部的场氧化层11、设置在第二导电类型半导体漂移区2内部右侧的第二导电类型半导体漏区6、第二导电类型半导体漂移区2内部左侧的第二导电类型半导体体区3、位于第一导电类型半导体体区3内部的第二导电类型半导体源区5和第一导电类型半导体接触区4，以及第二导电类型半导体源区5到第二导电类型半导体漏区6之间场氧化层11上方的电热退火装置，电热退火装置为多晶电热退火装置12或者金属电热退火装置13，金属电热退火装置13的金属材料的熔点大于700摄氏度或者1000K；源极金属7位于第一导电类型半导体接触区4和第二导电类型半导体源区5上方，漏极金属8位于第二导电类型半导体漏区6的上方；

当器件在强电场中反复施加应力或受到辐射照射后，Si/SiO

作为优选方式，多晶电热退火装置12采用螺旋线状的版图结构；多晶电热退火装置12的螺旋线的始端和末端分别连接引脚十七17和引脚十八18，通过调节引脚十七17、引脚十八18上施加的电压偏置，场氧化层11上方的多晶电热退火装置12携带不同电流产生不同焦耳热，从而实现不同温度的电热退火功能。

作为优选方式，多晶电热退火装置12为中心对称的多个同心圆的版图结构时，多晶电热退火装置12和源极金属7和漏极金属8连接，或者多晶电热退火装置12的最外圈和最内圈分别引出引脚十九19和引脚二十20。

作为优选方式，多晶电热退火装置12为中心对称的多个同心圆的版图结构时，沿从源极金属7到漏极金属8再到源极金属7的方向多晶电热退火装置12每一圈的两端分别连接两个引脚，依次为引脚二十一21至引脚三十二32，通过调节二十一21至引脚三十二32上施加的电压偏置，场氧化层11上方的多晶电热退火装置12携带不同电流产生不同焦耳热，从而实现不同温度的电热退火功能。

作为优选方式，金属电热退火装置13采用螺旋线状的版图结构，螺旋线的始端和末端分别连接引脚三十三33和引脚三十四34，其中引脚三十三33通过不同于金属电热退火装置13的金属层次引出，通过调节引脚三十三33和引脚三十四34上施加的电压偏置，场氧化层11上方的金属电热退火装置13携带不同电流产生不同焦耳热，从而实现不同温度的电热退火功能。

作为优选方式，金属电热退火装置13为中心对称的多个同心圆的版图结构时，金属电热退火装置13和源极金属7、漏极金属8连接，或者金属电热退火装置13的最外圈和最内圈分别引出引脚三十五35和引脚三十六36。

作为优选方式，金属电热退火装置13为中心对称的多个同心圆的版图结构时，沿从源极金属7到漏极金属8再到源极金属7的方向金属电热退火装置13每一圈的两端分别连接两个引脚，依次为引脚三十七37至引脚四十八48，通过调节引脚三十七37至引脚四十八48上施加的电压偏置，金属电热退火装置13携带不同电流产生不同焦耳热，从而实现不同温度的电热退火功能。

作为优选方式，第二导电类型半导体漏区6替换成第一导电类型半导体，从而形成LIGBT的结构。

作为优选方式，衬底材料为SOI衬底或体硅。

通过选择多晶或高熔点金属结构、场氧结构厚度以及引脚的电压偏置方式，可以实现不同温度的电热退火功能。

本发明的有益效果为：当器件在强电场中反复施加应力或受到辐射照射后，Si/SiO

附图说明

图1(a)是传统可集成横向器件的结构示意图；

图1(b)是传统可集成横向器件的的版图结构示意图；

图2(a)是本发明实施例1的具有电热退火功能的可集成横向器件的结构示意图；

图2(b)是本发明实施例1的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图3是本发明实施例2的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图4是本发明实施例3的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图5是本发明实施例4的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图6是本发明实施例5的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图7(a)是本发明实施例6的具有电热退火功能的可集成横向器件的结构示意图；

图7(b)是本发明实施例6的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图8是本发明实施例7的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图9是本发明实施例8的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图10是本发明实施例9的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图；

图11是本发明实施例10的具有电热退火功能的可集成横向器件的版图结构示意图。

1为第一导电类型半导体衬底，2为第二导电类型半导体漂移区，3为第一导电类型半导体体区，4为第一导电类型半导体接触区，5为第二导电类型半导体源区，6为第二导电类型半导体漏区，7为源极金属，8为漏极金属，9为多晶栅极，10为栅氧化层，11为场氧化层，12为多晶电热退火装置，13为金属电热退火装置，14为氧化层，15为第一接触孔、16为第二接触孔，17-48分别为引脚十七至引脚四十八。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

图1(a)为传统可集成横向器件结构，图1(b)为传统可集成横向器件版图结构，其不具备内置的电热退火装置。本发明的主要技术方案，是将电热退火装置集成在传统可集成横向器件上，通过在用于电热退火装置的内置加热器引脚上施加电压偏置，场氧结构上方的多晶或金属结构可以携带电流产生焦耳热，形成局部高温并进行短时间退火，从而修复应力或辐射造成的界面损伤。通过选择多晶或高熔点金属结构，场氧结构厚度以及引脚的电压偏置方式，可以实现不同温度的电热退火功能。从根本上延长器件的循环耐久性，提高器件的使用寿命。

实施例1

如图2(a)和(b)所示，一种具有电热退火功能的可集成横向器件，其元胞结构集成在第一导电类型半导体衬底1上，包括设置在衬底1上端面上方的第二导电类型半导体漂移区2、设置在第二导电类型半导体漂移区2上方左侧的多晶栅极9、设置在第二导电类型半导体漂移区2上方中部的场氧化层11、设置在第二导电类型半导体漂移区2内部右侧的第二导电类型半导体漏区6、第二导电类型半导体漂移区2内部左侧的第二导电类型半导体体区3、位于第一导电类型半导体体区3内部的第二导电类型半导体源区5和第一导电类型半导体接触区4，以及第二导电类型半导体源区5到第二导电类型半导体漏区6之间场氧化层11上方的电热退火装置，电热退火装置为多晶电热退火装置12，源极金属7位于第一导电类型半导体接触区4和第二导电类型半导体源区5上方，漏极金属8位于第二导电类型半导体漏区6的上方；

多晶电热退火装置12采用螺旋线状的版图结构；

本实施例的工作原理为：当器件在强电场中反复施加应力或受到辐射照射后，Si/SiO2界面会产生界面损伤，热退火能够修复界面损伤；通过在源极金属7和漏极金属8上施加电压偏置，场氧化层11上方的电热退火装置携带电流产生焦耳热，形成局部升温并进行退火，从而修复应力或辐射造成的界面损伤。

实施例2

如图3所示，本实施例和实施例1的区别在于：多晶电热退火装置12的螺旋线的始端和末端分别连接引脚十七17和引脚十八18，通过调节引脚十七17、引脚十八18上施加的电压偏置，场氧化层11上方的多晶电热退火装置12携带不同电流产生不同焦耳热，从而实现不同温度的电热退火功能。

实施例3

如图4所示，本实施例和实施例1的区别在于：多晶电热退火装置12为中心对称的多个同心圆的版图结构，多晶电热退火装置12和源极金属7和漏极金属8连接。

实施例4

如图5所示，本实施例和实施例3的区别在于：多晶电热退火装置12的最外圈和最内圈分别引出引脚十九19和引脚二十20。

实施例5

如图6所示，本实施例和实施例1的区别在于：多晶电热退火装置12为中心对称的多个同心圆的版图结构时，沿从源极金属7到漏极金属8再到源极金属7的方向多晶电热退火装置12每一圈的两端分别连接两个引脚，依次为引脚二十一21至引脚三十二32，通过调节二十一21至引脚三十二32上施加的电压偏置，场氧化层11上方的多晶电热退火装置12携带不同电流产生不同焦耳热，从而实现不同温度的电热退火功能。

实施例6

如图7(a)和图7(b)所示，本实施例和实施例1的区别在于：电热退火装置为金属电热退火装置13，金属电热退火装置13的金属材料的熔点大于700摄氏度或者1000K；

通过在源极金属7和漏极金属8上施加电压偏置，场氧结构11上方的金属电热退火装置13可以携带电流产生焦耳热，形成局部高温并进行短时间退火，从而修复应力或辐射造成的界面损伤。

实施例7

如图8所示，本实施例和实施例6的区别在于：金属电热退火装置13采用螺旋线状的版图结构，螺旋线的始端和末端分别连接引脚三十三33和引脚三十四34，其中引脚三十三33通过不同于金属电热退火装置13的金属层次引出，通过调节引脚三十三33和引脚三十四34上施加的电压偏置，场氧化层11上方的金属电热退火装置13携带不同电流产生不同焦耳热，从而实现不同温度的电热退火功能。

实施例8

如图9所示，本实施例和实施例6的区别在于：金属电热退火装置13为中心对称的多个同心圆的版图结构时，金属电热退火装置13和源极金属7、漏极金属8连接。

实施例9

如图10所示，本实施例和实施例8的区别在于：金属电热退火装置13的最外圈和最内圈分别引出引脚三十五35和引脚三十六36。

实施例10

如图11所示，本实施例和实施例6的区别在于：金属电热退火装置13为中心对称的多个同心圆的版图结构时，沿从源极金属7到漏极金属8再到源极金属7的方向金属电热退火装置13每一圈的两端分别连接两个引脚，依次为引脚三十七37至引脚四十八48，通过调节引脚三十七37至引脚四十八48上施加的电压偏置，金属电热退火装置13携带不同电流产生不同焦耳热，从而实现不同温度的电热退火功能。

此外，每个实施例中，第二导电类型半导体漏区6可替换成第一导电类型半导体，从而形成LIGBT的结构。

每个实施例中，衬底材料1为SOI衬底或体硅。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。