專利名稱：N型絕緣體上硅的橫向雙擴(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)體器件領(lǐng)域，更具體的說，是關(guān)于一種適用于高壓應(yīng) 用的絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(SOI LDMOS)的新 結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件是電力電子系統(tǒng)進(jìn)行能量控制和轉(zhuǎn)換的基本電子元件，電
力電子技術(shù)的不斷發(fā)展為半導(dǎo)體功率器件開拓了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，而半導(dǎo)體功 率器件的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓等特性則決定了電力電子系統(tǒng)的效率、功耗等基 本性能。以橫向雙擴(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)品在工業(yè)、能源、交通等用電的場合發(fā)揮著日益重要的作用，是機(jī)電一 體化設(shè)備、新能源技術(shù)、空間和海洋技術(shù)、辦公自動化及家用電器等實(shí)現(xiàn)高性 能、高效率、輕量小型的技術(shù)基礎(chǔ)。
隨著絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的出現(xiàn)，它以普通 橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管無法比擬的優(yōu)點(diǎn)(功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、 集成密度高、速度快、消除閂鎖效應(yīng))而得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛垂青。為 使絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管有更好的應(yīng)用，提高絕緣 體上硅器件的擊穿電壓、進(jìn)一步降低絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管的導(dǎo)通電阻是個重要的研究課題。
在相關(guān)的技術(shù)中，有人提出可以減少N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度，這樣 不但可以減少縱向電場的峰值，提高器件的縱向耐壓值，而且同時可以提高橫 向的器件耐壓值，但是這樣的做法會使得器件的導(dǎo)通電阻大為增加，增加了器 件的功耗。
還有人提出在P型襯底中埋入一個高摻雜的N型浮空層，這樣就可以在縱 向上形成兩個反向耐壓的PN結(jié)，從而提高了縱向的耐壓值，但是這種結(jié)構(gòu)是將漏區(qū)的高電場重新分配到源區(qū)和器件的中間區(qū)域，所以不利于源區(qū)和中間區(qū) 域的耐壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠有效提高器件的耐壓，并且可以降低器件導(dǎo)通電阻的N 型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-
一種N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括半導(dǎo) 體襯底，在半導(dǎo)體襯底上面設(shè)置有埋氧化層，在埋氧化層上設(shè)有N型摻雜半導(dǎo) 體區(qū)，在N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)上設(shè)有P阱和N型漏區(qū)，在P阱上設(shè)有N型源區(qū)和 P型接觸區(qū)，在P阱的表面設(shè)有柵氧化層且柵氧化層自P阱延伸至N型摻雜半 導(dǎo)體區(qū)，在P阱表面的N型源區(qū)、P型接觸區(qū)和柵氧化層的以外區(qū)域及N型摻 雜半導(dǎo)體區(qū)表面的N型漏區(qū)以外區(qū)域設(shè)有場氧化層，在柵氧化層的表面設(shè)有多 晶硅柵且多晶硅柵延伸至場氧化層的表面，在場氧化層、P型接觸區(qū)、N型源區(qū)、 多晶硅柵及N型漏區(qū)的表面設(shè)有氧化層，在N型源區(qū)、P型接觸區(qū)、多晶硅柵 和N型漏區(qū)上分別連接有金屬層，在P阱和N型漏區(qū)之間的N型摻雜半導(dǎo)體區(qū) 上設(shè)有上槽區(qū)，在N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)和埋氧化層的接觸的地方設(shè)有下槽區(qū)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明中的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的P 阱6和N型漏區(qū)10之間的N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7上設(shè)有上槽區(qū)13，在N型摻雜 半導(dǎo)體區(qū)7和埋氧化層8的接觸的地方設(shè)有下槽區(qū)14。在器件N型漏區(qū)10接高 電壓時，上槽區(qū)13和下槽區(qū)14可以輔助漂移區(qū)縱向耗盡，使得漂移區(qū)(圖中的 N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7)可以在更高濃度下完全耗盡且不增加漂移區(qū)中的橫向電場， 從而使得器件導(dǎo)通電阻大幅降低的同時擊穿電壓顯著提高，參照附圖3，可以看 出器件的擊穿電壓大大提高了。
(2) 本發(fā)明中的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的P 阱6和N型漏區(qū)10之間的N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7上表面設(shè)有上槽區(qū)13,它可以 承擔(dān)較大的橫向電壓，提高器件的總體耐壓。
(3) 本發(fā)明中的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的P阱6和N型漏區(qū)10之間的N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7上設(shè)有上槽區(qū)13，它可以承擔(dān) 較大的橫向電壓，因而可以在同樣的橫向擊穿電壓條件下，減小N型摻雜半導(dǎo) 體區(qū)7的長度，從而有效地減少了器件所占的面積，同時可以有效的降低器件導(dǎo) 通電阻，參照圖4，可以看到在相同的柵極電壓和漏極電壓條件下所述的器件的 漏極電流明顯增大，說明所述器件的導(dǎo)通電阻降低了。
(4)本發(fā)明中的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的 N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7和埋氧化層8的接觸的地方設(shè)有下槽區(qū)14，它可以將埋氧 層8上表面感應(yīng)的正電荷限制在漏區(qū)下方，防止因感應(yīng)的正電荷在橫向電場的作 用下被掃入N型源區(qū)11而與表面溝道一起形成"雙溝"現(xiàn)象。


圖1是沒有加上槽區(qū)13和下槽區(qū)14結(jié)構(gòu)的常規(guī)結(jié)構(gòu)的高壓N型絕緣體上 ,硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是加上槽區(qū)13和下槽區(qū)14結(jié)構(gòu)的高壓N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是沒有加上槽區(qū)13和下槽區(qū)14結(jié)構(gòu)的常規(guī)結(jié)構(gòu)的高壓N型絕緣體上 硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管和加上槽區(qū)13和下槽區(qū)14結(jié)構(gòu)的高壓 N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的擊穿電壓與外延硅層 厚度關(guān)系的模擬結(jié)果圖。
圖4是沒有加上槽區(qū)13和下槽區(qū)14結(jié)構(gòu)的常規(guī)結(jié)構(gòu)的高壓N型絕緣體上 硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管和加上槽區(qū)13和下槽區(qū)14結(jié)構(gòu)的高壓 N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極電流隨漏極電壓 變化的模擬結(jié)果圖(柵極電壓保持5V)。
具體實(shí)施例方式
參照圖2， 一種N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管， 包括半導(dǎo)體襯底9，在半導(dǎo)體襯底9上面設(shè)置有埋氧化層8，在埋氧化層8 上設(shè)有N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7，在N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7上設(shè)有P阱6和N型漏 區(qū)10，在P阱6上設(shè)有N型源區(qū)ll和P型接觸區(qū)12，在P阱6的表面設(shè)有柵氧化層3且柵氧化層3自P阱6延伸至N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7,在P阱6表面 的N型源區(qū)11、 P型接觸區(qū)12和柵氧化層3的以外區(qū)域及N型摻雜半導(dǎo)體區(qū) 7表面的N型漏區(qū)10以外區(qū)域設(shè)有場氧化層1，在柵氧化層3的表面設(shè)有多 晶硅柵4且多晶硅柵4延伸至場氧化層1的表面，在場氧化層1、 P型接觸區(qū) 12、 N型源區(qū)ll、多晶硅柵4及N型漏區(qū)10的表面設(shè)有氧化層5，在N型源 區(qū)ll、 P型接觸區(qū)12、多晶硅柵4和N型漏區(qū)10上分別連接有金屬層2，在 P阱6和N型漏區(qū)10之間的N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7上設(shè)有上槽區(qū)13,在N型 摻雜半導(dǎo)體區(qū)7和埋氧化層8的接觸的地方設(shè)有下槽區(qū)14。在本實(shí)施例中，
所述的上槽區(qū)13和下槽區(qū)14的位置上下完全對齊；
所述的上槽區(qū)13和下槽區(qū)14中填充的物質(zhì)為二氧化硅；
所述的上槽區(qū)13和下槽區(qū)14的形狀為矩形或梯形；
所述的上槽區(qū)13和下槽區(qū)14的左端距離柵氧化層3的右端大于0.5pm且 小于2#m，上槽區(qū)13和下槽區(qū)14的右端距離N型漏區(qū)10的左端大于0.5#m 且小于2//m;
所述的上槽區(qū)13和下槽區(qū)14深度介于N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)7總厚度的1/4 至1/3。
本發(fā)明采用如下方法來制備
1、選擇一塊N型的硅片，在表面熱生長一層薄氧化膜，淀積光刻膠，然后 利用一塊掩膜版進(jìn)行光刻，接著刻蝕出所需的一定寬度和深度的溝槽，再通過生 長墊氧、淀積氧化層的方法填滿溝槽，形成下槽區(qū)，最后用化學(xué)機(jī)械拋光法使其 平坦化。
2、取另一塊硅片熱生長氧化層，然后經(jīng)過拋光處理后與前一塊硅片在高溫 下完成鍵合。接著將第一塊硅片減薄、磨平，使之達(dá)到所需的絕緣體上硅有源層 厚度。
3、是常規(guī)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作，它包括P型阱注 入，N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)上表面的上槽區(qū)的刻蝕和二氧化硅的填充，場氧的制備， 柵氧的生長，刻蝕，多晶硅的淀積、刻蝕，然后就是高濃度源漏注入?yún)^(qū)和襯底接 觸注入?yún)^(qū)制備，最后是引線孔，鋁引線的制備及鈍化處理。
權(quán)利要求
1、一種N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括半導(dǎo)體襯底(9)，在半導(dǎo)體襯底(9)上面設(shè)置有埋氧化層(8)，在埋氧化層(8)上設(shè)有N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)，在N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)上設(shè)有P阱(6)和N型漏區(qū)(10)，在P阱(6)上設(shè)有N型源區(qū)(11)和P型接觸區(qū)(12)，在P阱(6)的表面設(shè)有柵氧化層(3)且柵氧化層(3)自P阱(6)延伸至N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)，在P阱(6)表面的N型源區(qū)(11)、P型接觸區(qū)(12)和柵氧化層(3)的以外區(qū)域及N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)表面的N型漏區(qū)(10)以外區(qū)域設(shè)有場氧化層(1)，在柵氧化層(3)的表面設(shè)有多晶硅柵(4)且多晶硅柵(4)延伸至場氧化層(1)的表面，在場氧化層(1)、P型接觸區(qū)(12)、N型源區(qū)(11)、多晶硅柵(4)及N型漏區(qū)(10)的表面設(shè)有氧化層(5)，在N型源區(qū)(11)、P型接觸區(qū)(12)、多晶硅柵(4)和N型漏區(qū)(10)上分別連接有金屬層(2)，其特征在于在P阱(6)和N型漏區(qū)(10)之間的N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)上設(shè)有上槽區(qū)(13)，在N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(7)和埋氧化層(8)的接觸的地方設(shè)有下槽區(qū)(14)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管，其特征在于所述的上槽區(qū)(13)和下槽區(qū)(14)的位置上下完全 對齊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管，其特征在于所述的上槽區(qū)(13)和下槽區(qū)(14)中填充的物質(zhì)為二 氧化硅。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管，其特征在于所述的上槽區(qū)(13)和下槽區(qū)(14)的形狀為矩形或梯 形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管，其特征在于所述的上槽區(qū)(13)和下槽區(qū)(14)的左端距離柵氧化 層(3)的右端大于0.5wm且小于2^am，上槽區(qū)(13)和下槽區(qū)(14)的右端 距離N型漏區(qū)(10)的左端大于0.5/mi且小于2;im。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管，其特征在于所述的上槽區(qū)(13)和下槽區(qū)(14)深度介于N型摻 雜半導(dǎo)體區(qū)(7)總厚度的1/4至1/3。
全文摘要
一種N型絕緣體上硅的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括襯底，其上設(shè)埋氧化層，埋氧化層上設(shè)N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)上設(shè)P阱和N型漏區(qū)，P阱上設(shè)N型源區(qū)和P型接觸區(qū)，P阱表面設(shè)柵氧化層且自P阱延伸至N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，P阱表面的N型源區(qū)、P型接觸區(qū)和柵氧化層以外區(qū)域及N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)表面的N型漏區(qū)以外區(qū)域設(shè)場氧化層，柵氧化層表面設(shè)多晶硅柵且延伸至場氧化層的表面，場氧化層、P型接觸區(qū)、N型源區(qū)、多晶硅柵及N型漏區(qū)的表面設(shè)氧化層，N型源區(qū)、P型接觸區(qū)、多晶硅柵和N型漏區(qū)上連金屬層，在P阱和N型漏區(qū)之間的N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)上設(shè)上槽區(qū)，在N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)和埋氧化層的接觸的地方設(shè)下槽區(qū)。
文檔編號H01L29/02GK101587910SQ20091003275
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者劉斯揚(yáng), 孫偉鋒, 申 徐, 時龍興, 錢欽松, 陸生禮 申請人:東南大學(xué)