一種具有階梯場氧的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是涉及一種橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。
【背景技術(shù)】
[0002]將超結(jié)SJ (Super Junct1n)技術(shù)應(yīng)用于 LDMOS (Lateral Double-diffusedM0SFET)形成SJ-LDMOS結(jié)構(gòu)是LDMOS器件研宄的熱點(diǎn)。由于SJ-LDMOS在一定的擊穿電壓BV(Breakdown Voltage)條件下具有非常低的導(dǎo)通電阻Rqn，打破了傳統(tǒng)功率MOS器件的極限關(guān)系，已被廣泛應(yīng)用于超低功耗PIC(Power Integrated Circuit)設(shè)計(jì)中。然而在SJ-LDMOS實(shí)現(xiàn)的過程中遇到了許多問題，包括襯底輔助耗盡效應(yīng)SAD (Substrate AssistedDeplet1n)，即在P型硅襯底上實(shí)現(xiàn)的SJ-LDMOS，由于N柱漂移區(qū)同時(shí)被相鄰P柱和P型襯底輔助耗盡，導(dǎo)致Super Junct1n的電荷不能完全補(bǔ)償，造成BV大幅度降低。
[0003]具有緩沖層(Buffer) SJ-LDMOS結(jié)構(gòu)能夠有效地減少襯底輔助耗盡的影響，并且該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)B⑶(Bipolar-CMOS-DMOS)工藝兼容。在傳統(tǒng)的B⑶工藝中，制造BufferSJ-LDMOS漂移區(qū)場氧和器件之間隔離氧化層時(shí)采用硅的局部氧化L0C0S(Local Oxidat1nof Silicon)技術(shù)。由于LOCOS的高溫工藝一方面會使超結(jié)的N柱與P柱相互擴(kuò)散嚴(yán)重增加，另一方面由于場氧化層生長的過程中吸硼排磷的效應(yīng)使超結(jié)的N柱與P柱濃度不相同，導(dǎo)致電荷不能完全補(bǔ)償，從而使得器件的電學(xué)特性較差。
[0004]淺槽隔離STI (Shallow Trench Isolat1n)技術(shù)與LOCOS技術(shù)相比工作溫度較低，可以很好地解決以上問題。然而在采用STI B⑶工藝制造SJ-LDMOS過程中，為了降低工藝成本，在漂移區(qū)上場氧化層的厚度是由器件之間的隔離深度決定的，SJ-LDMOS的性能受到了器件BCD工藝的限制。雖然器件之間的厚場氧化層滿足隔離的條件，但是器件的性能并沒有得到很好的優(yōu)化，在提高器件耐壓的同時(shí)比導(dǎo)通電阻也大幅度增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，旨在有效優(yōu)化SJ-LDMOS擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻的矛盾。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，包括:
[0008]半導(dǎo)體材料的襯底；
[0009]在所述襯底上生長的外延層，作為緩沖層；
[0010]在所述外延層上形成相鄰接的基區(qū)和漂移區(qū)，漂移區(qū)注入N柱和P柱相間排列形成超結(jié)漂移區(qū)；
[0011]位于超結(jié)漂移區(qū)上相鄰接的場氧化層和漏區(qū)，其中場氧化層與溝道保持間距；
[0012]在所述基區(qū)上利用雙擴(kuò)散技術(shù)形成的溝道，在所述基區(qū)上形成溝道襯底接觸并與靠近溝道一側(cè)短接形成源區(qū)；
[0013]位于溝道上方的柵絕緣層以及柵極；
[0014]分別在源區(qū)和漏區(qū)上形成的源極和漏極；
[0015]在以上與現(xiàn)有技術(shù)相同的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)改變主要是:
[0016]所述場氧化層為階梯型，即其中靠近溝道的區(qū)域?yàn)樯疃容^淺的薄場氧化層，靠近以及鄰接漏區(qū)的區(qū)域?yàn)樯疃容^深的厚場氧化層；所述柵絕緣層以及柵極自溝道上方延展覆蓋至薄場氧化層的部分。
[0017]基于上述基本方案，本發(fā)明還進(jìn)一步做如下優(yōu)化限定和改進(jìn):
[0018]薄場氧化層的厚度約為厚場氧化層的厚度的1/2時(shí)，器件的特性為最優(yōu)。
[0019]階梯場氧化層的厚場氧化層根據(jù)器件的具體耐壓要求設(shè)計(jì)特定的厚度，例如:當(dāng)器件耐壓為100?300V時(shí)，厚場氧化層的厚度約為1 um ;當(dāng)器件耐壓為300?700V時(shí)，厚場氧化層的厚度約為1.5 ym。
[0020]當(dāng)階梯場氧化層的階梯拐角位置為器件漂移區(qū)的中間位置附近時(shí)，器件的性能最優(yōu)。
[0021]相應(yīng)的，制作本發(fā)明的場效應(yīng)管器件的方法的特別之處就在于:在形成有源區(qū)時(shí)，首先在超結(jié)漂移區(qū)表面靠近溝道的區(qū)域利用STI技術(shù)形成深度較淺的薄場氧化層，保證柵絕緣層以及柵極自溝道上方延展覆蓋至薄場氧化層的部分；然后在超結(jié)漂移區(qū)表面靠近漏端的區(qū)域以及多個(gè)所述橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(注:通常制作此類器件都是多個(gè)器件共同制作)之間的相互隔離處利用STI技術(shù)形成深度較深的厚場氧化層，即在超結(jié)漂移區(qū)的表面形成階梯狀的場氧化層。
[0022]本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果如下:
[0023]本發(fā)明在LDMOS的漂移區(qū)表面形成Super Junct1n，一方面降低了漂移區(qū)的導(dǎo)通電阻；另一方面消除了襯底輔助耗盡效應(yīng)，使得器件具有很高的擊穿電壓。在器件漂移區(qū)上方，形成階梯場氧化層，是對傳統(tǒng)漂移區(qū)上具有單層厚氧化層SJ-LDM0S的改進(jìn)和創(chuàng)新。
[0024]在SJ-LDM0S漂移區(qū)的表面通過兩步STI技術(shù)形成階梯場氧化層。一方面，階梯場氧化層對器件漂移區(qū)的表面電場進(jìn)行調(diào)制，使得漂移區(qū)的表面電場分布更加均勻，從而有效的提高了器件擊穿電壓。另一方面，由于靠近溝道處的場氧化層變薄，在開啟狀態(tài)下場板下方的漂移區(qū)表面存在更高濃度的多數(shù)載流子積累，并且在較薄階氧化層下方器件縱向方向上的電流通道變寬，從而大幅度地降低了器件的導(dǎo)通電阻，使得器件的整體性能得到優(yōu)化。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖)；
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的三維剖視示意圖(為了便于標(biāo)注，對超結(jié)、漂移區(qū)絕緣層以及階梯場氧化層等作了部分立體斷面)；
[0027]附圖標(biāo)號說明:
[0028]1-源極；2_柵極，包括延伸到場氧化層上方部分形成的場板；3_柵絕緣層；4_階梯場氧化層；5_漏電極；6-漏區(qū)；7-N柱與P柱相間形成的超結(jié)漂移區(qū)；8_緩沖層；9-襯底；10-基區(qū)；11_源區(qū)；12_溝道；
【具體實(shí)施方式】
[0029]如圖1所示，本發(fā)明具有階梯場氧的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)包括:
[0030]半導(dǎo)體材料的襯底9 ；
[0031]位于襯底上的外延層作為器件的緩沖層8 ;
[0032]分別位于緩沖層8上兩端的基區(qū)10和漏區(qū)