專利名稱：P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導體器件領(lǐng)域，是關(guān)于一種適用于高壓應用的超結(jié)橫向雙擴散
半導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，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)、設計之外，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，導致功率集 成電路的散熱問題更加嚴重，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散 半導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，然而由 于關(guān)斷拖尾電流的存在使得應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散半導體金屬氧化物晶體管還是相對較 好的選擇。 在橫向雙擴散半導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 與降低器件的導通電阻始終是一對矛盾的問題。因為器件的擊穿電壓提高依賴于摻雜濃度 較低并且較長的漂移區(qū)，而導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 以在實際設計過程中，往往采用二者的折衷來達到器件性能的最優(yōu)化。為此最近提出了超 結(jié)結(jié)構(gòu)的橫向雙擴散半導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 而達到性能的優(yōu)化。然而，現(xiàn)在的超結(jié)橫向雙擴散半導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結(jié)構(gòu) 超結(jié)橫向雙擴散半導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散半導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散半導體金屬氧化物晶體管器件導通電阻的P型超結(jié)橫向雙 擴散半導體金屬氧化物晶體管。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管，包括N型襯底，在N型襯底 上設有超結(jié)結(jié)構(gòu)及N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P型區(qū)和N型區(qū)構(gòu)成， 在N型體區(qū)上方設有P型源區(qū)、N型體接觸區(qū)及柵氧化層，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的上方設有P型漏 區(qū)，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上方，且位于P型漏區(qū)以外的區(qū)域設有第一型場氧化層，在柵氧化層上方設 有多晶硅柵，在P型源區(qū)、N型體接觸區(qū)、P型漏區(qū)、多晶硅柵和第一型場氧化層上方設有第 二型場氧化層，P型源區(qū)、P型漏區(qū)、N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N型襯底內(nèi)設有P型緩沖區(qū)，P型緩沖區(qū)位于超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)的 下方，且與超結(jié)結(jié)構(gòu)中N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 (1)本發(fā)明中的P型超結(jié)橫向雙擴散半導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N型區(qū)12下方和N型襯底1之間加入了 P型緩沖區(qū)15，相對于傳統(tǒng)P型超結(jié) 橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管(圖4)能夠有效消除傳統(tǒng)P型超結(jié)橫向雙擴散半導 體金屬氧化物晶體管的N型襯底1對超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)11之間的襯底輔助耗盡效應帶來 的不利影響，從而可以進一步提高器件擊穿電壓，降低器件導通電阻，最終達到提高器件性 能。 (2)本發(fā)明中的P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管采用分離的P型緩 沖區(qū)15，相對于其他P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管(圖5)采用整體P型緩 沖區(qū)16，整體P型緩沖區(qū)16只能實現(xiàn)N型襯底1與超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)11隔離，在一定成度 上降低了襯底輔助耗盡效應，然而引進了超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)12與整體P型緩沖區(qū)16(圖5) 的輔助耗盡效應，這是我們不希望的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)實現(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N型區(qū)12和超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)11之間的兩個側(cè)面耗盡， 超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)12底部和其下方P型緩沖區(qū)15頂部之間的耗盡，超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)11 底部與N型襯底1頂部之間的耗盡，P型緩沖區(qū)15的兩側(cè)和底部均與N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P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶 體管實施例的立體剖面結(jié)構(gòu)。 圖2是剖面圖，圖示出了本發(fā)明P型超結(jié)橫向雙擴散半導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P型超結(jié)橫向雙擴散半導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)P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體 管實施例的立體剖面結(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P型超結(jié)橫向雙擴散半導體 金屬氧化物晶體管實施例的立體剖面結(jié)構(gòu)。 圖6是器件模擬仿真結(jié)果，圖示了三種結(jié)構(gòu)P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管的開態(tài)電流能力大小，可見本發(fā)明器件導通電阻更低電流驅(qū)動能力更強。 圖7是器件模擬仿真結(jié)果，圖示了三種結(jié)構(gòu)P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化
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。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖l，對本發(fā)明作詳細說明，一種P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管，包括N型襯底l，在N型襯底1上設有超結(jié)結(jié)構(gòu)及N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P型區(qū)11和N型區(qū)12構(gòu)成，在N型體區(qū)2上方設有P型源區(qū)4、 N型體接觸區(qū)5及柵氧化層3，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的上方設有P型漏區(qū)14，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上方，且位于P型漏區(qū)14以外的區(qū)域設有第一型場氧化層IO，在柵氧化層3上方設有多晶硅柵6，在P型源區(qū)4、 N型體接觸區(qū)5、 P型漏區(qū)14、多晶硅柵6和第一型場氧化層10上方設有第二型場氧化層8， P型源區(qū)4、P型漏區(qū)14、N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N型襯底1內(nèi)設有P型緩沖區(qū)15， P型緩沖區(qū)15位于超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)12的下方，且與超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)12底部相接。 所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)12的寬度與對應的P型緩沖區(qū)15的寬度相等，也可以不完全相等。 所述的P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P型緩沖區(qū)15摻雜濃度與上方超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)12摻雜濃度相當。 所述的P型緩沖區(qū)15可以通過離子注入，然后進行表面外延的方式形成。 所述的P型緩沖區(qū)15底部不一定要與N型體區(qū)2底部位于同一水平面，依據(jù)實際
設計需要而定。 所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)11與超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)12摻雜濃度相當，依據(jù)實際設計需要而定。 所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)11與超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)12寬度相當，依據(jù)實際設計需要而定。 所述的多晶硅柵6可以延伸至第一型場氧化層10上方，形成晶硅場板，進一步降低表面電場，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N型襯底，對其進行預清洗，在N型襯底上制備P型緩沖區(qū)，然后生長P型外延層，通離子注入和高溫熱擴散形成N型體區(qū)，在P型外延層上、P型緩沖區(qū)正上方制作寬度與P型緩沖區(qū)相當?shù)某Y(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)，同時形成超結(jié)結(jié)構(gòu)中P型區(qū)，再接著進行第一型場氧化層的生長，然后進行場氧注入，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P型源區(qū)、P型漏區(qū)和N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P型源區(qū)、P型漏區(qū)、N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P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管的P型源區(qū)和N型體接觸區(qū)的引出電極、P型漏區(qū)引出電極和多晶硅柵引出電極，最后
5進行鈍化處理c
權(quán)利要求
一種P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管，包括N型襯底(1)，在N型襯底(1)上設有超結(jié)結(jié)構(gòu)及N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P型區(qū)(11)和N型區(qū)(12)構(gòu)成，在N型體區(qū)(2)上方設有P型源區(qū)(4)、N型體接觸區(qū)(5)及柵氧化層(3)，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的上方設有P型漏區(qū)(14)，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上方，且位于P型漏區(qū)(14)以外的區(qū)域設有第一型場氧化層(10)，在柵氧化層(3)上方設有多晶硅柵(6)，在P型源區(qū)(4)、N型體接觸區(qū)(5)、P型漏區(qū)(14)、多晶硅柵(6)和第一型場氧化層(10)上方設有第二型場氧化層(8)，P型源區(qū)(4)、P型漏區(qū)(14)、N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N型襯底(1)內(nèi)設有P型緩沖區(qū)(15)，P型緩沖區(qū)(15)位于超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)(12)的下方，且與超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)(12)底部相接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管，其特征在于 超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)(12)的寬度與對應的P型緩沖區(qū)(15)的寬度相等。
全文摘要
一種P型超結(jié)橫向雙擴散半導體金屬氧化物晶體管，包括N型襯底，在N型襯底上設有超結(jié)結(jié)構(gòu)及N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P型區(qū)和N型區(qū)構(gòu)成，在N型體區(qū)上方設有P型源區(qū)、N型體接觸區(qū)及柵氧化層，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的上方設有P型漏區(qū)，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上方，且位于P型漏區(qū)以外的區(qū)域設有第一型場氧化層，在柵氧化層上方設有多晶硅柵，在P型源區(qū)、N型體接觸區(qū)、P型漏區(qū)、多晶硅柵和第一型場氧化層上方設有第二型場氧化層，P型源區(qū)、P型漏區(qū)、N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N型襯底內(nèi)設有P型緩沖區(qū)，P型緩沖區(qū)位于超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)的下方，且與超結(jié)結(jié)構(gòu)中N型區(qū)底部相接。
文檔編號H01L29/78GK101777581SQ200910263299
公開日2010年7月14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)明者孫偉鋒, 孫大鷹, 徐申, 時龍興, 錢欽松, 陸生禮, 陳越政 申請人:東南大學