專利名稱：垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件及其制造方法
垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，還涉及一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的制造方法。
背景技術(shù)：
垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)(VDMOS)器件的導(dǎo)通電阻Ron = Rcs+Rbs+Rch+Ra+Rj+Re+Rbd+Red ；其各部分的含義為Rcs為源極引線與N+源區(qū)接觸電阻； Rbs為源區(qū)串聯(lián)電阻；Rch為溝道電阻；Ra為柵電極正下方N-區(qū)表面積累層電阻；Rj為相鄰兩P阱間形成的J型管區(qū)電阻；Re為高阻外延層的導(dǎo)通電阻；Rbd為漏極N+層(即襯底)的導(dǎo)通電阻；Red為漏極接觸電阻。VDMOS器件正常工作時的功耗主要來自器件的導(dǎo)通電阻， 導(dǎo)通電阻越大，VDMOS器件功耗越大，器件的使用局限性也就越大，器件的性能也就越差，為提高器件的性能需要盡可能低的導(dǎo)通電阻。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種低導(dǎo)通電阻的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件。一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，包括如下結(jié)構(gòu)襯底；外延層，設(shè)于所述襯底上；阱區(qū)，由所述外延層背對襯底的一面延伸至外延層內(nèi)部；源區(qū)，由所述阱區(qū)表面延伸至內(nèi)部；柵氧層，設(shè)于所述外延層上且僅覆蓋外延層的一部分；柵極區(qū)，設(shè)于所述柵氧層上；玻璃層，設(shè)于所述柵極區(qū)和所述阱區(qū)上，且僅覆蓋所述柵極區(qū)和阱區(qū)的一部分； 以及金屬電極層，覆蓋于所述外延層、柵極區(qū)及玻璃層上；所述外延層包括設(shè)于所述襯底上的第一外延層和設(shè)于所述第一外延層上的第二外延層；所述第一外延層的多數(shù)載流子濃度小于所述第二外延層的多數(shù)載流子濃度。優(yōu)選的，所述襯底的多數(shù)載流子濃度大于所述第二外延層的多數(shù)載流子濃度。優(yōu)選的，所述襯底、外延層及源區(qū)均為N型，所述阱區(qū)為P型。優(yōu)選的，所述襯底和外延層的材料為硅，所述柵氧層的材料為二氧化硅，所述柵極區(qū)的材料為多晶硅，所述玻璃層的材料為磷硅玻璃或硼磷硅玻璃，所述金屬電極層的材料為鋁或鋁硅。優(yōu)選的，所述阱區(qū)包括靠近所述外延層表面的淺結(jié)區(qū)和靠近所述襯底的深阱區(qū)。還有必要提供一種上述垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的制造方法。一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的制造方法，包括下列步驟在N 型的襯底上外延生長N型的外延層；在所述外延層內(nèi)摻雜形成P型區(qū)；在所述外延層上熱氧化生長柵氧層，所述柵氧層僅覆蓋外延層的一部分；在所述柵氧層上淀積形成柵極區(qū)； 對所述P型區(qū)進(jìn)行推進(jìn)，并通過摻雜工藝在所述外延層內(nèi)形成阱區(qū)；通過摻雜在所述阱區(qū)內(nèi)形成N型的源區(qū)；在所述柵極區(qū)和阱區(qū)上淀積形成玻璃層，所述玻璃層且僅覆蓋所述柵極區(qū)和阱區(qū)的一部分；在所述外延層、柵極區(qū)及玻璃層上淀積形成金屬電極層；所述在N型的襯底上外延生長N型的外延層的步驟，是在所述襯底上外延生長第一外延層，在所述第一外延層上外延生長第二外延層；所述第一外延層的多數(shù)載流子濃度小于所述第二外延層的多數(shù)載流子濃度。優(yōu)選的，所述襯底的多數(shù)載流子濃度大于所述第二外延層的多數(shù)載流子濃度。優(yōu)選的，所述襯底和外延層的材料為硅，所述柵氧層的材料為二氧化硅，所述柵極區(qū)的材料為多晶硅，所述玻璃層的材料為磷硅玻璃或硼磷硅玻璃，所述金屬電極層的材料為鋁或鋁硅。上述垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，采用多層外延的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整外延層的濃度關(guān)系，在保證器件耐壓的基礎(chǔ)上降低了器件的導(dǎo)通電阻。

圖1是一實(shí)施例中步驟SllO完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖；圖2是一實(shí)施例中步驟S120完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖；圖3是一實(shí)施例中步驟S140完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖；圖4是一實(shí)施例中步驟S150完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖；圖5是一實(shí)施例中步驟S160完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖；圖6是一實(shí)施例中步驟S170完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖；圖7是一實(shí)施例中垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖；圖8是一實(shí)施例中垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的制造方法的流程圖。
具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。圖7是一實(shí)施例中垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖。該VDMOS 器件包括襯底10，設(shè)于襯底10上的外延層(外延層包括層疊的第一外延層20和第二外延層30，其中第一外延層20靠近襯底10)，由外延層背對襯底的一面延伸至外延層內(nèi)部的阱區(qū)40，由阱區(qū)40表面延伸至阱區(qū)40內(nèi)部的源區(qū)70，設(shè)于第二外延層30上且僅覆蓋第二外延層30的一部分的柵氧層50，設(shè)于柵氧層50上的柵極區(qū)60，設(shè)于柵極區(qū)60和阱區(qū)40上、 且僅覆蓋柵極區(qū)60和阱區(qū)40的一部分的玻璃層80，以及覆蓋于外延層、柵極區(qū)60及玻璃層80上的金屬電極層90。第一外延層20的多數(shù)載流子濃度小于第二外延層30的多數(shù)載流子濃度。本實(shí)施例中的器件為P型阱，N型源區(qū)的結(jié)構(gòu)。外延層為N型外延層，即第一外延層20為N-外延層，第二外延層30為N+外延層。采用該結(jié)構(gòu)可以降低柵電極正下方外延層表面積累層電阻Ra，以及兩相鄰阱區(qū)40間形成的J型管區(qū)電阻Rj。另外第一外延層20 為低濃度的N-外延層，可以提高器件的耐壓。在優(yōu)選的實(shí)施例中，襯底10為高濃度的N++襯底，襯底10的多數(shù)載流子濃度大于第二外延層30的多數(shù)載流子濃度，這樣可以進(jìn)一步降低器件的導(dǎo)通電阻。阱區(qū)40包括靠近外延層表面的淺結(jié)區(qū)(附圖中以填充斜杠來標(biāo)示)和靠近襯底 10的深阱區(qū)。阱區(qū)40的阱深可以大于、小于或等于第二外延層30的厚度。襯底10和外延層的材料為硅，柵氧層50的材料為二氧化硅，柵極區(qū)60的材料為多晶硅，玻璃層80的材料為磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)，金屬電極層90的材料為鋁或鋁硅。在一個實(shí)施例中，襯底10的電阻率為0. 018歐姆 厘米，第一外延層20的電阻率為21歐姆·厘米，第二外延層的電阻率為12歐姆·厘米。器件的導(dǎo)通電阻比傳統(tǒng)技術(shù)低 10%左右。圖8是一實(shí)施例中垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的制造方法的流程圖。Sl 10，在N型的襯底10上外延生長N型的外延層。圖1是一實(shí)施例中步驟SllO完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖。外延層包括第一外延層20和第二外延層30。在襯底10上外延生長第一外延層 20，再在第一外延層20上外延生長第二外延層30。第一外延層20的多數(shù)載流子濃度小于第二外延層30的多數(shù)載流子濃度。在優(yōu)選的實(shí)施例中，襯底10的多數(shù)載流子濃度大于第二外延層20的多數(shù)載流子濃度。S120，在外延層內(nèi)摻雜形成P型區(qū)42。摻雜可以使用離子注入等工藝。圖2是一實(shí)施例中步驟S120完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖。S130，在外延層上熱氧化生長柵氧層50。S140，在柵氧層50上淀積形成柵極區(qū)60。圖3是一實(shí)施例中步驟S140完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖。S150，對P型區(qū)42進(jìn)行推進(jìn)(drive in)，并通過摻雜工藝在外延層內(nèi)形成阱區(qū)40。阱區(qū)40包括靠近外延層表面的淺結(jié)區(qū)(附圖中以填充斜杠來標(biāo)示)和靠近襯底 10的深阱區(qū)，深阱區(qū)由P型區(qū)42推進(jìn)后形成。摻雜可以使用離子注入等工藝。圖4是一實(shí)施例中步驟S150完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖。S160，通過摻雜工藝在阱區(qū)40內(nèi)形成N型的源區(qū)70。圖5是一實(shí)施例中步驟S160 完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖。S170，在柵極區(qū)60和阱區(qū)40上淀積形成玻璃層80。圖6是一實(shí)施例中步驟S170 完成后垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖。S180，在柵極區(qū)60和阱區(qū)40上淀積形成玻璃層80。在外延層、柵極區(qū)60及玻璃層80上淀積形成金屬電極層90。圖7是一實(shí)施例中垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的剖面圖，也即步驟S180完成后的剖面圖。襯底10和外延層的材料為硅，柵氧層50的材料為二氧化硅，柵極區(qū)60的材料為多晶硅，玻璃層80的材料為磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)，金屬電極層90的材料為鋁或鋁硅。上述垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，采用多層外延的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整外延層的濃度關(guān)系，在保證器件耐壓的基礎(chǔ)上降低了器件的導(dǎo)通電阻。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，包括如下結(jié)構(gòu) 襯底；外延層，設(shè)于所述襯底上；阱區(qū)，由所述外延層背對襯底的一面延伸至外延層內(nèi)部； 源區(qū)，由所述阱區(qū)表面延伸至內(nèi)部； 柵氧層，設(shè)于所述外延層上且僅覆蓋外延層的一部分； 柵極區(qū)，設(shè)于所述柵氧層上；玻璃層，設(shè)于所述柵極區(qū)和所述阱區(qū)上，且僅覆蓋所述柵極區(qū)和阱區(qū)的一部分；以及金屬電極層，覆蓋于所述外延層、柵極區(qū)及玻璃層上；其特征在于，所述外延層包括設(shè)于所述襯底上的第一外延層和設(shè)于所述第一外延層上的第二外延層；所述第一外延層的多數(shù)載流子濃度小于所述第二外延層的多數(shù)載流子濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，其特征在于，所述襯底的多數(shù)載流子濃度大于所述第二外延層的多數(shù)載流子濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，其特征在于，所述襯底、外延層及源區(qū)均為N型，所述阱區(qū)為P型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，其特征在于，所述襯底和外延層的材料為硅，所述柵氧層的材料為二氧化硅，所述柵極區(qū)的材料為多晶硅， 所述玻璃層的材料為磷硅玻璃或硼磷硅玻璃，所述金屬電極層的材料為鋁或鋁硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，其特征在于，所述阱區(qū)包括靠近所述外延層表面的淺結(jié)區(qū)和靠近所述襯底的深阱區(qū)。
6.一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的制造方法，包括下列步驟 在N型的襯底上外延生長N型的外延層；在所述外延層內(nèi)摻雜形成P型區(qū)；在所述外延層上熱氧化生長柵氧層，所述柵氧層僅覆蓋外延層的一部分； 在所述柵氧層上淀積形成柵極區(qū)；對所述P型區(qū)進(jìn)行推進(jìn)，并通過摻雜工藝在所述外延層內(nèi)形成阱區(qū)； 通過摻雜在所述阱區(qū)內(nèi)形成N型的源區(qū)；在所述柵極區(qū)和阱區(qū)上淀積形成玻璃層，所述玻璃層且僅覆蓋所述柵極區(qū)和阱區(qū)的一部分；在所述外延層、柵極區(qū)及玻璃層上淀積形成金屬電極層；其特征在于，所述在N型的襯底上外延生長N型的外延層的步驟，是在所述襯底上外延生長第一外延層，在所述第一外延層上外延生長第二外延層；所述第一外延層的多數(shù)載流子濃度小于所述第二外延層的多數(shù)載流子濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的制造方法，其特征在于，所述襯底的多數(shù)載流子濃度大于所述第二外延層的多數(shù)載流子濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件的制造方法，其特征在于，所述襯底和外延層的材料為硅，所述柵氧層的材料為二氧化硅，所述柵極區(qū)的材料為多晶硅，所述玻璃層的材料為磷硅玻璃或硼磷硅玻璃，所述金屬電極層的材料為鋁或鋁娃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，包括如下結(jié)構(gòu)襯底；外延層，設(shè)于襯底上；阱區(qū)，由外延層背對襯底的一面延伸至外延層內(nèi)部；源區(qū)，由阱區(qū)表面延伸至內(nèi)部；柵氧層，設(shè)于外延層上且僅覆蓋外延層的一部分；柵極區(qū)，設(shè)于柵氧層上；玻璃層，設(shè)于柵極區(qū)和阱區(qū)上，且僅覆蓋柵極區(qū)和阱區(qū)的一部分；以及金屬電極層，覆蓋于外延層、柵極區(qū)及玻璃層上；外延層包括設(shè)于襯底上的第一外延層和設(shè)于第一外延層上的第二外延層；第一外延層的多數(shù)載流子濃度小于第二外延層的多數(shù)載流子濃度。上述垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)器件，采用多層外延的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整外延層的濃度關(guān)系，在保證器件耐壓的基礎(chǔ)上降低了器件的導(dǎo)通電阻。
文檔編號H01L21/336GK102254937SQ20111022620
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者劉宗賀 申請人:深圳深愛半導(dǎo)體股份有限公司