專利名稱：一種n型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，是關(guān)于提高縱向耐壓的一種漏端帶有縱向超結(jié)結(jié)構(gòu)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件是電力電子系統(tǒng)中進(jìn)行能量控制和轉(zhuǎn)換的基本元件，電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展為功率半導(dǎo)體器件開(kāi)拓了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。以具有較快的開(kāi)關(guān)速度、較寬的安全工作區(qū)特點(diǎn)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為代表的現(xiàn)代電力電子器件和相關(guān)產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)電子、汽車電子為代表的4C產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著重要作用。如今，功率器件正向著提高工作電壓、增加工作電流、減小導(dǎo)通電阻和集成化的方向發(fā)展。超結(jié)的發(fā)明是功率金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管技術(shù)上的一個(gè)里程碑。功率器件廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域，許多的應(yīng)用場(chǎng)合要求其必須能夠承受較高的電壓。而器件的耐壓由橫向上的耐壓和縱向上的耐壓兩者共同決定。提高橫向耐壓通常采用RESURF (減小表面電場(chǎng))，浮空?qǐng)鱿蕲h(huán)，VLD (漂移區(qū)變摻雜)等技術(shù)，目前已能將橫向耐壓提高到很高的水平(1000V以上)，此時(shí)，器件的擊穿很多時(shí)候發(fā)生在縱向結(jié)構(gòu)上，因此，功率器件的縱向耐壓成為決定器件耐壓的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的提高縱向耐壓的方法是增大器件的外延層厚度，但厚的外延層在工藝上勢(shì)必增加隔離難度.同時(shí)也使外延時(shí)間加長(zhǎng)，增加成本，所以為了滿足高、低壓兼容的需要，在硅基中采用超薄外延橫向技術(shù)已成為發(fā)展的趨勢(shì)。因此在橫向耐壓足夠高時(shí)，就有必要對(duì) 器件縱向結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高器件的縱向耐壓，進(jìn)而提高整個(gè)功率器件的擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種N型縱向高耐壓橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，本發(fā)明能提高器件的縱向耐壓，從而提高整個(gè)器件的擊穿電壓。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括P型硅襯底，在P型硅襯底上設(shè)有N-漂移區(qū)、P型體區(qū)及超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由連接漏區(qū)及襯底方向相間分布的N型區(qū)和P型區(qū)構(gòu)成，且P型硅襯底的上表面為N-漂移區(qū)、P型體區(qū)及超結(jié)結(jié)構(gòu)覆蓋，在P型體區(qū)上方設(shè)有N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)及柵氧化層，在N-漂移區(qū)上方設(shè)有N型緩沖層，在N型緩沖層上方設(shè)有N型漏區(qū)，在柵氧化層上方設(shè)有多晶硅柵，在N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)、多晶硅柵、N-漂移區(qū)、N型漏區(qū)上方設(shè)有場(chǎng)氧化層，在N型源區(qū)及P型體接觸區(qū)上接有穿通場(chǎng)氧化層的第一金屬引線，多晶硅柵接有穿通場(chǎng)氧化層的第二金屬引線，N型漏區(qū)接有穿通場(chǎng)氧化層的第三金屬引線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明的帶有超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管采用了新結(jié)構(gòu)，即在N型緩沖層13和P型襯底I之間加入N型區(qū)和P型區(qū)相間分布的超結(jié)結(jié)構(gòu)。相對(duì)于傳統(tǒng)的沒(méi)有縱向超結(jié)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(圖2)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了三個(gè)面的耗盡，即超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N型區(qū)14和P型區(qū)15之間的側(cè)面的耗盡，超結(jié)結(jié)構(gòu)中的P型區(qū)15頂部與漏端N型緩沖層13底部之間的耗盡，超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N型區(qū)14底部與P型襯底I之間的耗盡。這樣的耗盡機(jī)制使超結(jié)結(jié)構(gòu)中的N型區(qū)14和P型區(qū)15之間完全耗盡，這相當(dāng)于在N型緩沖層13和P型襯底I之間加入了一層介質(zhì)層，使N型緩沖層13和P型襯底I形成PIN的二極管結(jié)構(gòu)，其電場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，而圖4為傳統(tǒng)的沒(méi)有超結(jié)結(jié)構(gòu)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的電場(chǎng)分布，因?yàn)槠骷目v向耐壓正是對(duì)圖3和圖4所示電場(chǎng)進(jìn)行積分，從圖3和圖4的比較可以看出，帶有超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的新型結(jié)構(gòu)耐壓比沒(méi)有超結(jié)的傳統(tǒng)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的耐壓高，因此采用帶有縱向超結(jié)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的新型結(jié)構(gòu)提高了器件的耐壓。2、本發(fā)明的帶有超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，由于漏端下的超結(jié)結(jié)構(gòu)完全耗盡，與傳統(tǒng)的沒(méi)有縱向超結(jié)結(jié)構(gòu)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管相比，具有在相同耐壓下外延厚度較小，或相同厚度的外延層時(shí)，具有更 聞的耐壓。3、本發(fā)明的帶有超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，完全基于現(xiàn)有的制備橫向雙擴(kuò)散晶體管的工藝，具有較好的兼容性。4、本發(fā)明的帶有超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管散熱性好，成本低。


圖I是本發(fā)明所述的漏端帶有縱向超結(jié)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。圖2是本發(fā)明所述的傳統(tǒng)的漏端沒(méi)有縱向超結(jié)的N型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。圖3是本發(fā)明所述的漏端帶有縱向超結(jié)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的超結(jié)耗盡原理及超結(jié)附近的電場(chǎng)分布。圖4是本發(fā)明所述的漏端帶沒(méi)有有縱向超結(jié)的N型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的P襯底N-漂移區(qū)結(jié)附近的電場(chǎng)分布。圖5是本發(fā)明所述的漏端帶有縱向超結(jié)的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(new structure)與漏端沒(méi)有縱向超結(jié)的N型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(original structure)的關(guān)態(tài)擊穿電壓比較圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，一種N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括P型硅襯底1，在P型硅襯底I上設(shè)有N-漂移區(qū)2、P型體區(qū)3及超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由連接漏區(qū)及襯底方向相間分布的N型區(qū)14和P型區(qū)15構(gòu)成，且P型硅襯底I的上表面為N-漂移區(qū)2、P型體區(qū)3及超結(jié)結(jié)構(gòu)覆蓋，在P型體區(qū)3上方設(shè)有N型源區(qū)4、P型體接觸區(qū)5及柵氧化層8，在N-漂移區(qū)2上方設(shè)有N型緩沖層13，在N型緩沖層13上方設(shè)有N型漏區(qū)12，在柵氧化層8上方設(shè)有多晶硅柵9，在N型源區(qū)4、P型體接觸區(qū)5、多晶硅柵9、N-漂移區(qū)
2、N型漏區(qū)12上方設(shè)有場(chǎng)氧化層6，在N型源區(qū)4及P型體接觸區(qū)5上接有穿通場(chǎng)氧化層6的第一金屬引線7，多晶硅柵9接有穿通場(chǎng)氧化層6的第二金屬引線10，N型漏區(qū)接有穿通場(chǎng)氧化層6的第三金屬引線11。本實(shí)例中還采用如下的技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步提高本發(fā)明的性能所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)的寬度比N型漏區(qū)的寬度大。 所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)可以采用多次外延和離子注入工藝形成。本發(fā)明采用如下方法來(lái)制備
I、選擇一塊P型硅襯底，對(duì)其進(jìn)行清洗，然后按區(qū)域進(jìn)行硼離子注入或磷離子注入，之后進(jìn)行外延，再進(jìn)行離子注入，如此進(jìn)行多次離子注入和外延，經(jīng)高溫?cái)U(kuò)散即可形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。2、然后離子注入形成N-漂移區(qū)和N型緩沖層，之后通過(guò)離子注入和高溫?cái)U(kuò)散形成P型體區(qū)，接著進(jìn)行場(chǎng)氧的生長(zhǎng)，并進(jìn)行場(chǎng)注，調(diào)整溝道閾值電壓，然后進(jìn)行柵氧化層生長(zhǎng)，淀積刻蝕多晶硅形成多晶硅柵和多晶硅場(chǎng)板，源漏注入形成N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)和N型漏區(qū)，然后淀積場(chǎng)氧化層。3、刻蝕場(chǎng)氧化層，形成N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)、多晶硅柵及N型漏區(qū)的金屬電極引出孔，淀積金屬層，刻蝕金屬層形成N型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)的引出電極，多晶硅柵的引出電極和N型漏區(qū)的引出電極。最后，進(jìn)行鈍化處理。
權(quán)利要求
1.一種N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括P型硅襯底(I)，在P型硅襯底⑴上設(shè)有N-漂移區(qū)(2)及P型體區(qū)(3)，且P型硅襯底⑴的上表面為N-漂移區(qū)⑵及P型體區(qū)(3)覆蓋，在P型體區(qū)(3)上方設(shè)有N型源區(qū)(4)、P型體接觸區(qū)(5)及柵氧化層(8)，在N-漂移區(qū)(2)上方設(shè)有N型緩沖層(13)，在N型緩沖層(13)上方設(shè)有N型漏區(qū)(12)，在柵氧化層(8)上方設(shè)有多晶硅柵(9)，在N型源區(qū)(4)、P型體接觸區(qū)(5)、多晶硅柵(9)、N-漂移區(qū)(2)、N型漏區(qū)(12)上方設(shè)有場(chǎng)氧化層(6)，在N型源區(qū)(4)及P型體接觸區(qū)(5)上接有穿通場(chǎng)氧化層(6)的第一金屬引線(7)，多晶硅柵(9)接有穿通場(chǎng)氧化層(6)的第二金屬引線(10)，N型漏區(qū)接有穿通場(chǎng)氧化層(6)的第三金屬引線(II)，其特征在于，在P型硅襯底(I)上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由連接漏區(qū)及襯底方向相間分布的N型區(qū)(14)和P型區(qū)(15)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其特征在于，超結(jié)結(jié)構(gòu)寬度要比N型漏區(qū)(12)大。
全文摘要
一種N型縱向高耐壓的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括P型硅襯底，在P型硅襯底上設(shè)有N-漂移區(qū)及P型體區(qū)，且P型硅襯底的上表面為N-漂移區(qū)及P型體區(qū)覆蓋，在P型體區(qū)上方設(shè)有N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)及柵氧化層，在N-漂移區(qū)上方設(shè)有N型緩沖層，在N型緩沖層上方設(shè)有N型漏區(qū)，在柵氧化層上方設(shè)有多晶硅柵，在N型源區(qū)、P型體接觸區(qū)、多晶硅柵、N-漂移區(qū)、N型漏區(qū)上方設(shè)有場(chǎng)氧化層，在N型源區(qū)及P型體接觸區(qū)上接有穿通場(chǎng)氧化層的第一金屬引線，多晶硅柵接有穿通場(chǎng)氧化層的第二金屬引線，N型漏區(qū)接有穿通場(chǎng)氧化層的第三金屬引線，其特征在于，在P型硅襯底上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)由連接漏區(qū)及襯底方向相間分布的N型區(qū)和P型區(qū)構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102867845SQ20121036619
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者祝靖, 林吉勇, 楊卓, 錢欽松, 孫偉鋒, 陸生禮, 時(shí)龍興 申請(qǐng)人:東南大學(xué)