橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件領域，特別是涉及一種橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管。
【背景技術】
[0002]橫向高壓功率半導體器件LDMOS (Lateral Double-diffused M0SFET)是指的具有橫向溝道結構的高壓功率MOS器件。由于這類器件的漏極、源極和柵極都在芯片的表面，易于通過內部連接與低壓信號電路集成，故在高壓集成電路(HVIC)和功率集成電路(PIC)中作為技術的關鍵。但在功率MOS器件設計中，導通電阻(Rm)隨著擊穿電壓(BV)以2.5次方的速度增加，使得功率MOS的高壓應用受到很大的限制。由于LDMOS工作時的電流在漂移區的表面，所以將LDMOS的表面做成超結Super Junct1n形成SJ-LDMOS結構，能夠緩解導通電阻(RJ隨擊穿電壓(BV)快速增加的矛盾。由于SJ-LDMOS受縱向電場的影響而使橫向電場分布不均勻，在滿足RESURF(Reduced Surface Field)條件時，表面電場分布中會出現分別位于柵邊緣和漏極末端有兩個明顯的電場峰，如何進一步降低這兩個電場峰并同時提高中間分布較低的電場值以提高SJ-LDMOS的單位耐壓量，就成為優化SJ-LDMOS擊穿電壓與比導通電阻矛盾的有效途徑。

【發明內容】

[0003]本發明提出了一種橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，旨在有效優化SJ-LDMOS擊穿電壓與比導通電阻的矛盾。
[0004]本發明的技術方案如下:
[0005]一種橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，包括:
[0006]半導體材料的襯底；
[0007]在所述襯底上外延形成的漂移區；
[0008]在所述漂移區上兩端分別形成的基區和漏區；
[0009]在所述基區上利用雙擴散技術形成的溝道和與基區短接的源區；
[0010]在溝道表面形成的柵絕緣層；
[0011]分別在溝道柵絕緣層、源區、漏區上形成的柵極、源極和漏極；
[0012]其特殊之處在于:
[0013]還包括在漂移區上基區與漏區之間注入N柱和P柱相間排列形成的超結(SuperJunct1n)；
[0014]在超結表面形成的漂移區絕緣層；以及
[0015]在超結上方隔著漂移區絕緣層從柵極至漏極之間淀積的半絕緣多晶硅(SIPOS)覆蓋層，作為電阻場板。
[0016]基于上述基本方案，本發明還進一步做如下優化限定和改進:
[0017]形成超結所注入N柱和P柱的深度I?2 μ m。
[0018]形成超結所注入N柱和P柱的摻雜濃度5?6 X 1016m3。
[0019]形成超結所注入N柱的寬度為I?2 μ m、P柱的寬度I?2 μ m，N柱和P柱的寬度相等。
[0020]半絕緣多晶硅(SIPOS)覆蓋層的厚度0.5?I μπι。
[0021]SIPOS薄膜覆蓋層具有均勻的方塊電阻，最好在101° Ω/ □左右。
[0022]漂移區絕緣層的厚度0.04?0.1 μ m。
[0023]本發明技術方案的有益效果如下:
[0024]在LDMOS漂移區的表面注入N柱和P柱形成Super Junct1n，電流在LDMOS漂移區的表面流通，N柱和P柱(超結)的重摻雜將有效地降低漂移區的導通電阻；并且由于超結在LDMOS漂移區的表面，會消除襯底輔助耗盡效應使得電荷能夠完全補償，保證了器件的高擊穿電壓。
[0025]在超結上方隔著絕緣層從柵極至漏極之間淀積一層半絕緣多晶硅(SIPOS)覆蓋層形成電阻場板，一方面通過調節使SIPOS具有均勻的方塊電阻(101° Ω / □左右，這個□單位表示方塊的意思)，根據電流連續性原理，電場沿器件橫向分布均勻，而SIPOS與漂移區表面只隔一層很薄的絕緣層，因此沿漂移區表面的電場受到電阻場板上均勻電場的調制后也是均勻的，從而提高了器件擊穿電壓；另一方面在器件正向導通時由于電阻場板的電場調制效應，在漂移區表面產生電荷積累，從而使得導通電阻進一步降低；并且SIPOS也是一種很好的具有鈍化作用的表面覆蓋層。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明實施例的結構示意圖(正視圖)；
[0027]圖2為本發明實施例的三維剖視示意圖(為了便于標注，對超結、漂移區絕緣層以及SIPOS覆蓋層等作了部分立體斷面)；
[0028]附圖標號說明:
[0029]1-源區；2-柵極；3_(N柱與P柱相間的)超結；4_漂移區絕緣層；5_SIP0S覆蓋層；6-漏極；7_漏區；8_漂移區；9-襯底；10_基區；11-源區；12_溝道；44_漂移區絕緣層的厚度；55-SIP0S薄膜覆蓋層的厚度。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發明橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管的結構包括:
[0031]半導體材料的襯底9;
[0032]位于襯底的外延表面的漂移區8 ；
[0033]分別位于漂移區8上兩端的基區10和漏區7，漏區上面為漏極6.
[0034]位于基區表面的源區11和溝道12。
[0035]源區表面形成源極I，溝道上面為柵絕緣層位于柵極2下方。
[0036]溝道與漏區之間漂移區表面形成N柱和P柱相間排列的超結3。
[0037]超結3上方為漂移區絕緣層4。
[0038]在漂移區絕緣層4上面從柵極至漏極覆蓋一層SIPOS薄膜，即SIPOS覆蓋層5。
[0039]圖2中，55和44表示SIPOS薄膜覆蓋層的厚度(0.5?I ym)和漂移區絕緣層的厚度(0.04 ?0.1 μ m) O
[0040]由于Super Junct1n形成在LDMOS漂移區的表面，一方面降低了漂移區的導通電阻；另一方面也消除了襯底輔助耗盡效應，使得器件具有很高的擊穿電壓。為了進一步提高器件的擊穿減壓，降低導通電阻。漂移區絕緣層4上面在漂移區表面從源極到漏極覆蓋一層高電阻、低電子迀移率并且電阻率均勻的SIP0S。由于SIPOS的電阻率的是均勻，則由電流的連續性原理知，SIPOS上的電場在平行方向也是均勻的，在隔著一層很薄的漂移區絕緣層的情況下，SIPOS上的均勻電場調制超結3上的表面電場，使得超結3表面的電場分布更加均勻，因而提高了器件的擊穿電壓。又由于SIPOS覆蓋層的存在，在器件正向導通時，在超結3表面感應出電荷產生電荷積累，從而降低了器件的的導通電阻。
[0041]以N溝道LDMOS為例，具體可以通過以下步驟進行制備:
[0042]I)半絕緣材料(包括S1、SiC和GaAs等)的襯底上外延N型的緩沖層。
[0043]2)在緩沖層上一端形成P型基區，并在P型基區上利用雙擴散技術形成N型溝道和P型與N型短接的源區。
[0044]3)在緩沖層另一端形成N型重摻雜漏區。
[0045]4)通過離子注入技術，從在緩沖層表面從溝道到漏區N柱與P柱相間排列的超結。
[0046]5)相應的，在溝道和超結上面分別形成柵氧化層和漂移區氧化層(如薄S1Jl)。
[0047]6)并在漂移區氧化層上方淀積高電阻、低電子迀移率并且電阻率均勻的SIPOS薄膜層。
[0048]7)在柵氧化層上方淀積多晶硅作為柵極，在漏區上淀積金屬形成漏極分別與SIPOS薄膜層相接；在源區上方形成源極。
[0049]當然，本發明中的LDMOS也可以為P型溝道，其結構與N溝道LDMOS等同，在此不再贅述。
[0050]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，包括: 半導體材料的襯底； 在所述襯底上外延形成的漂移區； 在所述漂移區上兩端分別形成的基區和漏區； 在所述基區上利用雙擴散技術形成的溝道和與基區短接的源區； 在溝道表面形成的柵絕緣層； 分別在溝道柵絕緣層、源區、漏區上形成的柵極、源極和漏極； 其特征在于: 還包括在漂移區上基區與漏區之間注入N柱和P柱相間排列形成的超結(SuperJunct1n)； 在超結表面形成的漂移區絕緣層；以及 在超結上方隔著漂移區絕緣層從柵極至漏極之間淀積的半絕緣多晶硅(SIPOS)覆蓋層，作為電阻場板。
2.根據權利要求1所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于:形成超結所注入N柱和P柱的深度I?2 μ m。
3.根據權利要求1所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于:形成超結所注入N柱和P柱的摻雜濃度5?6 X 1016m3。
4.根據權利要求1所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于:形成超結所注入N柱的寬度為I?2 μπκ P柱的寬度I?2 μπι，N柱和P柱的寬度相等。
5.根據權利要求1所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于:所述半絕緣多晶硅(SIPOS)覆蓋層的厚度0.5?I ym。
6.根據權利要求1所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于:所述半絕緣多晶硅(SIPOS)覆蓋層具有均勻的方塊電阻。
7.根據權利要求1所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于:所述漂移區絕緣層的厚度0.04?0.1 μ m。
【專利摘要】本發明提出了一種在橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管(LDMOS)在漂移區上基區與漏區之間注入N柱和P柱相間排列形成的超結(Super Junction)，一方面降低了漂移區的導通電阻；另一方面消除了襯底輔助耗盡效應，使得器件具有很高的擊穿電壓。在器件漂移區上方，隔開一層薄SiO2層，從柵極到漏極淀積一層具有高阻、低電子遷移率的SIPOS覆蓋層作為電阻場板。SIPOS覆蓋層既優化了漂移區表面電場的分布，使得器件的擊穿電壓增加；又由于在漂移區表面產生了電荷積累，使得器件的導通電阻降低。
【IPC分類】H01L29-36, H01L29-78
【公開號】CN104733532
【申請號】CN201510112143
【發明人】段寶興, 曹震, 楊銀堂, 袁嵩, 袁小寧
【申請人】西安電子科技大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月13日