專利名稱：一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率mos器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件，特別涉及一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件。
背景技術(shù)：
功率MOS (Metal-Oxide-Semiconductor即金屬-氧化物-半導(dǎo)體)器件廣泛應(yīng)用于功率集成領(lǐng)域，而擊穿電壓與導(dǎo)通電阻之間的矛盾是人們長期關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一，并由此提出眾多緩解該矛盾的方案，其中槽型場氧結(jié) 構(gòu)本認(rèn)為是能夠有效緩解該矛盾的結(jié)構(gòu)之一。典型的常規(guī)槽型場氧結(jié)構(gòu)如圖I所示，I為襯底硅層，2為P阱，3為P+源區(qū)，4為N+源區(qū)，5為N+漏區(qū),6為漏電極,7為柵電極,8為源電極，9為N-漂移區(qū)，10為槽型場氧。該結(jié)構(gòu)較非槽型場氧結(jié)構(gòu)可大大減少漂移區(qū)尺寸而降低晶體管所占晶圓面積，降低器件導(dǎo)通電阻。相關(guān)內(nèi)容可見參考文獻(xiàn)M. Zitouni, F. Morancho, P. Rossel, H. Tranduc,J. Buxo and I. Pages,“A New Concept for the Lateral DMOS Transistor for SmartPower IC’s，，，Proc. Intl. Symp. Power Semiconductor Devices and IntegratedCircuits, pp. 73-76，(1999)。在此基礎(chǔ)上，一種具有縱向溝道的槽型場氧結(jié)構(gòu)被提出，見圖2,1為襯底娃層,2為P阱,3為P+源區(qū),4為N+源區(qū),5為N+漏區(qū),6為漏電極,7為柵電極，8為源電極，9為N-漂移區(qū)，10為槽型場氧，11為槽型柵。相較圖1，該結(jié)構(gòu)最大的改進(jìn)在于采用了槽型柵，即運(yùn)用了縱向溝道，并且P+源區(qū)和P阱直接接觸在槽型場氧上，因此最大限度的減少了晶體管尺寸，進(jìn)一步降低器件導(dǎo)通電阻。相關(guān)內(nèi)容可見參考文獻(xiàn)K. R. Varadarajan, T. P. Chow, J. Wang, R. Liu, F. Gonzalez, “250V IntegrableSilicon Lateral Trench Power MOSFETs with Superior Specific On-Resistance，，，Proc. Intl. Symp. Power Semiconductor Devices and Integrated Circuits, pp.233-236，(2007)。2011 年，羅小蓉等將該結(jié)構(gòu)引入到 SOI (Silicon On Insulator)襯底中，獲得了 233V的擊穿電壓和3. 3 ι Ω · cm2的導(dǎo)通電阻，如圖3所示，其中I為襯底硅層，2為P阱,3為P+源區(qū),4為N+源區(qū),5為N+漏區(qū),6為漏電極,8為源電極，9為N-漂移區(qū)，10為槽型場氧，11為槽型柵，14為SOI襯底的埋氧層，相關(guān)內(nèi)容見=Xiaorong Luo, JieFan, Yuangang Wang, Tianfei Lei, Ming Qiao, Bo Zhang, and Florin Udrea, “UltralowSpecific On-Resistance High-Voltage SOI Lateral MOSFET，，， IEEE Electron DeviceLetters, 32(2)，pp. 185-187 (2011)。目前，低導(dǎo)通電阻的槽型場氧器件仍然是世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決進(jìn)一步降低功率MOS的導(dǎo)通電阻，緩解器件擊穿電壓與導(dǎo)通電阻之間的問題，本發(fā)明提出一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件，較常規(guī)槽氧結(jié)構(gòu)大大降低了載流子的漂移距離，從而有效降低器件在開態(tài)時(shí)候的導(dǎo)通電阻。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件，包括襯底P型硅層、有源頂層硅和槽型場氧，所述有源頂層硅包括縱向溝道、N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)，以及埋于整個(gè)襯底P型硅層表面的N+漏區(qū)，所述縱向溝道設(shè)置于N-漂移區(qū)上方，所述N-漂移區(qū)與P型硅區(qū)接觸，所述P型硅區(qū)與槽型場氧接觸，所述N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)接觸和槽型場氧分別與埋于整個(gè)襯底P型硅層表面的N+漏區(qū)接觸。進(jìn)一步，所述有源頂層硅還設(shè)置有N+源區(qū)、P+源區(qū)和P講，所述P+源區(qū)和P阱直接接觸于槽型場氧，所述N+源區(qū)與P+源區(qū)接觸，所述N+源區(qū)和P+源區(qū)分別與P阱接觸，所述P阱分別與N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)接觸，所述N+源區(qū)和P阱分別與縱向溝道接觸，所述P型硅區(qū)介于N-漂移區(qū)和槽型場氧之間，所述N+漏區(qū)上方設(shè)置有漏電極，所述P阱設(shè)置有槽型柵氧化層和柵電極，槽型柵氧化層和柵電極垂直于P阱并與P阱接觸，所述N+源區(qū)和P+源區(qū)設(shè)置于P阱區(qū)域內(nèi)上方，所述N+源區(qū)和P+源區(qū)上方設(shè)置有源電極。
進(jìn)一步，所述有源頂層硅為Si、SiC, GaN半導(dǎo)體材料中的一種或多種。進(jìn)一步，還包括SOI襯底埋氧層，所述SOI襯底埋氧層設(shè)置于埋于整個(gè)襯底P型硅層表面的N+漏區(qū)和襯底P型硅層之間。進(jìn)一步，所述SOI襯底埋氧層還設(shè)置有半導(dǎo)體窗口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明在常規(guī)的槽型場氧器件基礎(chǔ)上，采用埋于整個(gè)襯底P型硅層表面的N+漏區(qū)，器件開態(tài)時(shí)，載流子直接通過N+漏區(qū)(低阻區(qū))和N+源區(qū)間的N-漂移區(qū)運(yùn)動(dòng)，較常規(guī)槽型場氧結(jié)構(gòu)大大降低了載流子的漂移距離，從而有效降低器件在開態(tài)時(shí)候的導(dǎo)通電阻。該結(jié)構(gòu)同樣適用于基于SOI技術(shù)的功率器件。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中
圖I為常規(guī)槽型場氧器件結(jié)構(gòu)示意 圖2為具有槽型柵氧(縱向溝道)的槽型場氧器件結(jié)構(gòu)示意 圖3為基于SOI襯底的槽型場氧器件結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明提出的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)構(gòu)；
圖5為本發(fā)明提出的基于SOI襯底的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)
構(gòu)；
圖6為本發(fā)明提出的基于部分SOI襯底的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)構(gòu)；
圖7為本發(fā)明提出的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)構(gòu)關(guān)態(tài)擊穿時(shí)等勢線分布；
圖8為本發(fā)明提出的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)構(gòu)開態(tài)時(shí)電流密度線分布；圖中，I為襯底娃層、2為P阱、3為P+源區(qū)、4為N+源區(qū)、5為N+漏區(qū)、6為漏電極、7為柵電極、8為源電極、9為N-漂移區(qū)、10為槽型場氧、11為槽型柵、12為P型硅區(qū)、13為埋于整個(gè)襯底表面的N+漏區(qū)、14為SOI襯底的埋氧層、15為部分SOI襯底的硅窗口。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖4為本發(fā)明提出的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)構(gòu)。如圖所示本發(fā)明提供的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)構(gòu)，包括襯底P型硅層、有源頂層硅和槽型場氧，有源硅層包含有縱向溝道11、N-漂移區(qū)9、P型硅區(qū)12，以及埋于整個(gè)襯底P型硅層I表面的N+漏區(qū)13，所述縱向溝道設(shè)置于N型硅區(qū)上方，所述N-漂移區(qū)與P型硅區(qū)接觸，所述P型硅區(qū)與槽型場氧接觸，所述N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)和槽型場氧分別與埋于整個(gè)襯底P型硅層表面的N+漏區(qū)接觸。所述有源頂層硅還設(shè)置有N+源區(qū)、P+源區(qū)和P阱，所述P+源區(qū)3和P阱2直接接觸于槽型場氧10，所述N+源區(qū)與P+源區(qū)接觸，所述N+源區(qū)和P+源區(qū)分別與P阱接觸，所述P阱分別與N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)接觸，所述N+源區(qū)和P阱分別與縱向溝道接觸，所述P型硅區(qū)12介于N-漂移區(qū)9和槽型場氧10之間，所述N+漏區(qū)5上方設(shè)置有漏電極6，所述P阱2設(shè)置有槽型柵氧化層11和柵電極7，槽型柵氧化層和柵電極垂直于P阱2并與P阱2接觸，所述N+源區(qū)4和P+源區(qū)3設(shè)置于P阱2區(qū)域內(nèi)上方，所述N+源區(qū)4和P+源區(qū)3上方設(shè)置有源電極8。本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)還可應(yīng)用于SOI襯底上，如圖5所示。還可應(yīng)用于部分SOI襯底埋氧層上，如圖6所示，即在SOI襯底埋氧層14設(shè)置有半導(dǎo)體窗口 15，所述半導(dǎo)體窗口 15設(shè)置于襯底層和有源頂層硅之間，且半導(dǎo)體窗口即硅窗口的可位于SOI襯底埋氧層14任意位置。所述埋于整個(gè)襯底P型娃層I表面的N+漏區(qū)13,其位于襯底表面的N+娃層由于不完全耗盡，故其厚度可以根據(jù)需要調(diào)整。所述有源半導(dǎo)體層為Si、SiC、GaN半導(dǎo)體材料中的一種或多種。應(yīng)用于SOI或部分SOI襯底時(shí),所述介質(zhì)埋層可為SiO2和/或Si3N4介質(zhì)。圖4為本發(fā)明提出的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)構(gòu)。如圖所示，其中，I為襯底娃層，2為P阱,3為P+源區(qū),4為N+源區(qū),5為N+漏區(qū),6為漏電極,7為柵電極，8為源電極，9為N-漂移區(qū)，10為槽型場氧，11為槽型柵即縱向溝道，12為P型硅區(qū)，13為埋于整個(gè)襯底表面的N+漏區(qū)。其相關(guān)參數(shù)如N-漂移區(qū)9和P型硅區(qū)12的寬度和濃度分布可以根據(jù)需要調(diào)整，槽型場氧10的高度和寬度也可以根據(jù)需要調(diào)整。本發(fā)明的工作原理下面以圖4提出的一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件結(jié)構(gòu)，對所提出的新器件結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)說明。當(dāng)其漏電極6端外加一個(gè)高電壓1，而源電極8、柵電極7和襯底硅層I接地，也即器件處于反向阻斷狀態(tài)時(shí)，橫向上，器件的橫向耐壓完由槽型場氧10所承擔(dān)，因此相比較硅材料而言，可以用小的橫向尺寸獲得較大的橫向耐壓；縱向上，由于埋于整個(gè)襯底表面的N+漏區(qū)13，漏電極6端的縱向耐壓由N+漏區(qū)13和襯底P-I所構(gòu)成N+P-結(jié)所承擔(dān)，因此縱向耐壓不受襯底P-濃度的影響，器件擊穿時(shí)的等勢線如圖7所示。器件開態(tài)時(shí)，即柵電極7上加一定正電壓使得溝道打開，由于低電阻的N+漏5通過埋于襯底表面的N+漏區(qū)13 —直延伸至源電極8端下方，使得載流子直接通過N-硅層即N-漂移區(qū)9在源電極8端與漏電極6間運(yùn)動(dòng)，大大縮短其運(yùn)動(dòng)路徑，從而有效降低器件的導(dǎo)通電阻，開態(tài)時(shí)器件的電流密度線圖如圖8所示。P型硅層12可調(diào)節(jié)器件的RESURF條件，優(yōu)化漂移區(qū)內(nèi)的電場分布。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這 樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件，包括襯底P型硅層、有源頂層硅和槽型場氧，其特征在于所述有源頂層硅包括縱向溝道、N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)，以及埋于整個(gè)襯底P型硅層表面的N+漏區(qū)，所述縱向溝道設(shè)置于N-漂移區(qū)上方，所述N-漂移區(qū)與P型硅區(qū)接觸，所述P型硅區(qū)與槽型場氧接觸，所述N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)接觸和槽型場氧分別與埋于整個(gè)襯底P型硅層表面的N+漏區(qū)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件，其特征在于所述有源頂層硅還設(shè)置有N+源區(qū)、P+源區(qū)和P阱，所述P+源區(qū)和P阱直接接觸于槽型場氧，所述N+源區(qū)與P+源區(qū)接觸，所述N+源區(qū)和P+源區(qū)分別與P阱接觸，所述P阱分別與N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)接觸，所述N+源區(qū)和P阱分別與縱向溝道接觸，所述P型硅區(qū)介于N-漂移區(qū)和槽型場氧之間，所述N+漏區(qū)上方設(shè)置有漏電極，所述P阱設(shè)置有槽型柵氧化層和柵電極，槽型柵氧化層和柵電極垂直于P阱并與P阱接觸，所述N+源區(qū)和P+源區(qū)設(shè)置于P阱區(qū)域內(nèi)上方，所述N+源區(qū)和P+源區(qū)上方設(shè)置有源電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件，其特征在于所述有源頂層硅為Si、SiC, GaN半導(dǎo)體材料中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件，其特征在于還包括SOI襯底埋氧層，所述SOI襯底埋氧層設(shè)置于埋于整個(gè)襯底P型硅層表面的N+漏區(qū)和襯底P型硅層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件，其特征在于所述SOI襯底埋氧層還設(shè)置有半導(dǎo)體窗口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種極低導(dǎo)通電阻的槽型場氧功率MOS器件，涉及一種半導(dǎo)體功率器件，包括襯底P型硅層、有源頂層硅和槽型場氧，有源硅層包含有縱向溝道、N-漂移區(qū)、P型硅區(qū)，以及埋于整個(gè)襯底表面的N+漏區(qū)；本發(fā)明在常規(guī)的槽型場氧器件基礎(chǔ)上，采用埋于整個(gè)襯底表面的N+漏區(qū)，器件開態(tài)時(shí)，載流子直接通過漏區(qū)N+和源區(qū)N+間的N-漂移區(qū)運(yùn)動(dòng)，較常規(guī)槽型場氧結(jié)構(gòu)大大降低了載流子的漂移距離，從而有效降低器件在開態(tài)時(shí)候的導(dǎo)通電阻。該結(jié)構(gòu)同樣適用于基于SOI技術(shù)的功率器件。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102810553SQ20121029812
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者胡盛東, 張玲, 甘平, 周喜川, 周建林, 劉海濤 申請人:重慶大學(xué)