專利名稱：一種提高電流密度的p型絕緣體上硅橫向器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，更具體的說，是關(guān)于一種適用于高壓大電 流應(yīng)用的提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件。
技術(shù)背景隨著人們對現(xiàn)代化生活需求的日益增強，功率集成電路產(chǎn)品的性能越來越受到關(guān) 注，其中功率集成電路處理高電壓、大電流的能力越來越成為最為主要的性能指標(biāo)之一。決 定功率集成電路處理高電壓、大電流能力大小的因素除了功率集成電路本身電路結(jié)構(gòu)、設(shè) 計以及電路所采用的制造工藝之外，相同面積的單個器件能通過的電流能力是衡量功率集 成電路性能和成本的關(guān)鍵。由于功率半導(dǎo)體器件是電力電子系統(tǒng)進行能量控制和轉(zhuǎn)換的基本電子元件，電力 電子技術(shù)的不斷發(fā)展為半導(dǎo)體功率器件開拓了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，而半導(dǎo)體功率器件的導(dǎo)通 電阻和擊穿電壓等特性則決定了電力電子系統(tǒng)的效率、功耗等基本性能。近來絕緣體上硅制造技術(shù)日益成熟，與通過傳統(tǒng)的體型襯底硅晶圓生產(chǎn)的芯片相 比，基于絕緣體上硅的芯片結(jié)構(gòu)中絕緣層把活動硅膜層與體型襯底硅基板分隔開來，因此 大面積的PN結(jié)將被介電隔離取代。各種阱可以向下延伸至氧化埋層，有效減少了漏電流和 結(jié)電容。其結(jié)果必然是大幅度提高了芯片的運行速度，拓寬了器件工作的溫度范圍。隨著 絕緣體上硅的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的出現(xiàn)，它以普通橫向雙擴散金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管無法比擬的優(yōu)點(功耗低、抗干擾能力強、集成密度高、速度快、消除閂鎖 效應(yīng))而得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛垂青。絕緣柵雙極型晶體管綜合了雙極型晶體管和絕緣柵場效應(yīng)管器件的優(yōu)點，驅(qū)動功 率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻 器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。目前，功率半導(dǎo)體單個器件一般都采用圓形或跑道型的對稱結(jié)構(gòu)。在某些需要處 理大電流的場合，不得不通過增大器件面積來達到目的。而這一做法的缺點就是降低了芯 片的集成度，從而芯片的成本將隨之提高。如何在不增大器件面積的前提下，有效提高單個 器件的電流處理能力越來越受到功率集成電路設(shè)計者們的關(guān)注。這也成為功率器件設(shè)計上 的一個難題
實用新型內(nèi)容
本實用新型提供一種能夠有效提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件。本實用新型就是針對這一問題，通過改變P型緩沖區(qū)14的注入窗口的位置而得到 一種使得器件電流密度大幅提高的新型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管。本實用新型采用如下技術(shù)方案一種提高電流密度的N型絕緣體上硅橫向器件，N型半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上 面設(shè)置有埋氧化層，在埋氧化層上設(shè)有N外延層，在N外延層和上面設(shè)有P型漂移區(qū)與N型阱區(qū)，在N阱區(qū)表面設(shè)有P型源區(qū)和N型接觸區(qū)，在P型漂移區(qū)上設(shè)有P型緩沖區(qū)，P型緩 沖層上方設(shè)有N型漏區(qū)，在N外延層的表面還設(shè)有柵氧化層，且柵氧化層自N外延層6延伸 至P型漂移區(qū)，在N外延層表面的P型源區(qū)、N型接觸區(qū)和柵氧化層以外的區(qū)域及P型漂移 區(qū)表面的P型漏區(qū)以外的區(qū)域設(shè)有場氧化層，在柵氧化層的表面設(shè)有多晶硅柵且多晶硅柵 延伸至場氧化層的表面，在場氧化層、N型接觸區(qū)、P型源區(qū)、多晶硅柵及P型漏區(qū)的表面設(shè) 有氧化層，在P型源區(qū)、N型接觸區(qū)、多晶硅柵和N型漏區(qū)上分別連接有金屬層。所述的提 高電流密度的高壓P型絕緣體上硅橫向器件的P型緩沖區(qū)為P型環(huán)狀緩沖區(qū)且所述P型環(huán) 狀緩沖區(qū)向內(nèi)擴散形成P型緩沖擴散區(qū)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點(1)本實用新型中所述的提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件通過一個環(huán)形 的離子注入窗口注入P型雜質(zhì)形成P型緩沖區(qū)14然后經(jīng)過熱擴散的過程擴散出P型緩沖 擴散區(qū)16，使得P型緩沖區(qū)擴散層16厚度比P型緩沖區(qū)14薄0. 3-0. 5微米，且P型緩沖擴 散區(qū)16的濃度是P型緩沖區(qū)14濃度的1/5-1/2。從而將N型漏區(qū)10向器件注入空穴的位 置從原來的N型漏區(qū)10兩側(cè)部分轉(zhuǎn)移到N型漏區(qū)10的正下方，降低了注入的空穴載流子 在P型緩沖區(qū)14中復(fù)合的概率，最終達到提高器件電流的目的，如圖3對比該器件與傳統(tǒng) P型絕緣體上硅橫向器件IV曲線所示，器件的電流密度大大提高了?？梢钥闯霰緦嵱眯滦?器件的電流比一般器件的電流提高15%以上。(2)由于本實用新型中器件的主要結(jié)構(gòu)沒有改變，僅僅改變了 P型緩沖區(qū)14的注 入窗口，因而并沒有改變器件的擊穿電壓，如圖4對比該器件與傳統(tǒng)P型絕緣體上硅橫向器 件關(guān)態(tài)雪崩電壓曲線所示，器件的擊穿電壓幾乎沒有改變。(3)本實用新型中器件結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)只需要將原來的P緩沖區(qū)14注入的掩模板進行 修正即可，與原有工藝兼容，不會增加掩模板的數(shù)量，節(jié)約了制作成本。(4)本實用新型在沒有增加器件面積的條件下提高了器件的電流密度，相比相同 電流密度的器件而言，其芯片使用面積將會大大降低。
圖1是常規(guī)的P型絕緣體上硅橫向器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型器件和一般結(jié)構(gòu)器件的電流密度比較圖。圖4是本實用新型結(jié)構(gòu)器件和一般結(jié)構(gòu)器件的關(guān)態(tài)擊穿電壓比較圖。圖5是本實用新型結(jié)構(gòu)的工藝步驟第一步，即在再SOI層上長出N外延。圖6是本實用新型結(jié)構(gòu)的工藝步驟第二步，即在外延上推出P漂移區(qū)與N阱。圖7是本實用新型結(jié)構(gòu)的工藝步驟第三步，即注入環(huán)形的P型緩沖區(qū)，并擴散出P 型緩沖擴散區(qū)。圖8是本實用新型結(jié)構(gòu)的工藝步驟第五步，即在生長出場氧與柵氧后，淀積并刻 蝕多晶硅柵。圖9是本實用新型結(jié)構(gòu)的工藝步驟第六步，即生成有源區(qū)。圖10是本實用新型器件注入工藝改善圖，即采用環(huán)形離子注入，由于是剖面圖， 看起來是對稱的注入窗口。
具體實施方式
參照圖2，一種提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件，包括N型半導(dǎo)體襯底9 在半導(dǎo)體襯底9上面設(shè)置有埋氧化層8，在埋氧化層8上設(shè)有N外延層6，在N外延層和上 面設(shè)有P型漂移區(qū)7與N型阱區(qū)15，在N阱區(qū)15表面設(shè)有P型源區(qū)12和N型接觸區(qū)11， 在P型漂移區(qū)7上設(shè)有P型緩沖區(qū)14，P型緩沖區(qū)14上方設(shè)有N型漏區(qū)10，在N外延層6 的表面還設(shè)有和柵氧化層3，且柵氧化層3自N外延層6延伸至P型漂移區(qū)7，在N型阱區(qū) 15表面的P型源區(qū)12、N型接觸區(qū)11，P型漂移區(qū)7表面的除N型漏區(qū)10以外的區(qū)域設(shè)有 場氧化層1，在柵氧化層3的表面設(shè)有多晶硅柵4且多晶硅柵4延伸至場氧化層1的表面， 在場氧化層1、N型接觸區(qū)11、P型源區(qū)12、多晶硅柵4及N型漏區(qū)10的表面設(shè)有氧化層5， 在P型源區(qū)12、N型接觸區(qū)11、多晶硅柵4和N型漏區(qū)10上分別連接有金屬層2。其特征 在于所述的提高電流密度的高壓N型絕緣體上硅橫向器件的P型緩沖區(qū)14為P型環(huán)狀緩 沖區(qū)且所述P型環(huán)狀緩沖區(qū)向內(nèi)擴散形成P型緩沖擴散區(qū)16。本實用新型采用如下方法來制備制作如上所述的提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件，具體步驟如下按照 常規(guī)的高壓P型絕緣體上硅橫向器件的制作，它包括在SOI上生長N型外延6 ；光刻、注入 硼離子、擴散，生成P型漂移區(qū)7 ；光亥IJ、注入磷與砷離子、擴散，生成N阱區(qū)15;光亥IJ、注入磷 與砷離子形成環(huán)形P型緩沖區(qū)14，擴散后形成P型緩沖擴散區(qū)16 ；生長場氧化層1、刻蝕、 生長柵氧3 ；多晶硅柵4淀積、回刻；光刻、源區(qū)12漏區(qū)10注入、擴散；刻蝕氧化層形成接觸 孔；金屬層2淀積、刻蝕。
權(quán)利要求1.一種提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件，包括N型半導(dǎo)體襯底(9)，在半導(dǎo) 體襯底(9)上面設(shè)置有埋氧化層(8)，在埋氧化層(8)上設(shè)有N外延層(6)，在N外延層和 上面設(shè)有P型漂移區(qū)(7)與N型阱區(qū)(15)，在N型阱區(qū)(15)表面設(shè)有P型源區(qū)(12)和N 型接觸區(qū)(11)，在P型漂移區(qū)(7)上設(shè)有P型緩沖區(qū)(14)，在所述的P型緩沖區(qū)上方設(shè)置N 型漏區(qū)(10)，在N外延層(6)的表面還設(shè)有柵氧化層( 且柵氧化層(3)自N外延層(6) 延伸至P型漂移區(qū)(7)，在N外延層(6)表面的P型源區(qū)(12)、N型接觸區(qū)(11)，P型漂移 區(qū)(7)表面除N型漏區(qū)(10)以外的區(qū)域設(shè)有場氧化層(1)，在柵氧化層(3)的表面設(shè)有多 晶硅柵(4)且多晶硅柵(4)延伸至場氧化層(1)的表面，在場氧化層(1)、N型接觸區(qū)(11)、 P型源區(qū)(12)、多晶硅柵(4)及N型漏區(qū)(10)的表面設(shè)有氧化層(5)，在P型源區(qū)(12)、N 型接觸區(qū)(11)、多晶硅柵(4)和N型漏區(qū)(10)上分別連接有金屬層O)，其特征在于所述 的提高電流密度的高壓P型絕緣體上硅橫向器件的P型緩沖區(qū)(14)為P型環(huán)形緩沖區(qū)且 所述P型環(huán)狀緩沖區(qū)向內(nèi)擴散形成P型緩沖擴散區(qū)(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件，其特征在于其 特征在于=P型緩沖擴散區(qū)(16)厚度比P型緩沖區(qū)(14)薄0. 3-0. 5微米。
專利摘要一種提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件，包括N型半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上設(shè)有埋氧層，在埋氧層上設(shè)有N外延層，在N外延層上面設(shè)有N型漂移區(qū)與N阱區(qū)，在N阱區(qū)表面設(shè)有P型源區(qū)和N型接觸區(qū)，在P型漂移區(qū)上設(shè)有P型緩沖區(qū)，N型漏區(qū)，在N外延的表面還設(shè)有柵氧化層，在N阱的表面有P型源區(qū)、N型接觸區(qū)，P型漂移區(qū)表面的N型漏區(qū)以外的區(qū)域設(shè)有場氧化層，其特征在于所述P型絕緣體上硅橫向器件的P型緩沖區(qū)為環(huán)狀緩沖區(qū)且該環(huán)狀緩沖區(qū)向內(nèi)擴散形成P型緩沖擴散區(qū)。制作該器件具體步驟如下在SOI上生長N型外延；制備N阱與P漂移區(qū)；制備環(huán)形P型緩沖區(qū)；制備場氧和柵氧；制備多晶柵；制備源、漏區(qū)；通孔；制備金屬層。
文檔編號H01L29/739GK201918390SQ201020508069
公開日2011年8月3日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者孫偉鋒, 孫俊, 時龍興, 蘇展, 錢欽松 申請人:東南大學(xué)