專利名稱：雙通道溝槽ldmos晶體管和bcd工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓半導(dǎo)體器件及其制備過程，尤其是具有平面通道和溝槽通道的 LDMOS晶體管，以及在BCD (雙極CMOS和DM0S)制備過程中的溝槽隔離。
背景技術(shù)：
橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體(Lateral double-diffused metal-oxide-semiconductor，簡稱LDM0S)晶體管憑借其高擊穿電壓的特點以及在低壓器 件中與互補金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxidelemiconductor，簡稱CMOS) 技術(shù)的兼容性，通常用于高壓器件(20至500伏)。一般來說，一個LDMOS晶體管包括一個 多晶硅柵極、一個形成在P-型本體區(qū)中形成的N+源極區(qū)以及一個N+漏極區(qū)。N+漏極區(qū)與 一個N漂移區(qū)在體區(qū)域形成的通道隔開，位于多晶硅柵極之下。眾所周知，通過增大N漂移 區(qū)的長度，可以相應(yīng)地提高LDMOS晶體管的擊穿電壓。雙極-CM0S-DM0S (Bipolar-CMOS-DMOS，簡稱BCD)工藝技術(shù)是指，將雙極器件、互 補MOS(CMOS)器件和DMOS器件納入到一個單一制備工藝流程中的半導(dǎo)體制備工藝。一般 而言，雙極器件適用于模擬電路，CMOS器件適用于數(shù)字電路，DMOS器件適用于管理片上或 系統(tǒng)電源時處理高壓和電流的要求。因此，B⑶工藝常用于生產(chǎn)制造高壓混合信號集成電 路或模擬片上系統(tǒng)應(yīng)用，以及在無線手持式電子設(shè)備和消費類電子產(chǎn)品中的特殊應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，雙通道溝槽LDMOS晶體管包括一個第一導(dǎo)電類型的襯 底；一個形成在襯底上的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；一個形成在半導(dǎo)體層中的第一溝槽， 用溝槽電介質(zhì)填充第一溝槽，并在第一溝槽中形成一個溝槽柵極，通過第一柵極介質(zhì)層，溝 槽柵極與第一溝槽的側(cè)壁絕緣；一個形成在第一溝槽附近半導(dǎo)體層中的第一導(dǎo)電類型的本 體區(qū)；一個形成在本體區(qū)中第一溝槽附近的第二導(dǎo)電類型的源極區(qū)；一個通過第二柵極介 質(zhì)層與半導(dǎo)體層絕緣的平面柵極，加在本體區(qū)上，所形成的源極區(qū)與平面柵極的第一邊緣 對齊；一個形成在半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的漏極區(qū)，漏極漂移區(qū)將漏極區(qū)和本體區(qū)間 隔開來。平面柵極構(gòu)成在源極區(qū)和漏極漂移區(qū)之間的本體區(qū)中的LDMOS晶體管的橫向通 道，第一溝槽中的溝槽柵極在本體區(qū)中，沿源極區(qū)和半導(dǎo)體層之間的第一溝槽的側(cè)壁，構(gòu)成 LDMOS晶體管的垂直通道。具體而言，本發(fā)明提供一種雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包 括一個第一導(dǎo)電類型的襯底；—個形成在襯底上的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；一個形成在半導(dǎo)體層中的第一溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第一溝槽，并在第一溝槽 中形成一個溝槽柵極，通過第一柵極介質(zhì)層，溝槽柵極與第一溝槽的側(cè)壁絕緣；一個形成在第一溝槽附近半導(dǎo)體層中的第一導(dǎo)電類型的本體區(qū)；
一個形成在本體區(qū)中，第一溝槽附近的第二導(dǎo)電類型的源極區(qū)；一個通過第二柵極介質(zhì)層與半導(dǎo)體層絕緣的平面柵極，加在本體區(qū)上，所形成的 源極區(qū)與平面柵極的第一邊緣對齊；以及一個形成在半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的漏極區(qū)，漏極漂移區(qū)將漏極區(qū)和本體區(qū) 間隔開來；其中平面柵極構(gòu)成在源極區(qū)和漏極漂移區(qū)之間的本體區(qū)中的橫向雙擴散金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管的橫向通道，第一溝槽中的溝槽柵極在本體區(qū)中，沿源極區(qū)和半導(dǎo)體層 之間的第一溝槽的側(cè)壁，構(gòu)成橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的垂直通道。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第一溝槽僅僅延伸到半 導(dǎo)體層中。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第一溝槽穿過半導(dǎo)體層 延伸到襯底中，溝槽柵極形成在第一溝槽的上部。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括一個形成在第一溝槽下部的底部柵極電極，通過具有第二厚度的溝槽電介質(zhì)，與 第一溝槽的側(cè)壁絕緣，第二厚度大于使溝槽柵極絕緣的第一柵極介質(zhì)層的厚度，底部柵極 電極電接觸到源極電勢上。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括一個形成在半導(dǎo)體層中，并延伸到襯底中的第二溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第二溝 槽，其中第二溝槽包圍著橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的有源區(qū)，以隔離橫向雙擴 散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括一個溝槽柵極， 形成在第二溝槽的上部，通過第三柵極介質(zhì)層，與第二溝槽的側(cè)壁絕緣，溝槽柵極處于電浮 動狀態(tài)或電連接到指定電勢上，以便使第二溝槽中的溝槽柵極無效。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中第三柵極介質(zhì)層的 厚度大于第一柵極介質(zhì)層的厚度。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括一個形成在半導(dǎo)體層中，并延伸到襯底中的第二溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第二溝 槽，一個形成在第二溝槽的上部，通過第三柵極介質(zhì)層，與第二溝槽的側(cè)壁絕緣的溝槽柵 極，以及一個形成在第二溝槽的下部，通過溝槽電介質(zhì)，與第二溝槽的側(cè)壁絕緣的底部柵極 電極，溝槽電介質(zhì)的厚度大于第三柵極介質(zhì)層的厚度，溝槽柵極處于電浮動狀態(tài)或電連接 到指定電勢上，以便使第二溝槽中的溝槽柵極無效，底部柵極電極電連接到源極電勢上；其中第二溝槽包圍著橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的有源區(qū)，以隔離橫向 雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第三柵極介質(zhì)層的厚度 大于第一柵極介質(zhì)層的厚度。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，漏極漂移區(qū)包括一個形 成在半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的阱。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，漏極漂移區(qū)包括多個形 成在半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的阱，這多個阱具有不同的摻雜濃度等級。
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上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括形成在平面柵極 和漏極區(qū)之間的半導(dǎo)體層表面上或表面中的場氧化層或一步氧化層，平面柵極的第二邊緣 延伸到一部分場氧化層的上方或一步氧化層的上方。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，半導(dǎo)體層含有一個第二 導(dǎo)電類型的外延層。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第二半導(dǎo)體層還包括一 個形成在襯底上的第二導(dǎo)電類型的掩埋層，外延層形成在掩埋層上。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括多個形成在漏極 漂移區(qū)中的溝槽叉指，用溝槽電介質(zhì)填充多個溝槽叉指，多個溝槽叉指形成相互交錯的溝 槽和漏極區(qū)，溝槽柵極形成在每個溝槽叉指的上部，并通過第三柵極介質(zhì)層，與溝槽叉指的 側(cè)壁絕緣，溝槽柵極電連接到源極電勢上。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第三柵極介質(zhì)層的厚度 大于第一柵極介質(zhì)層的厚度。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第一溝槽包括相互交錯 的溝槽區(qū)，這些溝槽區(qū)延伸到源極區(qū)和本體區(qū)中，形成溝槽柵極的延伸物。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括一個位于源極區(qū)的本體接觸區(qū)，以便電接觸到本體區(qū)。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第一導(dǎo)電類型為P-型， 第二導(dǎo)電類型為N-型。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括多個形成在漏極漂移區(qū)中的交替的N-型和P-型區(qū)，這多個交替的N-型和P-型 區(qū)的摻雜濃度高于漏極漂移區(qū)的摻雜濃度，在漏極漂移區(qū)構(gòu)成一個超級結(jié)結(jié)構(gòu)。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，多個交替的N-型和 P-型區(qū)包括第一 N-型區(qū)、第二 N-型區(qū)以及夾在第一和第二 N-型區(qū)之間的P-型區(qū)，第一和 第二 N-型區(qū)自對準到平面柵極的第二邊緣上，P-型區(qū)延伸到本體區(qū)。上述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，多個交替的N-型和 P"型區(qū)包括第一 P-型區(qū)、第二 P-型區(qū)以及夾在第一和第二 P-型區(qū)之間的N-型區(qū)，第一和 第二 N-型區(qū)自對準到平面柵極的第二邊緣上。本發(fā)明還提供一種用于制備雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的 方法，包括制備一個第一導(dǎo)電類型的襯底；在襯底上形成一個第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層中形成一個第一溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第一溝槽；在第一溝槽中形成一個溝槽柵極，通過第一柵極介質(zhì)層，溝槽柵極與第一溝槽的 側(cè)壁絕緣；在半導(dǎo)體層中第一溝槽附近形成一個第一導(dǎo)電類型的本體區(qū)；在本體區(qū)中第一溝槽附近形成一個第二導(dǎo)電類型的源極區(qū)；形成第二柵極介質(zhì)層，覆蓋在本體區(qū)上，在第二柵極介質(zhì)層上形成一個與半導(dǎo)體 層絕緣的平面柵極，形成源極區(qū)與平面柵極的第一邊緣對齊；以及
在半導(dǎo)體層中形成一個第二導(dǎo)電類型的漏極區(qū)，漏極漂移區(qū)將漏極區(qū)和本體區(qū)間 隔開來；其中平面柵極構(gòu)成在源極區(qū)和漏極漂移區(qū)之間的本體區(qū)中的橫向雙擴散金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管的橫向通道，第一溝槽中的溝槽柵極在本體區(qū)中，沿源極區(qū)和半導(dǎo)體層 之間的第一溝槽的側(cè)壁，構(gòu)成橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的垂直通道。上述的方法，還包括在半導(dǎo)體層中制備第二溝槽，并延伸到襯底中，用溝槽電介質(zhì)填充第二溝槽，第二 溝槽包圍著橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的有源區(qū)，以隔離橫向雙擴散金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管。本發(fā)明還提供一種由垂直溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管構(gòu)成的半導(dǎo) 體器件，垂直溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括一個第一導(dǎo)電類型的襯底；一個形成在襯底上的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；一個形成在半導(dǎo)體層中的第一溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第一溝槽，并在第一溝槽 中形成一個溝槽柵極，通過第一柵極介質(zhì)層，溝槽柵極與第一溝槽的側(cè)壁絕緣；—個形成在半導(dǎo)體層中第一溝槽附近的第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)；一個形成在本體區(qū)中第一溝槽附近的第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)；一個通過第二柵極介質(zhì)層與半導(dǎo)體層絕緣的平面柵極，加在本體區(qū)上，所形成的 源極區(qū)與平面柵極的第一邊緣對齊；一個形成在半導(dǎo)體層中的第一導(dǎo)電類型的漏極漂移區(qū)；以及一個形成在襯底背部的漏極電極；其中平面柵極構(gòu)成在源極區(qū)和漏極漂移區(qū)之間的本體區(qū)中的橫向雙擴散金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管的橫向通道，第一溝槽中的溝槽柵極在本體區(qū)中，沿源極區(qū)和半導(dǎo)體層 之間的第一溝槽的側(cè)壁，構(gòu)成橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的垂直通道。上述的由垂直溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，還包 括一個形成在相同襯底的獨立區(qū)域和相同的半導(dǎo)體層中的垂直溝槽MOS晶體管，該垂直溝 槽MOS晶體管包括—個形成在半導(dǎo)體層中的第二溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第二溝槽，第二溝槽柵極 形成在第二溝槽中，通過第二柵極介質(zhì)層，與第二溝槽的側(cè)壁絕緣；一個形成在第二溝槽附近的半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的第二本體區(qū)，第二本體 區(qū)延伸到形成在第二溝槽中的第二溝槽柵極的底部邊緣附近的深度；以及一個形成在本體區(qū)中的、鄰近第二溝槽的第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)，源極區(qū)形成在 本體區(qū)的頂部；其中所形成的垂直溝槽MOS晶體管中，襯底作為垂直溝槽MOS晶體管的漏極區(qū)，半 導(dǎo)體層作為漏極漂移區(qū)，第二溝槽柵極作為柵極電極。閱讀以下詳細說明及附圖之后，將更好地理解本發(fā)明。


圖1表示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的橫截面視圖。
圖2表示依據(jù)本發(fā)明的第二實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的橫截面視圖。圖3表示依據(jù)本發(fā)明的第三實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的俯視圖。圖4表示依據(jù)本發(fā)明的第四實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的俯視圖。圖5表示依據(jù)本發(fā)明的第五實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的俯視圖。圖6表示依據(jù)本發(fā)明的第六實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的俯視圖。圖7表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，利用BCD工藝，采用深溝槽隔離技術(shù)制成的晶 體管器件的橫截面視圖。圖8表示依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，利用BCD工藝，采用深溝槽隔離技術(shù)制成的 晶體管器件的橫截面視圖。圖9表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一個采用漏極超級結(jié)結(jié)構(gòu)的雙通道溝槽 LDMOS晶體管的橫截面視圖。圖10表示圖9所示的LDMOS晶體管帶有或不帶有超級結(jié)結(jié)構(gòu)時的電場分布。圖11表示依據(jù)本發(fā)明的一個可選實施例，一個采用漏極超級結(jié)結(jié)構(gòu)的雙通道溝 槽LDMOS晶體管的橫截面視圖。圖12表示依據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一個采用底部漏極的雙通道溝槽LDMOS晶 體管的橫截面視圖。圖13表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一個可以與雙通道器件集成的垂直溝槽MOS 晶體管的橫截面視圖。圖14表示依據(jù)本發(fā)明的一個可選實施例，利用B⑶工藝，采用深溝槽隔離技術(shù)制 成的晶體管器件的橫截面視圖。
具體實施例方式按照本發(fā)明的原理，B⑶(雙極-CM0S-DM0Q制備工藝將填充氧化物的深溝槽與單 一或堆積式柵極合并，作為深溝槽隔離技術(shù)使用，并用于有源柵極。在一些實施例中，將溝 槽柵極用作垂直溝槽，將平面柵極用作橫向通道，來制備雙通道溝槽LDM0S。在其他實施例 中，底部柵極電極電連接到源極電勢上，以增強對所形成器件的屏蔽，并提高其擊穿承受能 力。在其他實施例中，超級結(jié)結(jié)構(gòu)形成在LDMOS晶體管的漏極漂移區(qū)中，以降低漏極漂移區(qū) 中的漏極電阻，并提高擊穿電壓。通過使用帶有溝槽柵極結(jié)構(gòu)的深溝槽隔離技術(shù)，實現(xiàn)了低成本、高性能的BCD工 藝。根據(jù)本發(fā)明所述的BCD工藝，可以節(jié)省多個掩膜，從而減少制備工藝的步驟和復(fù)雜 性。帶有深溝槽隔離技術(shù)的BCD工藝也實現(xiàn)了緊湊隔離，緊湊隔離與重摻雜的N-型掩埋層 (NBL) 一起，降低了寄生PNP增益，從而提高對閉鎖的免疫能力。通過深溝槽隔離技術(shù)，以及 利用在深溝槽底部的P通道阻絕植入，可以降低橫向NPN增益。由于雙通道LDMOS晶體管的兩個通道形成在傳統(tǒng)LDMOS晶體管的同一區(qū)域中，實 現(xiàn)了更高的通道密度。因此，LDMOS晶體管的通道電阻(Rds Α)降低了一半。利用LDMOS 晶體管中的垂直和橫向通道，LDMOS晶體管的導(dǎo)通電阻降低了，LDMOS晶體管的性能得以提高。當(dāng)本發(fā)明所述的LDMOS晶體管在漏極區(qū)引入超級結(jié)結(jié)構(gòu)時，晶體管的通道電阻 (Rds女A)會進一步降低。在一個實施例中，LDMOS的總電阻(Rds女A)降低了 70%以上。
(1)雙通道溝槽LDMOS依據(jù)本發(fā)明的一個方面，雙通道溝槽LDMOS包括一個形成橫向通道的平面柵極以 及一個形成垂直通道的有源溝槽柵極。溝槽柵極形成在深氧化物填充的溝槽中，深氧化物 填充的溝槽也可以用于LDMOS晶體管或相同工藝制備的其他器件的高壓隔離。LDMOS晶體 管的溝槽柵極形成一個屏蔽柵極溝槽(SGT)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了每個單位面積上較低的柵極至漏 極電容，并提升了擊穿性能。在本發(fā)明的一些實施例中，通過將單一的淺溝槽柵極用作LDMOS晶體管的有源柵 極，來制備雙通道溝槽LDMOS晶體管。在其他實施例中，在溝槽中形成一個堆積式柵極結(jié) 構(gòu)，其底部柵極形成一個連接到源極電壓上的電極，用于漏極區(qū)中的超級結(jié)效應(yīng)，并提供屏 蔽。(a)單一的有源柵極圖1表示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的橫截面視 圖。參見圖1，溝槽LDMOS晶體管10形成在P-型襯底12上，N-型掩埋層(N_type buried layer,簡稱NBL) 14形成在溝槽LDMOS晶體管10上。N-型外延層16形成在掩埋層14上， 晶體管的有源區(qū)就形成在掩埋層14中。N-型掩埋層14是可選的，通常選用它是為了改善 器件的隔離性能和免除閉鎖。在其他實施例中，可以省略N-型掩埋層14。可以通過標準的 掩埋層植入工藝或一步外延工藝，形成NBL14。也就是說，首先在P襯底12上方生長一個重 摻雜的N-型外延層，作為NBL14，然后在外延形成的NBL14上方生長一個比NBL14摻雜濃度 輕的N-型外延層16。在本說明中，N-外延層16、N掩埋層14以及襯底12有時都稱為“半 導(dǎo)體層”。深溝槽30形成在N-外延層16中，N-掩埋層14形成在襯底12中。用電介質(zhì)材料 填充溝槽30。在本實施例中，是用氧化硅填充溝槽30，因此稱為“填充氧化物的溝槽”。在 其他實施例中，也可使用其他電介質(zhì)材料填充溝槽30。另外，溝槽柵極觀形成在溝槽30的 上部。在本實施例中，溝槽柵極觀為多晶硅柵極。在其他實施例中，也可使用其他導(dǎo)電柵 極材料。溝槽柵極觀通過一個柵極介質(zhì)層，與溝槽的側(cè)壁絕緣。其特點是，所形成的柵極 介質(zhì)層與溝槽氧化物分離開來，以獲得較高質(zhì)量的氧化物。更確切地說，其特點是，利用熱 氧化，在溝槽側(cè)壁上形成柵極介質(zhì)層。這樣一來，填充氧化物的溝槽30構(gòu)成了溝槽LDMOS 晶體管10的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，溝槽柵極觀構(gòu)成了溝槽LDMOS晶體管10的有源柵極，這將 在下文中詳細說明。溝槽LDMOS晶體管10包括一個平面柵極26，以及一個形成在P-型本體區(qū)22和 N+漏極區(qū)M中形成的N+源極區(qū)23。在本實施例中，平面柵極沈為多晶硅柵極，通過薄柵 極氧化層25，與半導(dǎo)體層絕緣。在其他實施例中，可以利用其他導(dǎo)電柵極材料，制備平面柵 極26。源極區(qū)23典型地自對準到平面柵極沈的邊緣上。在本實施例中，利用低壓P-阱 (Low voltage P_well，簡稱LVPW)技術(shù)在制備過程中，形成P-型本體區(qū)22。在其他實施 例中，所形成的P-型本體區(qū)22穿過P-型植入物，自對準到平面柵極多晶硅沈的邊緣上。 漏極區(qū)M形成在N-型區(qū)中，作為LDMOS晶體管的漏極接觸區(qū)。在本實施例中，利用形成在 高壓 N-阱(High voltage N-well，簡稱 HVNW) 18 中的低壓 N-阱(Low voltage N-well， 簡稱LVNW) 20，制備漏極漂移區(qū)(Drain drift region)，高壓N-阱(HVNW) 18和低壓N-阱 (LVNW) 20都形成在N-外延層16中。一般而言，低壓N-阱20的摻雜濃度高于高壓N-阱18。此處所用的摻雜方案有時是指分級摻雜的漏極，其中從本體區(qū)22向N+漏極區(qū)M摻雜 濃度遞增。在其他實施例中，可以利用一個或多個N-型區(qū)形成漏極漂移區(qū)。在雙通道溝槽LDMOS晶體管10中，所含的P+區(qū)用于電接觸到本體區(qū)22上。在本 實施例中，P+本體接觸區(qū)形成在器件的Z-方向上，也就是說，垂直于圖1所示的橫截面。因 此，圖1中并沒有表示出P+本體接觸區(qū)。因此，如圖3-6所示，P+本體接觸區(qū)可以作為交 替的N+和P+區(qū)形成，或者P+區(qū)可以形成在島或條紋中，這將在下文中詳細說明。P+本體 接觸區(qū)的準確結(jié)構(gòu)，對于本發(fā)明的實施并不起決定作用，它僅當(dāng)P+本體接觸區(qū)要與含有有 源溝槽柵極的溝槽30分隔開時，是必需的。在本實施例中，平面柵極沈的末端部分延伸到場氧化層32上方。延伸到場氧化 層32上方的平面柵極沈，具有使平面柵極沈邊緣處的電場弛豫的效果。在其他實施例中， 平面柵極可以延伸到一步氧化層或其他氧化物結(jié)構(gòu)的上方。場氧化層在形成時消耗了半導(dǎo) 體層最頂部的硅，從而場氧化層的一部分形成在半導(dǎo)體層中，由于一步氧化層面對著場氧 化層，一步氧化層是指形成在半導(dǎo)體層上方的氧化層。然而在其他實施例中，平面柵極可以 全部形成在柵極氧化層上，柵極氧化層形成在半導(dǎo)體層上，其末端不再延伸到任何其他氧 化物結(jié)構(gòu)上方。溝槽LDMOS晶體管10還包括一個形成在半導(dǎo)體層上方的絕緣介質(zhì)層35。在絕緣 介質(zhì)層中，制造一個向N+源極23的接觸開口，并形成金屬接頭34作為到N+源極(如果可 用，還可以到P+本體)的電接觸。在絕緣介質(zhì)層35中，制造另一個向N+漏極對的接觸開 口，并形成金屬接頭36作為到N+漏極的電接觸。因此，所形成的溝槽LDMOS晶體管10含有兩個有源柵極和兩個通道。平面柵極沈 在P-本體區(qū)22中半導(dǎo)體層(即N-外延層16)的表面附近，形成一個橫向通道。電子從N+ 源極區(qū)23開始，流經(jīng)P-本體區(qū)22中的橫向通道，在水平方向上，流入N-外延層16、N-阱 18和N-阱20所構(gòu)成的漏極漂移區(qū)中，直到到達N+漏極區(qū)M為止。與此同時，溝槽柵極 28在P-本體區(qū)22中沿溝槽30的一邊，形成一個垂直通道。電子從N+源極區(qū)23開始，流 經(jīng)P-本體區(qū)22中的垂直通道，在垂直方向上，流入N-外延層16和N-掩埋層14。來自垂 直通道的電子橫向流經(jīng)N-掩埋層14，然后向上穿過N-阱18、20，到達N+漏極區(qū)對。假設(shè)平面柵極和垂直柵極的寬度相等，通過在LDMOS晶體管10中形成一個垂直通 道和一個橫向通道相結(jié)合，就可以直接降低多達50%的通道電阻Rds女A0這兩個通道可 增加晶體管的通道寬度W，同時使通道電阻減半。在一個實施例中，平面柵極和溝槽柵極電連接在一起，因此橫向通道和垂直通道 要同時開啟和關(guān)閉。在另一個實施例中，可以分別控制平面柵極和溝槽柵極，因此每個柵極 可以獨立地開啟和關(guān)閉。由于可以把晶體管的寬度任選地切換到增加或降低有源柵極的總 寬度，因此，該結(jié)構(gòu)稱為“W切換”。更確切地說，當(dāng)電流很高時，平面柵極和溝槽柵極都一致 地開啟和關(guān)閉。然而，當(dāng)電流需要降低時，僅激活使用其中一個柵極即可。在電流很低時， 可以任選使用平面柵極或溝槽柵極。在這種情況下，由于僅使用了總柵極的一部分(例如 僅激活平面柵極)，電流很低時，也降低了柵極電容。在圖1中，形成在LDMOS晶體管10的漏極邊緣上的溝槽30b中的溝槽柵極^b，可 以用作相鄰的溝槽LDMOS晶體管的有源柵極。當(dāng)漏極邊緣上的填充氧化物的溝槽30僅用 于隔離時，要將溝槽柵極28b接地或連接到使柵極無效的電勢上。
另外，在圖1中，在溝槽30的底部，形成一個P-型通道終止區(qū)38。P-型通道終止 區(qū)38具有降低橫向NPN增益的作用，從而提高對閉鎖的免疫能力。在本發(fā)明的其他實施例 中，通道終止區(qū)38是可選的，也可以省略。(b)堆積式柵極圖2表示依據(jù)本發(fā)明的第二實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的橫截面視圖。 參見圖2，除了在溝槽中使用了堆積式柵極結(jié)構(gòu)之外，溝槽LDMOS晶體管100的制備方法 與圖1所示的溝槽LDMOS晶體管10的制備方法完全相同。兩圖中相似的元件在此不再贅 述。在本實施例中，溝槽LDMOS晶體管100包括帶有堆積式柵極結(jié)構(gòu)的深填充氧化物的溝 槽130。也就是說，每個填充氧化物的溝槽130都含有一個形成在溝槽上部的溝槽柵極128， 以及一個形成在溝槽底部的底部柵極電極140。溝槽柵極1 和底部柵極電極140相互絕 緣。在一個實施例中，溝槽柵極和底部柵極電極都是由多晶硅制成的。在其他實施例中，也 可以使用其他導(dǎo)電柵極材料。更確切地說，當(dāng)溝槽柵極1 作為溝槽LDMOS晶體管100的有源柵極時，溝槽柵極 1 要連接到柵極電勢。當(dāng)不使用溝槽柵極作為有源柵極(例如溝槽柵極128b)時，溝槽柵 極也可以接地或無效(例如連接到使柵極無效的電勢上)。底部柵極電極140電連接到源 極電勢，在漏極區(qū)中實現(xiàn)了超級結(jié)效應(yīng)。底部柵極電極140還具有增加溝槽柵極1 對于 N-掩埋層14處的漏極電勢屏蔽作用。因此在本實施例中，底部柵極電極140比溝槽柵極1 薄，溝槽氧化物相鄰底部柵 極電極140時要更厚。較厚的溝槽氧化物提高了對于溝槽隔離結(jié)構(gòu)的擊穿承受力。底部柵 極電極處的溝槽氧化物夾在底部柵極電極之間，底部柵極電極電連接到源極上，N-掩埋層 14電連接到漏極上。因此，底部柵極附近的溝槽氧化物必須能夠承受溝槽LDMOS晶體管漏 極至源極的電壓。(c)溝槽和多晶硅柵極的布局3表示依據(jù)本發(fā)明的第三實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的俯視圖。參 見圖3，雙通道溝槽LDMOS晶體管200含有平面柵極226、N+源極區(qū)223、P+本體接觸區(qū)242 以及N+漏極區(qū)224。P-型本體區(qū)(圖中沒有表示出)位于平面柵極2 和源極223下方。 漏極漂移區(qū)形成在N-外延層216中。漏極漂移區(qū)也可以含有其他N-型區(qū)，例如高壓N-阱 (HVNW)和/或低壓N-阱(LVNW)(圖3中沒有表示出)。在本實施例中，含有一個溝槽柵極 228b的溝槽230b，構(gòu)成溝槽LDMOS晶體管200的隔離結(jié)構(gòu)。溝槽230b包圍著溝槽LDMOS 晶體管200的有源區(qū)，將溝槽LDMOS晶體管200與形成在相同襯底上的其他器件隔離出來。 溝槽柵極228b可以處于浮動狀態(tài)。在溝槽LDMOS晶體管200中，另一個溝槽230含有溝槽柵極228，用作LDMOS晶體 管200中的有源柵極。用作有源柵極的溝槽柵極228，與用作隔離的溝槽柵極228b隔離開 來。這樣一來，所形成的雙通道溝槽LDMOS晶體管200，就具有一個由平面柵極2 構(gòu)成的 橫向通道，以及一個由溝槽柵極2 構(gòu)成的垂直通道。圖4表示依據(jù)本發(fā)明的第四實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的俯視圖。圖4 中所示的溝槽LDMOS晶體管250與圖3所示的溝槽LDMOS晶體管200大致相同，兩圖中相 似的元件在此不再贅述。參見圖4，溝槽LDMOS晶體管250包括一個形成在晶體管漏極漂移 區(qū)中的溝槽叉指260，以形成相互交錯的溝槽和漏極漂移區(qū)。相互交錯的溝槽叉指260的溝槽柵極262電連接到源極電勢上。在這種情況下，超級結(jié)結(jié)構(gòu)形成在溝槽LDMOS晶體管250 的漏極中。這樣形成的超級結(jié)結(jié)構(gòu)允許使用更高的漏極摻雜等級，從而增加了擊穿電壓，降 低了漏極-至源極電阻。在本實施例中，相互交錯的溝槽叉指沈0的側(cè)壁氧化物比柵極氧 化物更厚，以便承載源極至漏極電壓。必須要注意的是，溝槽叉指260與平面柵極2 相互 交叉的位置，平面柵極2 實際上位于溝槽叉指260的上方，但是在圖4中卻是從相反的方 向上表示的，以便更好地展示溝槽叉指沈0的結(jié)構(gòu)。在溝槽LDMOS晶體管250中，含有一個溝槽柵極228b的溝槽230b，構(gòu)成溝槽LDMOS 晶體管250的隔離結(jié)構(gòu)。如上所述，溝槽柵極228b可以處于浮動狀態(tài)。另外，隔離溝槽柵 極228b的溝槽氧化物的厚度大于溝槽柵極中柵極氧化物層的厚度，所以溝槽230b的隔離 結(jié)構(gòu)可以承受更高的電壓。圖5表示依據(jù)本發(fā)明的第五實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的俯視圖。圖6 表示依據(jù)本發(fā)明的第六實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的俯視圖。圖5中所示的溝 槽LDMOS晶體管300以及圖6所示的溝槽LDMOS晶體管350，與圖4所示的溝槽LDMOS晶體 管250大致相同，這些圖中相似的元件在此不再贅述。如上所述，在溝槽LDMOS晶體管中的 P+本體接觸區(qū)，用于電連接到晶體管的本體。參見圖5，雖然P+本體接觸區(qū)370形成在N+ 區(qū)323中，但是卻與溝槽330的側(cè)壁以及平面柵極2 分離開。參見圖6，所形成的P+本 體接觸區(qū)，在N+源極區(qū)323中作為分立的P+島390。也可以利用其他適合電連接到LDMOS 晶體管的P-本體區(qū)的方式制備溝槽LDMOS晶體管的本體接觸區(qū)。圖6所示的LDMOS晶體管350進一步說明了，相互交錯的填充氧化物的溝槽380 的形成，以及溝槽柵極378延伸到相互交錯的溝槽區(qū)，形成柵極延伸物。柵極延伸物增大了 雙通道LDMOS晶體管的通道寬度。O) B⑶工藝中的溝槽隔離依據(jù)本發(fā)明的另一方面，上述帶有單一或堆積式柵極的填充氧化物的深溝槽，除 了可用作有源柵極之外，也可用于B⑶工藝中器件的深溝槽隔離技術(shù)。在這種情況下，B⑶ 工藝中的單一的填充氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)可用于隔離全部器件(雙極、CMOS、DM0S)，也用作 雙通道溝槽LDMOS晶體管的有源柵極。圖7表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，利用BCD工藝，采用深溝槽隔離技術(shù)制成的晶 體管器件的橫截面視圖。參見圖7，B⑶制備工藝形成LDMOS晶體管410、N-型金屬氧化物 半導(dǎo)體(NMOS)晶體管450、P-型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管460和NPN雙極結(jié)型晶 體管(BJT) 470，所有這些器件都位于帶有N-掩埋層414和N-外延層416的P-型襯底412 上。填充氧化物的溝槽430形成在半導(dǎo)體層中，并延伸到P-型襯底412中，以提供器件隔 離。在本實施例中，單一的溝槽柵極4 形成在溝槽430中。在本實施例中，形成帶有單一溝槽柵極的填充氧化物的溝槽430，用于在溝槽 LDMOS晶體管410、M0S晶體管450和雙極晶體管470之間提供隔離。由于在B⑶制備工藝 中，所有器件使用的都是同一種溝槽結(jié)構(gòu)，因此無論溝槽柵極是否用作有源柵極，所有的氧 化物填充的溝槽430都含有溝槽柵極428。當(dāng)溝槽430僅用于器件隔離時，溝槽柵極4 就 成為一個偽柵極，處于電浮動或電連接到其他適當(dāng)?shù)碾妱萆?，使柵極無效。利用溝槽430， BCD工藝中形成的晶體管器件可以單獨隔離。另外，溝槽430實現(xiàn)了緊湊隔離體系，從而提 高了密度，降低了 BCD工藝的成本。
在本實施例中，溝槽柵極似8在LDMOS晶體管410中，構(gòu)成一個到N-掩埋層414 的垂直通道。因此，LDMOS晶體管410是一個帶有平面柵極4 和垂直柵極428的雙通道 溝槽LDMOS晶體管器件。在一個備用的實施例中，LDMOS晶體管410可以作為一個單一通 道晶體管器件?？梢詢H用晶體管中的有源柵極制備平面柵極426。LDMOS晶體管的本體區(qū) (低壓P-阱42 附近的溝槽柵極428，通過置于浮動狀態(tài)或連接到使柵極無效的合適的電 勢上，可以使其失去活性。在圖7所示的LDMOS晶體管410中，通過低壓P-阱422以及高壓P-阱421，可以 制成P-本體區(qū)。高壓P-阱421的摻雜濃度低于低壓P-阱422的摻雜濃度。在本發(fā)明的其他實施例中，BCD工藝采用使用P-型掩埋層的器件，利用與上述相 同的填充氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)隔離形成在P-掩埋層上方的器件。然而，在另一個實施例中， B⑶工藝采用一個垂直MOSFET器件，例如垂直DMOS器件。利用填充氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)，作 為垂直MOSFET器件的垂直通道的有源柵極。圖8表示依據(jù)本發(fā)明的一個可選實施例，利用BCD工藝，采用深溝槽隔離技術(shù)制成 的晶體管器件的橫截面視圖。圖8所示的BCD制備工藝與圖7所示的BCD制備工藝基本相 同，形成LDMOS晶體管、NMOS晶體管、PMOS晶體管和雙極晶體管(圖中沒有表示出)，所有 這些器件都位于帶有N-掩埋層和N-外延層的P-型襯底上。圖8所示的B⑶制備工藝說 明了，利用一個在填充氧化物溝槽中的堆積式柵極結(jié)構(gòu)，提供額外的屏蔽。(3)漏極超級結(jié)結(jié)構(gòu)依據(jù)本發(fā)明的另一方面，超級結(jié)結(jié)構(gòu)形成在雙通道溝槽LDMOS晶體管的漏極漂移 區(qū)中，以降低LDMOS晶體管的漏極電阻，并提高擊穿電壓。在本發(fā)明的一個實施例中，超級 結(jié)結(jié)構(gòu)是利用N-型和P-型區(qū)的交替層構(gòu)成的。由于選取超級結(jié)結(jié)構(gòu)的N-型和P-型區(qū)合 適的寬度，使它們在實際運行中完全耗盡，因此可以用比傳統(tǒng)的漏極漂移區(qū)的摻雜等級還 高的摻雜等級，制備超級結(jié)結(jié)構(gòu)。耗盡超級結(jié)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致漏極漂移區(qū)的擊穿電壓增大，而較高 的摻雜等級可以降低漏極電阻。圖9和圖11表示依據(jù)本發(fā)明的不同實施例，帶有形成在漏極漂移區(qū)中的超級結(jié)結(jié) 構(gòu)的雙通道溝槽LDMOS晶體管的橫截面視圖。首先參見圖9，雙通道溝槽LDMOS晶體管500 的制備方式與圖1所示的雙通道溝槽LDMOS晶體管10的制備方式基本相同，兩圖中類似的 元件在此不再贅述。雙通道溝槽LDMOS晶體管500包括一個形成橫向通道的平面柵極526， 以及一個形成垂直通道的溝槽柵極528。在本實施例中，平面柵極5 并不延伸到場氧化層 上方。溝槽LDMOS晶體管500含有交替的N-型和P-型摻雜區(qū)，在溝槽LDMOS晶體管的漏 極漂移區(qū)中構(gòu)成超級結(jié)結(jié)構(gòu)。在本實施例中，交替的N-型和P-型摻雜區(qū)包括第一 N-型區(qū) 590、第二 N-型區(qū)594以及夾在第一和第二 N-型區(qū)之間的P-型區(qū)592，這些區(qū)域都形成在 高壓N-阱518中，作為漏極漂移區(qū)。由于N-型區(qū)590和594以及P-型區(qū)592要在實際運 行中耗盡，因此它們的摻雜濃度比下面的N-阱518的摻雜濃度更高。在本實施例中，P-型 區(qū)592延伸到由低壓P-阱522構(gòu)成的P-本體區(qū)中。在一個實施例中，利用多種能量的植入物，通過一個單一掩膜，制成交替的N-型 和P-型區(qū)。另外，在另一個實施例中，所形成的交替的N-型和P-型區(qū)自對準到平面柵極 526上。通過有角度的植入以及隨后驅(qū)動，可以使P-型區(qū)592延伸到P-本體區(qū)522中。
因此，這樣制成的位于漏極漂移區(qū)中的交替的N-型和P-型區(qū)，具有分散電場并提 高LDMOS晶體管的擊穿電壓的作用。圖10表示帶有和不帶有超級結(jié)結(jié)構(gòu)的圖9所示的溝 槽LDMOS晶體管的電場分布圖。曲線595表示不帶有超級結(jié)結(jié)構(gòu)的電場分布。電場在本體 區(qū)中不斷升高，直到本體區(qū)和N-外延層之間的P-N結(jié)達到臨界電場為止。然后，電場沿漏 極漂移區(qū)的長度方向降低。曲線597表示帶有超級結(jié)結(jié)構(gòu)的電場分布。電場為P-N結(jié)任一 邊上的摻雜等級的函數(shù)。如果摻雜等級較高，臨界電場也會升高。因此，如圖10所示，曲線 597升高到本體區(qū)中的高電場等級。然后，由N-型和P-型區(qū)590、592、594構(gòu)成的超級結(jié)區(qū) 域，具有使電場均勻排布的作用，與曲線595所示的三角形狀的電場相比，該電場分布呈現(xiàn) 梯形形狀，眾所周知，電場下方的面積為晶體管的擊穿電壓。通過將電場分布轉(zhuǎn)化成梯形形 狀，曲線597下方的面積會遠大于曲線595下方的面積，因此帶有超級結(jié)結(jié)構(gòu)的溝槽LDMOS 晶體管500的擊穿電壓也隨之增大?，F(xiàn)在參見圖11，雙通道溝槽LDMOS晶體管600的制備方式，除了超級結(jié)結(jié)構(gòu)之外， 其他都與圖9所示的溝槽LDMOS晶體管500的制備方式相同，兩圖中類似的元件在此不再 贅述。在溝槽LDMOS晶體管600中，超級結(jié)結(jié)構(gòu)是由第一 P-型區(qū)690、第二 P-型區(qū)694以 及夾在第一和第二 P-型區(qū)之間的N-型區(qū)692構(gòu)成的，這些區(qū)域都形成在高壓N-阱618中。 在本實施例中，N-型區(qū)692的摻雜濃度高于P-型區(qū)。通過將N-型區(qū)692置于兩個P-型區(qū) 690和694之間，P-型區(qū)就像一個超級結(jié)一樣，或者作為降低表面電場區(qū)，用于降低LDMOS 晶體管的表面電場。因此，提高了溝槽LDMOS晶體管的擊穿電壓。在溝槽LDMOS晶體管600 中，所形成的交替N-型和P-型區(qū)自對準到平面柵極6 上。在本實施例中，N-型區(qū)692并 沒有延伸到高壓N-阱(HVNW) 618以外。在一個可選實施例中，例如通過有角度的植入代替 自對準的N-型植入，植入到平面柵極626的邊緣上，N-型區(qū)692可以延伸到高壓N-阱以 外。(4)可選實施例圖12表示依據(jù)本發(fā)明的一個可選實施例，一個雙通道溝槽LDMOS晶體管的橫截 面視圖。參見圖12，雙通道溝槽LDMOS晶體管700形成在N+襯底712上，而不是像之前的 實施例那樣形成在P+襯底上。漏極區(qū)7M形成在N+襯底712的背部，從而構(gòu)成一個垂直 LDMOS器件。溝槽LDMOS晶體管700包括一個平面柵極726、一個垂直柵極728以及N+源 極區(qū)723，這些器件的形成方式與上述內(nèi)容類似。圖13表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一個垂直溝槽MOS晶體管的橫截面視圖。參 見圖13，垂直溝槽MOS晶體管800形成在N+襯底812上，可以與一個雙通道LDMOS晶體管 器件(例如圖12所示的晶體管700)集成。在垂直溝槽MOS晶體管800中，溝槽柵極828 構(gòu)成MOS晶體管的垂直柵極，并且垂直通道形成在低壓P-阱(LVPW)822中。在垂直溝槽 MOS晶體管800中，電流從源極區(qū)823開始，流經(jīng)LVPW822中的通道區(qū)，流入N-外延層816、 N-掩埋層814，然后流至N+襯底812。在襯底812的背部，制成漏極電極824。在表面上制 成P+本體接頭818，以便良好地接觸源極金屬819。圖14表示依據(jù)本發(fā)明的一個可選實施例，利用BCD工藝，采用深溝槽隔離技術(shù)制 成的晶體管器件的橫截面視圖。圖14中所示的晶體管器件的制備方式，與圖8所示的晶體 管器件大致相同，兩圖中相似的元件在此不再贅述。參見圖14，深溝槽930B和930C用于器 件隔離，它們延伸到P-型襯底912中。在本實施例中，深溝槽930B和930C并不包含任何溝槽柵極結(jié)構(gòu)，而僅僅是填充氧化物的溝槽。在其他實施例中，如上所述，深溝槽可以包括 單一溝槽柵極或堆積式柵極結(jié)構(gòu)。與此同時，淺溝槽(例如溝槽930A)用于承載有源柵極。 淺溝槽930A僅僅延伸到N-外延層中，并不延伸到P-型襯底中。 上述詳細說明僅用于解釋本發(fā)明的特殊實施例，并不作為局限。本發(fā)明范圍內(nèi)可 能存在各種修正和變化。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于，包括一個第一導(dǎo)電類型的襯底；一個形成在襯底上的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；一個形成在半導(dǎo)體層中的第一溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第一溝槽，并在第一溝槽中形 成一個溝槽柵極，通過第一柵極介質(zhì)層，溝槽柵極與第一溝槽的側(cè)壁絕緣；一個形成在第一溝槽附近半導(dǎo)體層中的第一導(dǎo)電類型的本體區(qū)；一個形成在本體區(qū)中，第一溝槽附近的第二導(dǎo)電類型的源極區(qū)；一個通過第二柵極介質(zhì)層與半導(dǎo)體層絕緣的平面柵極，加在本體區(qū)上，所形成的源極 區(qū)與平面柵極的第一邊緣對齊；以及一個形成在半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的漏極區(qū)，漏極漂移區(qū)將漏極區(qū)和本體區(qū)間隔 開來；其中平面柵極構(gòu)成在源極區(qū)和漏極漂移區(qū)之間的本體區(qū)中的橫向雙擴散金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管的橫向通道，第一溝槽中的溝槽柵極在本體區(qū)中，沿源極區(qū)和半導(dǎo)體層之間 的第一溝槽的側(cè)壁，構(gòu)成橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的垂直通道。
2.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 第一溝槽僅僅延伸到半導(dǎo)體層中。
3.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 第一溝槽穿過半導(dǎo)體層延伸到襯底中，溝槽柵極形成在第一溝槽的上部。
4.權(quán)利要求3所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 還包括一個形成在第一溝槽下部的底部柵極電極，通過具有第二厚度的溝槽電介質(zhì)，與第一 溝槽的側(cè)壁絕緣，第二厚度大于使溝槽柵極絕緣的第一柵極介質(zhì)層的厚度，底部柵極電極 電接觸到源極電勢上。
5.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 還包括一個形成在半導(dǎo)體層中，并延伸到襯底中的第二溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第二溝槽，其 中第二溝槽包圍著橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的有源區(qū)，以隔離橫向雙擴散金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管。
6.權(quán)利要求5所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 還包括一個溝槽柵極，形成在第二溝槽的上部，通過第三柵極介質(zhì)層，與第二溝槽的側(cè)壁絕 緣，溝槽柵極處于電浮動狀態(tài)或電連接到指定電勢上，以便使第二溝槽中的溝槽柵極無效。
7.權(quán)利要求6所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 其中第三柵極介質(zhì)層的厚度大于第一柵極介質(zhì)層的厚度。
8.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 還包括一個形成在半導(dǎo)體層中，并延伸到襯底中的第二溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第二溝槽，一 個形成在第二溝槽的上部，通過第三柵極介質(zhì)層，與第二溝槽的側(cè)壁絕緣的溝槽柵極，以及 一個形成在第二溝槽的下部，通過溝槽電介質(zhì)，與第二溝槽的側(cè)壁絕緣的底部柵極電極，溝 槽電介質(zhì)的厚度大于第三柵極介質(zhì)層的厚度，溝槽柵極處于電浮動狀態(tài)或電連接到指定電勢上，以便使第二溝槽中的溝槽柵極無效，底部柵極電極電連接到源極電勢上；其中第二溝槽包圍著橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的有源區(qū)，以隔離橫向雙擴 散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
9.權(quán)利要求8所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 第三柵極介質(zhì)層的厚度大于第一柵極介質(zhì)層的厚度。
10.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 漏極漂移區(qū)包括一個形成在半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的阱。
11.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 漏極漂移區(qū)包括多個形成在半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的阱，這多個阱具有不同的摻雜濃 度等級。
12.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 還包括形成在平面柵極和漏極區(qū)之間的半導(dǎo)體層表面上或表面中的場氧化層或一步氧化 層，平面柵極的第二邊緣延伸到一部分場氧化層的上方或一步氧化層的上方。
13.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 半導(dǎo)體層含有一個第二導(dǎo)電類型的外延層。
14.權(quán)利要求13所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，第二半導(dǎo)體層還包括一個形成在襯底上的第二導(dǎo)電類型的掩埋層，外延層形成在掩埋 層上。
15.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 還包括多個形成在漏極漂移區(qū)中的溝槽叉指，用溝槽電介質(zhì)填充多個溝槽叉指，多個溝槽 叉指形成相互交錯的溝槽和漏極區(qū)，溝槽柵極形成在每個溝槽叉指的上部，并通過第三柵 極介質(zhì)層，與溝槽叉指的側(cè)壁絕緣，溝槽柵極電連接到源極電勢上。
16.權(quán)利要求15所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，第三柵極介質(zhì)層的厚度大于第一柵極介質(zhì)層的厚度。
17.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 第一溝槽包括相互交錯的溝槽區(qū)，這些溝槽區(qū)延伸到源極區(qū)和本體區(qū)中，形成溝槽柵極的 延伸物。
18.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 還包括一個位于源極區(qū)的本體接觸區(qū)，以便電接觸到本體區(qū)。
19.權(quán)利要求1所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于， 第一導(dǎo)電類型為P-型，第二導(dǎo)電類型為N-型。
20.權(quán)利要求19所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，還包括多個形成在漏極漂移區(qū)中的交替的N-型和P-型區(qū)，這多個交替的N-型和P-型區(qū)的 摻雜濃度高于漏極漂移區(qū)的摻雜濃度，在漏極漂移區(qū)構(gòu)成一個超級結(jié)結(jié)構(gòu)。
21.權(quán)利要求20所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，多個交替的N-型和P-型區(qū)包括第一 N-型區(qū)、第二 N-型區(qū)以及夾在第一和第二 N-型 區(qū)之間的P-型區(qū)，第一和第二 N-型區(qū)自對準到平面柵極的第二邊緣上，P-型區(qū)延伸到本體區(qū)。
22.權(quán)利要求20所述的雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，多個交替的N-型和P-型區(qū)包括第一 P-型區(qū)、第二 P-型區(qū)以及夾在第一和第二 P-型 區(qū)之間的N-型區(qū)，第一和第二 N-型區(qū)自對準到平面柵極的第二邊緣上。
23.一種用于制備雙通道溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的方法，其特征在 于，包括制備一個第一導(dǎo)電類型的襯底； 在襯底上形成一個第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層； 在半導(dǎo)體層中形成一個第一溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第一溝槽； 在第一溝槽中形成一個溝槽柵極，通過第一柵極介質(zhì)層，溝槽柵極與第一溝槽的側(cè)壁 絕緣；在半導(dǎo)體層中第一溝槽附近形成一個第一導(dǎo)電類型的本體區(qū)； 在本體區(qū)中第一溝槽附近形成一個第二導(dǎo)電類型的源極區(qū)；形成第二柵極介質(zhì)層，覆蓋在本體區(qū)上，在第二柵極介質(zhì)層上形成一個與半導(dǎo)體層絕 緣的平面柵極，形成源極區(qū)與平面柵極的第一邊緣對齊；以及在半導(dǎo)體層中形成一個第二導(dǎo)電類型的漏極區(qū)，漏極漂移區(qū)將漏極區(qū)和本體區(qū)間隔開來；其中平面柵極構(gòu)成在源極區(qū)和漏極漂移區(qū)之間的本體區(qū)中的橫向雙擴散金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管的橫向通道，第一溝槽中的溝槽柵極在本體區(qū)中，沿源極區(qū)和半導(dǎo)體層之間 的第一溝槽的側(cè)壁，構(gòu)成橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的垂直通道。
24.權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，還包括在半導(dǎo)體層中制備第二溝槽，并延伸到襯底中，用溝槽電介質(zhì)填充第二溝槽，第二溝槽 包圍著橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的有源區(qū)，以隔離橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管。
25.一種由垂直溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，其特征 在于，垂直溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括一個第一導(dǎo)電類型的襯底；一個形成在襯底上的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；一個形成在半導(dǎo)體層中的第一溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第一溝槽，并在第一溝槽中形 成一個溝槽柵極，通過第一柵極介質(zhì)層，溝槽柵極與第一溝槽的側(cè)壁絕緣； 一個形成在半導(dǎo)體層中第一溝槽附近的第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)； 一個形成在本體區(qū)中第一溝槽附近的第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)； 一個通過第二柵極介質(zhì)層與半導(dǎo)體層絕緣的平面柵極，加在本體區(qū)上，所形成的源極 區(qū)與平面柵極的第一邊緣對齊；一個形成在半導(dǎo)體層中的第一導(dǎo)電類型的漏極漂移區(qū)；以及 一個形成在襯底背部的漏極電極；其中平面柵極構(gòu)成在源極區(qū)和漏極漂移區(qū)之間的本體區(qū)中的橫向雙擴散金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管的橫向通道，第一溝槽中的溝槽柵極在本體區(qū)中，沿源極區(qū)和半導(dǎo)體層之間 的第一溝槽的側(cè)壁，構(gòu)成橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的垂直通道。
26.權(quán)利要求25所述的由垂直溝槽橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管構(gòu)成的半導(dǎo) 體器件，其特征在于，還包括一個形成在相同襯底的獨立區(qū)域和相同的半導(dǎo)體層中的垂直 溝槽MOS晶體管，該垂直溝槽MOS晶體管包括一個形成在半導(dǎo)體層中的第二溝槽，用溝槽電介質(zhì)填充第二溝槽，第二溝槽柵極形成 在第二溝槽中，通過第二柵極介質(zhì)層，與第二溝槽的側(cè)壁絕緣；一個形成在第二溝槽附近的半導(dǎo)體層中的第二導(dǎo)電類型的第二本體區(qū)，第二本體區(qū)延 伸到形成在第二溝槽中的第二溝槽柵極的底部邊緣附近的深度；以及一個形成在本體區(qū)中的、鄰近第二溝槽的第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)，源極區(qū)形成在本體 區(qū)的頂部；其中所形成的垂直溝槽MOS晶體管中，襯底作為垂直溝槽MOS晶體管的漏極區(qū)，半導(dǎo)體 層作為漏極漂移區(qū)，第二溝槽柵極作為柵極電極。
全文摘要
一個雙通道溝槽LDMOS晶體管包括一個第一導(dǎo)電類型的襯底；一個形成在襯底上的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；一個形成在半導(dǎo)體層中的第一溝槽，溝槽柵極形成在第一溝槽的上部；一個形成在半導(dǎo)體層中第一溝槽附近的第一導(dǎo)電類型的本體區(qū)；一個形成在本體區(qū)中第一溝槽附近的第二導(dǎo)電類型的源極區(qū)；一個覆蓋在本體區(qū)上方的平面柵極；一個第二導(dǎo)電類型的漏極區(qū)，漏極漂移區(qū)將漏極區(qū)和本體區(qū)間隔開來。平面柵極在本體區(qū)中構(gòu)成一個橫向通道，第一溝槽中的溝槽柵極在LDMOS晶體管的本體區(qū)中，構(gòu)成一個垂直通道。
文檔編號H01L21/8238GK102097327SQ20101058331
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者雪克·瑪力卡勒強斯瓦密 申請人:萬國半導(dǎo)體股份有限公司