專利名稱：N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，是關(guān)于一種適用于高壓應(yīng)用的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散
半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著節(jié)能需求日益增強(qiáng)，功率集成電路產(chǎn)品的性能越來越受到關(guān)注，其中電路的 功率損耗無疑是最為主要的性能指標(biāo)之一。決定功率集成電路功率損耗大小的因素除了功 率集成電路本身電路結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)之外，電路所采用的制造工藝，所采用的功率器件性能便是 功率集成電路功率損耗大小的關(guān)鍵。 目前，依據(jù)功率集成電路的制造工藝主要分為基于體硅、外延和絕緣體上硅 (SOI)。其中，體硅工藝由于硅表面層存在較多的缺陷，所以在早期大尺寸集成電路主要采 用這種工藝；絕緣體上硅(SOI)工藝由于存在絕緣層將表層硅和襯底硅層隔離，加之絕緣 層一般為氧化硅，這樣采用該工藝的器件的縱向擊穿電壓較高，同時對襯底電流有很好的 抑制，有利于降低器件的功耗，然而由于氧化硅層的散熱能力是硅層的1/100，導(dǎo)致功率集 成電路的散熱問題更加嚴(yán)重，并且絕緣體上硅工藝的圓片成本較高；外延工藝很好地解決 了體硅工藝存在的表面缺陷問題，同時具有較好的散熱性能，所以基于外延工藝的功率集 成電路前景仍然廣闊。 功率集成電路中集成的功率器件主要有橫向絕緣柵雙極型晶體管和橫向雙擴(kuò)散 半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管。盡管橫向絕緣柵雙極型晶體管的電流驅(qū)動能力比較強(qiáng)，然而由 于關(guān)斷拖尾電流的存在使得應(yīng)用橫向絕緣柵雙極型晶體管的功率集成電路速度提高受到 限制，所以在較高頻率的功率集成電路中橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管還是相對較 好的選擇。 在橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管性能的優(yōu)化過程中，提高器件的擊穿電壓 與降低器件的導(dǎo)通電阻始終是一對矛盾的問題。因?yàn)槠骷膿舸╇妷禾岣咭蕾囉趽诫s濃度 較低并且較長的漂移區(qū)，而導(dǎo)通電阻的降低要求漂移區(qū)摻雜濃度盡量高且長度盡量短。所 以在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，往往采用二者的折衷來達(dá)到器件性能的最優(yōu)化。為此最近提出了超 結(jié)結(jié)構(gòu)的橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管，該結(jié)構(gòu)的提出主要是采用超結(jié)結(jié)構(gòu)的漂移 區(qū)，實(shí)現(xiàn)在提高漂移區(qū)摻雜濃度的同時不降低器件的擊穿電壓，甚至提高器件擊穿電壓，從 而達(dá)到性能的優(yōu)化。然而，現(xiàn)在的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管由于存在襯底 輔助耗盡因素的影響，性能還有提高的余地，本發(fā)明就是針對這一問題而提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu) 超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠有效提高橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管器件的擊穿 電壓，并且可以降低橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管器件導(dǎo)通電阻的N型超結(jié)橫向雙 擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管，包括P型襯底，在P型襯底 上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)及P型體區(qū)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由連接源漏區(qū)方向相間分布的N型區(qū)和P型區(qū)構(gòu)成， 在P型體區(qū)上方設(shè)有N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)及柵氧化層，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的上方設(shè)有N型漏 區(qū)，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上方，且位于N型漏區(qū)以外的區(qū)域設(shè)有第一型場氧化層，在柵氧化層上方設(shè) 有多晶硅柵，在N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)、N型漏區(qū)、多晶硅柵和第一型場氧化層上方設(shè)有第 二型場氧化層，N型源區(qū)、N型漏區(qū)、P型體接觸區(qū)及多晶硅柵均接有穿通第二型場氧化層的 金屬引線，其特征在于在P型襯底內(nèi)設(shè)有N型緩沖區(qū)，N型緩沖區(qū)位于超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)的 下方，且與超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)底部相接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明中的N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管采用了新結(jié)構(gòu)，即 在超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12下方和P型襯底1之間加入了 N型緩沖區(qū)15，相對于傳統(tǒng)N型超結(jié) 橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管(圖4)能夠有效消除傳統(tǒng)N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體 金屬氧化物晶體管的P型襯底1對超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)11之間的襯底輔助耗盡效應(yīng)帶來的不 利影響，從而可以進(jìn)一步提高器件擊穿電壓，降低器件導(dǎo)通電阻，最終達(dá)到提高器件性能。
(2)本發(fā)明中的N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管采用分離的N型緩 沖區(qū)15，相對于其他N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管(圖5)采用整體N型緩 沖區(qū)16，整體N型緩沖區(qū)16只能實(shí)現(xiàn)P型襯底1與超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)11隔離，在一定成度 上降低了襯底輔助耗盡效應(yīng)，然而引進(jìn)了超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12與整體N型緩沖區(qū)16(圖5) 的輔助耗盡效應(yīng)，這是我們不希望的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了，除了超結(jié)表面層以外的三個方向 的空間耗盡，即表面超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12和超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)11之間的兩個側(cè)面耗盡， 超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12底部和其下方N型緩沖區(qū)15頂部之間的耗盡，超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)11 底部與P型襯底1頂部之間的耗盡，N型緩沖區(qū)15的兩側(cè)和底部均與P型襯底1耗盡，這 樣的全耗盡結(jié)構(gòu)有效的消除了輔助耗盡效應(yīng)的不利影響，充分利用超結(jié)結(jié)構(gòu)，有益于提高 器件擊穿電壓，同時在相同擊穿電壓的前提下有益于降低器件的導(dǎo)通電阻，減小芯片面積。


圖1是三維立體剖面圖，圖示了本發(fā)明N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶 體管實(shí)施例的立體剖面結(jié)構(gòu)。 圖2是剖面圖，圖示出了本發(fā)明N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管三 維立體剖面圖1中AA剖面的器件剖面結(jié)構(gòu)。 圖3是剖面圖，圖示出了本發(fā)明N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管三 維立體剖面圖1中BB剖面的器件剖面結(jié)構(gòu)。 圖4是三維立體剖面圖，圖示了傳統(tǒng)N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體 管實(shí)施例的立體剖面結(jié)構(gòu)。 圖5是三維立體剖面圖，圖示了帶有整體沖區(qū)結(jié)構(gòu)的N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體 金屬氧化物晶體管實(shí)施例的立體剖面結(jié)構(gòu)。 圖6是器件模擬仿真結(jié)果，圖示了三種結(jié)構(gòu)N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化 物晶體管的開態(tài)電流能力大小，可見本發(fā)明器件導(dǎo)通電阻更低電流驅(qū)動能力更強(qiáng)。
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圖7是器件模擬仿真結(jié)果，圖示了三種結(jié)構(gòu)N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化 物晶體管的關(guān)態(tài)擊穿電壓大小，可見本發(fā)明結(jié)構(gòu)的擊穿電壓更高。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖l，對本發(fā)明作詳細(xì)說明，一種N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化 物晶體管，包括P型襯底l，在P型襯底1上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)及P型體區(qū)2，超結(jié)結(jié)構(gòu)由連接 源漏區(qū)方向相間分布的N型區(qū)11和P型區(qū)12構(gòu)成，在P型體區(qū)2上方設(shè)有N型源區(qū)4、 P 型體接觸區(qū)5及柵氧化層3，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的上方設(shè)有N型漏區(qū)14，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上方，且位于N 型漏區(qū)14以外的區(qū)域設(shè)有第一型場氧化層10，在柵氧化層3上方設(shè)有多晶硅柵6，在N型 源區(qū)4、 P型體接觸區(qū)5、 N型漏區(qū)14、多晶硅柵6和第一型場氧化層10上方設(shè)有第二型場 氧化層8， N型源區(qū)4、N型漏區(qū)14、P型體接觸區(qū)5及多晶硅柵6均接有穿通第二型場氧化 層8的金屬引線，其特征在于在P型襯底1內(nèi)設(shè)有N型緩沖區(qū)15， N型緩沖區(qū)15位于超結(jié) 結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12的下方，且與超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12底部相接。 所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12的寬度與對應(yīng)的N型緩沖區(qū)15的寬度相等，也可以 不完全相等。 所述的N型緩沖區(qū)15可以通過高能離子注入以隱埋層的方式形成。 所述的N型緩沖區(qū)15摻雜濃度與上方超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12摻雜濃度相當(dāng)。 所述的N型緩沖區(qū)15可以通過離子注入，然后進(jìn)行表面外延的方式形成。 所述的N型緩沖區(qū)15底部不一定要與P型體區(qū)2底部位于同一水平面，依據(jù)實(shí)際
設(shè)計(jì)需要而定。 所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)11與超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12摻雜濃度相當(dāng)，依據(jù)實(shí)際設(shè) 計(jì)需要而定。 所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)11與超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)12寬度相當(dāng)，依據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需 要而定。 所述的多晶硅柵6可以延伸至第一型場氧化層IO上方，形成晶硅場板，進(jìn)一步降 低表面電場，提高器件擊穿電壓。 所述的漏端金屬電極13可以延伸至第一型場氧化層10上方，形成漏端金屬場板，
進(jìn)一步降低表面電場，提高器件擊穿電壓。 本發(fā)明采用如下方法來制備 第一步，取P型襯底，對其進(jìn)行預(yù)清洗，在P型襯底上制備N型緩沖區(qū)，然后生長N 型外延層，通離子注入和高溫?zé)釘U(kuò)散形成P型體區(qū)，在N型外延層上、N型緩沖區(qū)正上方制 作寬度與N型緩沖區(qū)相當(dāng)?shù)某Y(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)，同時形成超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)，再接著進(jìn)行第 一型場氧化層的生長，然后進(jìn)行場氧注入，調(diào)整溝道閾值電壓注入，柵氧化層生長，淀積刻 蝕多晶硅形成多晶硅柵和多晶硅場板，源漏注入形成N型源區(qū)、N型漏區(qū)和P型體接觸區(qū)， 然后淀積第二型場氧化層。 第二步刻蝕第二型氧化層，形成N型源區(qū)、N型漏區(qū)、P型體接觸區(qū)和多晶硅柵的 金屬電極引出孔，淀積金屬層，刻蝕金屬層形成N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶 體管的N型源區(qū)和P型體接觸區(qū)的引出電極、N型漏區(qū)引出電極和多晶硅柵引出電極，最后 進(jìn)行鈍化處理。
權(quán)利要求
一種N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管，包括P型襯底(1)，在P型襯底(1)上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)及P型體區(qū)(2)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由連接源漏區(qū)方向相間分布的N型區(qū)(11)和P型區(qū)(12)構(gòu)成，在P型體區(qū)(2)上方設(shè)有N型源區(qū)(4)、P型體接觸區(qū)(5)及柵氧化層(3)，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的上方設(shè)有N型漏區(qū)(14)，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上方，且位于N型漏區(qū)(14)以外的區(qū)域設(shè)有第一型場氧化層(10)，在柵氧化層(3)上方設(shè)有多晶硅柵(6)，在N型源區(qū)(4)、P型體接觸區(qū)(5)、N型漏區(qū)(14)、多晶硅柵(6)和第一型場氧化層(10)上方設(shè)有第二型場氧化層(8)，N型源區(qū)(4)、N型漏區(qū)(14)、P型體接觸區(qū)(5)及多晶硅柵(6)均接有穿通第二型場氧化層(8)的金屬引線，其特征在于在P型襯底(1)內(nèi)設(shè)有N型緩沖區(qū)(15)，N型緩沖區(qū)(15)位于超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)(12)的下方，且與超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)(12)底部相接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管，其特征在于 超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)(12)的寬度與對應(yīng)的N型緩沖區(qū)(15)的寬度相等。
全文摘要
一種N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散半導(dǎo)體金屬氧化物晶體管，包括P型襯底，在P型襯底上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)及P型體區(qū)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由連接源漏區(qū)方向相間分布的N型區(qū)和P型區(qū)構(gòu)成，在P型體區(qū)上方設(shè)有N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)及柵氧化層，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的上方設(shè)有N型漏區(qū)，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上方，且位于N型漏區(qū)以外的區(qū)域設(shè)有第一型場氧化層，在柵氧化層上方設(shè)有多晶硅柵，在N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)、N型漏區(qū)、多晶硅柵和第一型場氧化層上方設(shè)有第二型場氧化層，N型源區(qū)、N型漏區(qū)、P型體接觸區(qū)及多晶硅柵均接有穿通第二型場氧化層的金屬引線，其特征在于在P型襯底內(nèi)設(shè)有N型緩沖區(qū)，N型緩沖區(qū)位于超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)的下方，且與超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)底部相接。
文檔編號H01L29/78GK101771081SQ200910263298
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者夏曉娟, 孫偉鋒, 時龍興, 楊淼, 錢欽松, 陸生禮, 陳越政 申請人:東南大學(xué)