專利名稱：一種psoi橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及SOI (Semiconductor On
Insulator)橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件在國民經(jīng)濟和社會生活中具有不可替代的關(guān)鍵作用，其大量用于消費類電子、工業(yè)控制和國防裝備。功率半導(dǎo)體器件也是節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)，特別是我國將節(jié)能降耗作為國家的基本國策之一，半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展及推廣應(yīng)用是節(jié)能的重要技術(shù)手段。在功率半導(dǎo)體器件中，MOS型功率器件(Power MOSFEI^s)能顯著地減小了開關(guān)時間，提高器件的開關(guān)頻率。但是在高壓應(yīng)用時，功率MOS器件的單位面積導(dǎo)通電阻隨著耐壓的2. 5次方增加，為器件的發(fā)展帶來了阻礙。超結(jié)(Superjimction)的提出打破了傳統(tǒng)功率MOS器件的理論極限，提高了器件的耐壓，降低了導(dǎo)通電阻，見參考文獻陳星弼，“超結(jié)器件”，電力電子技術(shù)，2008，42 (12) :2-7 ；或，Tatsuhiko Fujihira, "Theory of semiconductor super junction devices", J. App 1. Phys. , 1997, 36(10): 6254-6262。 近年來，隨著超結(jié)工藝的改進，縱向超結(jié)器件已從器件發(fā)展走向系統(tǒng)優(yōu)化。但是，超結(jié)技術(shù)在橫向MOS功率器件中的應(yīng)用卻遇到了很大的困難。到目前為止，橫向超結(jié)器件的擊穿電壓仍然不能達到理想的效果。主要的原因是，橫向超結(jié)被做在一定電阻率的襯底上，會受到縱向電場的影響，打破了超結(jié)的電荷平衡，器件的耐壓急劇降低，這被稱為“襯底輔助耗盡效應(yīng)”。這方面的內(nèi)容可見參考文獻Tl-Yong Park and C. Andre Τ. Salama, "Super Junction LDMOS Transistors - Implementing super junction LDMOS transistors to overcome substrate depletion effects", IEEE Circuits and Devices Magazine, November/December 2006: 10-15。在SOI器件中，絕緣埋層提供了縱向的隔離層，使得其具有天然的隔離優(yōu)勢。SOI 器件的高低壓單元、有源層和襯底之間都通過埋氧層完全隔開，各部分的電氣連接被完全消除。所以，SOI器件具有寄生效應(yīng)小、速度快、功耗低、集成度高、抗輻照能力強等許多優(yōu)點。在SOI襯底上的超結(jié)同樣遭受縱向電場的影響，不過此縱向電場來源于“硅-絕緣埋層-硅”形成的電容結(jié)構(gòu)(也稱為場致效應(yīng))。產(chǎn)生的縱向電場同樣會破壞超結(jié)的電荷平衡， 降低器件的擊穿電壓。這與體硅上的襯底輔助耗盡效應(yīng)具有類似的影響，它們被統(tǒng)稱為“襯底輔助耗盡效應(yīng)”，見參考文獻Sameh G. Nassif-Khalil, and C. Andre Τ. Salama, “Super junction LDMOST in silicon-on-sapphire technology (SJ-LDM0ST)，，，Proc. ISPSD, 2002: 81-84。超結(jié)的N區(qū)和P區(qū)之間的電荷不平衡降低了 SOI橫向超結(jié)器件的耐壓。本發(fā)明針對SOI橫向超結(jié)功率器件的低耐壓問題提出了一種新的器件結(jié)構(gòu)，抑制了襯底輔助耗盡效應(yīng)，提高了器件的耐壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件，可以緩解橫向超結(jié)功率器件中存在的襯底輔助耗盡效應(yīng)，提高器件的耐壓。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件，包括P型襯底，P型襯底上端面設(shè)有絕緣埋層，在絕緣埋層上端面設(shè)有P型體區(qū)和超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由橫向交替分布的超結(jié)η區(qū)和超結(jié)P區(qū)組成，P型體區(qū)與超結(jié)結(jié)構(gòu)的一側(cè)端面接觸，P型體區(qū)上設(shè)有η型源區(qū)、ρ型體接觸區(qū)以及柵氧化層，柵氧化層上端上設(shè)有多晶硅柵，η型源區(qū)和ρ型體接觸區(qū)上設(shè)有源電極，超結(jié)結(jié)構(gòu)的另一側(cè)設(shè)有η型漏區(qū)，η型漏區(qū)上設(shè)有漏電極，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有η型漏區(qū)的一側(cè)設(shè)有與超結(jié)垂直的η型補償區(qū)，η型補償區(qū)分別與超結(jié)結(jié)構(gòu)端面、絕緣埋層以及P型襯底接觸，η型漏區(qū)設(shè)置在η型補償區(qū)上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
1.本發(fā)明的PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件采用了新結(jié)構(gòu)，即在超結(jié)垂直的方向上設(shè)有η型補償區(qū)13，并深入到ρ型襯底1內(nèi)，相對于常規(guī)的SOI橫向超結(jié)功率器件(圖2)能夠有效消除襯底輔助耗盡效應(yīng)，改善超結(jié)的電荷平衡，提高器件的耐壓。2.本發(fā)明的PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件采用了垂直超結(jié)的η型電荷補償區(qū) 13，相對于其他的電荷補償型SOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件(圖3)采用平行超結(jié)的η型電荷補償區(qū)14，平行超結(jié)的η型電荷補償區(qū)在實現(xiàn)電荷補償?shù)耐瑫r在源端引入了多余的電荷，降低了超結(jié)的耐壓特性。本發(fā)明采用的垂直超結(jié)的η型電荷補償區(qū)13只在漏端存在， 可以保護超結(jié)的耐壓特性。


圖1是本發(fā)明PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是常規(guī)的SOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是具有平行超結(jié)的電荷補償型SOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是三維器件模擬仿真結(jié)果，圖示了三種器件結(jié)構(gòu)的表面電場分布曲線，可以看出本發(fā)明的器件具有很平直的電場分布，器件耐壓更高。其中1為ρ型襯底，2為絕緣埋層，3為ρ型體區(qū)，4為η型源區(qū)，5為ρ型體接觸區(qū)，6為源電極，7為柵氧化層，8為多晶硅柵，9為超結(jié)η區(qū)，10為超結(jié)ρ區(qū)，11為漏電極，12 為η型漏區(qū)，13為垂直超結(jié)的η型補償區(qū)，14為平行超結(jié)的η型補償區(qū)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明作詳細說明。本發(fā)明所述的一種PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件，包括ρ型襯底1，ρ型襯底1上端面設(shè)有絕緣埋層2，在絕緣埋層2上端面設(shè)有ρ型體區(qū)3和超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由橫向交替分布的超結(jié)η區(qū)9和超結(jié)ρ區(qū)10組成，ρ型體區(qū)3與超結(jié)結(jié)構(gòu)的一側(cè)端面接觸，ρ型體區(qū) 3上設(shè)有η型源區(qū)4、ρ型體接觸區(qū)5以及柵氧化層7，柵氧化層7上端上設(shè)有多晶硅柵8，η 型源區(qū)4和ρ型體接觸區(qū)5上設(shè)有源電極6，超結(jié)結(jié)構(gòu)的另一側(cè)設(shè)有η型漏區(qū)12，η型漏區(qū) 12上設(shè)有漏電極11，在超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有η型漏區(qū)的一側(cè)設(shè)有與超結(jié)垂直的η型補償區(qū)13，η型補償區(qū)13分別與超結(jié)結(jié)構(gòu)端面、絕緣埋層2以及ρ型襯底1接觸，η型漏區(qū)12設(shè)置在 η型補償區(qū)13上。絕緣埋層2可采用不同的介質(zhì)材料，如二氧化硅、氮化硅、藍寶石或其他不同介電系數(shù)的絕緣材料。η型補償區(qū)13可以通過選擇性外延的方式形成。所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)中超結(jié)η區(qū)9與超結(jié)ρ區(qū)10的寬度相當，依據(jù)實際設(shè)計需要而定，超結(jié)η區(qū)9與超結(jié)ρ區(qū)10的摻雜濃度相當，依據(jù)實際設(shè)計需要而定，超結(jié)η區(qū)9與超結(jié)ρ區(qū)10可以通過離子注入或擴散的方式形成，依據(jù)實際設(shè)計需要而定。η型補償區(qū)與超結(jié)和絕緣埋層相連，并深入到襯底內(nèi)。本發(fā)明采用如下方法制備
第一步，取SOI襯底材料，對其進行預(yù)清洗，通過P阱光刻、注入、退火形成P型體區(qū)3， 以氮化硅作掩模腐蝕硅和絕緣埋層，然后通過選擇性外延技術(shù)形成η型補償區(qū)13，通過離子注入形成超結(jié)P區(qū)10，通過離子注入形成超結(jié)η區(qū)9，接著進行場氧生長，調(diào)整溝道閾值電壓注入，柵氧化層7生長，淀積多晶硅形成多晶硅柵8，通過注入形成η型源區(qū)4和η型漏區(qū)12，通過注入形成ρ型體接觸區(qū)5。第二步，刻蝕氧化層形成ρ型體接觸區(qū)5、η型源區(qū)4和η型漏區(qū)12的歐姆接觸， 形成多晶硅柵8的電極引出孔，淀積金屬、刻蝕金屬形成源電極、漏電極和柵電極，最后進行鈍化處理，壓焊點。
權(quán)利要求
1.一種PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件，包括P型襯底(1)，P型襯底(1)上端面設(shè)有絕緣埋層0)，在絕緣埋層(2)上端面設(shè)有P型體區(qū)(3)和超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由橫向交替分布的超結(jié)η區(qū)(9)和超結(jié)ρ區(qū)(10)組成，ρ型體區(qū)(3)與超結(jié)結(jié)構(gòu)的一側(cè)端面接觸，ρ型體區(qū)(3)上設(shè)有η型源區(qū)G)、ρ型體接觸區(qū)(5)以及柵氧化層(7)，柵氧化層(7)上端上設(shè)有多晶硅柵(8)，η型源區(qū)(4)和ρ型體接觸區(qū)(5)上設(shè)有源電極(6)，超結(jié)結(jié)構(gòu)的另一側(cè)設(shè)有η型漏區(qū)(12)，η型漏區(qū)(12)上設(shè)有漏電極(11)，其特征在于在超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有η型漏區(qū)(12)的一側(cè)設(shè)有與超結(jié)垂直的η型補償區(qū)(13)，η型補償區(qū)(13)分別與超結(jié)結(jié)構(gòu)端面、 絕緣埋層(2)以及ρ型襯底(1)接觸，η型漏區(qū)(12)設(shè)置在η型補償區(qū)(13)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件，其特征在于絕緣埋層(2) 可采用不同的介質(zhì)材料，如二氧化硅、氮化硅、藍寶石或其他不同介電系數(shù)的絕緣材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種PSOI橫向超結(jié)功率半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體本體、絕緣埋層、半導(dǎo)體本體上的柵以及電極，在絕緣埋層的上方設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，由交替分布的超結(jié)n區(qū)和超結(jié)p區(qū)構(gòu)成，并與p型體區(qū)相連。在與超結(jié)垂直的方向上設(shè)有n型補償區(qū)，n型補償區(qū)與超結(jié)和絕緣埋層相連，并深入到襯底內(nèi)。本發(fā)明可以有效抑制橫向超結(jié)功率器件中存在的襯底輔助耗盡效應(yīng)，提高器件的耐壓。與常規(guī)的電荷補償型橫向超結(jié)器件相比，n型補償區(qū)與超結(jié)垂直，可以更好地保持超結(jié)耐壓特性，而且不會增加頂層硅的厚度。
文檔編號H01L29/78GK102201445SQ20111009384
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者張志杰, 王代華, 王巍, 王文廉, 王玉, 賴富文 申請人:中北大學(xué)