一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(VDMOS)因具有開關(guān)損耗小、輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、頻率特性好、跨導(dǎo)高度線性等優(yōu)點(diǎn)，被越來越廣泛地應(yīng)用在模擬電路和驅(qū)動電路中，尤其是高壓功率部分。
[0003]如圖1所示，為傳統(tǒng)的VDMOS器件的結(jié)構(gòu)剖面圖，包括N型半導(dǎo)體襯底101，位于襯底101上方的漂移層102，位于漂移層102表面的柵極G，柵極G包括柵氧化層105及依次位于柵氧化層105上方的多晶娃層106和柵極金屬層107,位于柵極G兩側(cè)漂移層102內(nèi)的P型阱區(qū)103，位于P型阱區(qū)103內(nèi)的N型源區(qū)104，位于N型源區(qū)104表面的源極金屬層108以及位于襯底100背面的漏極金屬層109。傳統(tǒng)的VDMOS器件的導(dǎo)通電阻主要是漂移層102的電阻，漂移層102的耐壓能力由其厚度和摻雜濃度決定。為了降低導(dǎo)通電阻，需要減薄VDMOS漂移層102的厚度，或者提高漂移層102的摻雜濃度，但這會導(dǎo)致VDMOS耐壓的降低。傳統(tǒng)的VDMOS的導(dǎo)通電阻隨耐壓的增長受硅極限的限制，稱為“硅限”，導(dǎo)通電阻隨著耐壓成2.5次方的關(guān)系增加。由此可見，傳統(tǒng)VDMOS器件具有導(dǎo)通電阻高的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于此，本發(fā)明提供了一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法，以降低器件的導(dǎo)通電阻。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制作方法，包括如下步驟:
[0007]提供第一導(dǎo)電類型襯底；
[0008]在所述第一導(dǎo)電類型襯底上方形成第一外延層，所述第一外延層的導(dǎo)電類型為第一導(dǎo)電類型，所述第一外延層具有第一電阻率；
[0009]在所述第一外延層上方形成交替相間的第一導(dǎo)電類型柱區(qū)和第二導(dǎo)電類型柱區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)位于所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)的兩側(cè)，所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)具有第二電阻率，所述第二電阻率小于所述第一電阻率；
[0010]在所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)上方形成第三外延層，所述第三外延層的導(dǎo)電類型為第一導(dǎo)電類型，所述第三外延層具有第三電阻率，以及在所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)上方形成第二導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)與所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)相連，所述第三電阻率等于所述第二電阻率；
[0011 ] 在所述第三外延層上表面形成柵極區(qū)；
[0012]在所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)形成第一導(dǎo)電類型源區(qū)；
[0013]在所述柵極區(qū)上方形成柵極金屬層，在所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)上方形成源極金屬層，在所述第一導(dǎo)電類型襯底下方形成漏極金屬層。
[0014]進(jìn)一步地，所述第一外延層的厚度為10?30微米，所述第一電阻率為5?20歐姆.厘米，所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)的厚度為15?40微米，所述第二電阻率為2?10歐姆.厘米。
[0015]進(jìn)一步地，所述第三外延層的厚度為5?10微米，所述第三外延層的摻雜離子類型和摻雜濃度與所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)相同。
[0016]進(jìn)一步地，所述形成交替相間的第一導(dǎo)電類型柱區(qū)和第二導(dǎo)電類型柱區(qū)的方法為多次外延法或深槽外延法。
[0017]進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電類型為N型，所述第二導(dǎo)電類型為P型；或所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
[0018]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，所述場效應(yīng)管包括:
[0019]第一導(dǎo)電類型襯底；
[0020]位于所述第一導(dǎo)電類型襯底下方的漏極金屬層；
[0021]位于所述第一導(dǎo)電類型襯底上方的第一外延層，所述第一外延層的導(dǎo)電類型為第一導(dǎo)電類型，所述第一外延層具有第一電阻率，所述第一電阻率為5?20歐姆.厘米；
[0022]位于所述第一外延層上方的交替相間的第一導(dǎo)電類型柱區(qū)和第二導(dǎo)電類型柱區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)位于所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)的兩側(cè)，所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)具有第二電阻率，所述第二電阻率小于所述第一電阻率；
[0023]位于所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)上方的第三外延層，所述第三外延層的導(dǎo)電類型為第一導(dǎo)電類型，所述第三外延層具有第三電阻率，所述第三電阻率等于所述第二電阻率，以及位于所述第三外延層表面的柵極區(qū)和柵極金屬層；
[0024]位于所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)上方的第二導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)與所述第二導(dǎo)電類型柱區(qū)相連；
[0025]位于所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電類型源區(qū)，以及位于所述第一導(dǎo)電類型源區(qū)表面的源極金屬層。
[0026]進(jìn)一步地，所述第一外延層的厚度為10?30微米，所述第一電阻率為5?20歐姆.厘米，所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)的厚度為15?40微米，所述第二電阻率為2?10歐姆.厘米。
[0027]進(jìn)一步地，所述第三外延層的厚度為5?10微米，所述第三外延層的摻雜離子類型和摻雜濃度與所述第一導(dǎo)電類型柱區(qū)相同。
[0028]進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電類型為N型，所述第二導(dǎo)電類型為P型；或所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是:
[0030]本發(fā)明提供的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法，與傳統(tǒng)的VDMOS器件相比，通過增加第二外延層，并在其內(nèi)部生成交替相間的第一導(dǎo)電類型柱區(qū)和第二導(dǎo)電類型柱區(qū)，引入了橫向電場，使得器件柱區(qū)在較小的關(guān)斷電壓下即可完全耗盡，擊穿電壓僅與柱區(qū)厚度及臨界電場有關(guān)，打破了傳統(tǒng)VDMOS器件的“硅限”，使導(dǎo)通電阻隨耐壓的升高緩慢增加。因此，在相同的耐壓下，柱區(qū)的摻雜濃度可以提高一個(gè)數(shù)量級，大大降低了導(dǎo)通電阻；同時(shí)在第二外延層和第一導(dǎo)電類型襯底之間形成第一外延層，作為低壓VDMOS的漂移層，其導(dǎo)通電阻很小，在器件厚度不變的條件下，進(jìn)一步降低了器件總的導(dǎo)通電阻。
【附圖說明】
[0031]下面將通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明或現(xiàn)有技術(shù)的示例性實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中:
[0032]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)VDMOS器件的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制作流程圖；
[0035]圖4a為圖3所示步驟SI中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0036]圖4b為圖3所示步驟S2中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0037]圖4c為圖3所示步驟S3中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖一；
[0038]圖4d為圖3所示步驟S3中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖二 ；
[0039]圖4e為圖3所示步驟S3中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖一；
[0040]圖4f為圖3所示步驟S3中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖二 ；
[0041]圖4g為圖3所示步驟S4中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0042]圖4h為圖3所示步驟S5中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0043]圖4i為圖3所示步驟S6中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0044]圖4j為圖3所示步驟S7中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下將參照本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，通過實(shí)施方式清楚、完整地描述本發(fā)明的技術(shù)方案，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0046]本發(fā)明中第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型；或第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。為了便于描述，本發(fā)明實(shí)施例提供的結(jié)構(gòu)中第一導(dǎo)電類型襯底為N型襯底，第一導(dǎo)電類型的第一外延層為N型第一外延層，第一導(dǎo)電類型柱區(qū)為N型柱區(qū)，第二導(dǎo)電類型柱區(qū)為P型柱