一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，公開了一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其包括側(cè)絕緣層，所述側(cè)絕緣層位于漂移區(qū)的側(cè)面，沿縱向延伸，且在延伸方向上的橫向?qū)挾炔幌嗤?。通過設(shè)置位于所述側(cè)絕緣層側(cè)面的源極，可以輔助耗盡器件的漂移區(qū)，提高擊穿電壓，并在一定的擊穿電壓條件下，使更高摻雜濃度的漂移區(qū)耗盡，降低器件的比導(dǎo)通電阻。側(cè)絕緣層在橫向?qū)挾茸兓庍€可以產(chǎn)生新的電場(chǎng)峰，增強(qiáng)橫向電場(chǎng)的調(diào)制效應(yīng)，進(jìn)一步提高擊穿電壓。同時(shí)，橫向?qū)挾容^寬的側(cè)絕緣層可以獲得大的擊穿電壓。在滿足一定擊穿電壓的條件下，橫向?qū)挾容^窄的側(cè)絕緣層有利于使更高摻雜濃度的漂移區(qū)耗盡，降低比導(dǎo)通電阻，實(shí)現(xiàn)了擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻的更好折衷。
【專利說明】一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是涉及一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效 應(yīng)管。

【背景技術(shù)】
[0002] 功率場(chǎng)效應(yīng)管是在場(chǎng)效應(yīng)管集成電路工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代半導(dǎo)體功率 開關(guān)器件。其中，垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor，簡(jiǎn)稱VDM0S)因其具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、工作頻率高、 電壓控制、熱穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已在開關(guān)穩(wěn)態(tài)電源、高頻加熱、計(jì)算機(jī)接口電路 以及功率放大器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 如圖1所示，現(xiàn)有的VDM0S包括：半導(dǎo)體襯底100 ;形成在半導(dǎo)體襯底100正面的 漂移區(qū)101 ;依次形成在漂移區(qū)101表面上的柵絕緣層106和柵極107 ;依次形成在漂移區(qū) 101表面的基區(qū)103和位于基區(qū)103內(nèi)的源區(qū)104,基區(qū)103和源區(qū)104位于柵極107的兩 偵h形成在源區(qū)1〇4表面的源極金屬層105 ;形成在半導(dǎo)體襯底100背面的漏極金屬層108。
[0004] 為了滿足功率開關(guān)的功能，VDM0S應(yīng)當(dāng)滿足兩個(gè)重要的要求：低的導(dǎo)通電阻和高 的擊穿電壓。前者需要承擔(dān)擊穿電壓的漂移區(qū)為高摻雜，而后者需要漂移區(qū)為低摻雜。因 此，VDM0S的反向擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻存在矛盾關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，用以解決不能同時(shí)保證 VDM0S具有高的擊穿電壓和低的比導(dǎo)通電阻的問題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管， 包括：
[0007] 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括正面及與所述正面相對(duì)的背面；
[0008] 漂移區(qū)，位于所述半導(dǎo)體襯底的正面；
[0009] 柵極結(jié)構(gòu)，位于所述漂移區(qū)的表面，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵絕緣層和柵極，所述柵絕 緣層位于所述柵極和漂移區(qū)之間，以及所述柵極和源極之間；
[0010] 基區(qū)和源區(qū)，位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的漂移區(qū)表面，所述源區(qū)位于所述基區(qū)內(nèi)；
[0011] 源極，位于所述源區(qū)的表面；
[0012] 漏極，位于所述半導(dǎo)體襯底的背面，其中，所述垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效 應(yīng)管還包括：
[0013] 側(cè)絕緣層，位于所述漂移區(qū)的側(cè)面，所述側(cè)絕緣層沿縱向延伸，且在延伸方向上的 橫向?qū)挾炔幌嗤?br> [0014] 所述源極還位于所述側(cè)絕緣層的側(cè)面。
[0015] 優(yōu)選的，所述側(cè)絕緣層從所述半導(dǎo)體襯底的正面一側(cè)到背面一側(cè)的橫向?qū)挾纫来?遞增。
[0016] 優(yōu)選的，所述側(cè)絕緣層為階梯結(jié)構(gòu)或梯形結(jié)構(gòu)。
[0017] 優(yōu)選的，所述側(cè)絕緣層為氧化層、氮化硅層或氮氧化硅層。
[0018] 優(yōu)選的，所述源極為重?fù)诫s的多晶硅。
[0019] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：
[0020] 上述技術(shù)方案中，通過在漂移區(qū)的側(cè)面形成沿縱向延伸的側(cè)絕緣層，并設(shè)置源極 覆蓋側(cè)絕緣層的側(cè)面，從而源極和柵極之間的電場(chǎng)可以輔助耗盡側(cè)面的漂移區(qū)，提高擊穿 電壓，并在一定的擊穿電壓條件下，使更高摻雜濃度的漂移區(qū)耗盡，降低比導(dǎo)通電阻。通過 設(shè)置側(cè)絕緣層在延伸方向上的橫向?qū)挾炔幌嗤?，可以產(chǎn)生新的電場(chǎng)峰，增強(qiáng)橫向電場(chǎng)的調(diào) 制效應(yīng)，進(jìn)一步提高擊穿電壓。同時(shí)，橫向?qū)挾容^寬的側(cè)絕緣層可以獲得大的擊穿電壓。在 滿足一定擊穿電壓的條件下，橫向?qū)挾容^窄的側(cè)絕緣層有利于使更高摻雜濃度的漂移區(qū)耗 盡，降低比導(dǎo)通電阻。由此側(cè)絕緣層在延伸方向上的橫向?qū)挾炔幌嗤?，可以?shí)現(xiàn)擊穿電壓與 比導(dǎo)通電阻的更好折衷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中VDM0S的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2表示本發(fā)明實(shí)施例中VDM0S的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0024] 圖3表示本發(fā)明實(shí)施例中VDM0S的結(jié)構(gòu)示意圖二。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí) 施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0026] 為了滿足功率開關(guān)的功能，VDM0S應(yīng)當(dāng)滿足兩個(gè)重要的要求：低的導(dǎo)通電阻和高 的擊穿電壓。前者需要承擔(dān)擊穿電壓的漂移區(qū)為高摻雜，而后者需要漂移區(qū)為低摻雜。因 此，VDM0S的擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間存在矛盾關(guān)系。
[0027] 而本發(fā)明為了克服擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間的矛盾關(guān)系，實(shí)現(xiàn)擊穿電壓與比導(dǎo) 通電阻更好的折衷，提供一種VDM0S，其包括 ：
[0028] 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括正面及與所述正面相對(duì)的背面；
[0029] 漂移區(qū)，位于所述半導(dǎo)體襯底的正面；
[0030] 柵極結(jié)構(gòu)，位于所述漂移區(qū)的表面，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵絕緣層和柵極，所述柵絕 緣層位于所述柵極和漂移區(qū)之間，以及所述柵極和源極之間；
[0031] 基區(qū)和源區(qū)，位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的漂移區(qū)內(nèi)，所述源區(qū)位于所述基區(qū)內(nèi)；
[0032] 側(cè)絕緣層，位于所述漂移區(qū)的側(cè)面，所述側(cè)絕緣層沿縱向延伸，且在延伸方向上的 橫向?qū)挾炔幌嗤?br> [0033] 源極和漏極，所述源極位于所述源區(qū)的表面和所述側(cè)絕緣層的側(cè)面，所述漏極位 于所述半導(dǎo)體襯底的背面。
[0034] 其中，所述半導(dǎo)體襯底為低阻重?fù)诫s，所述漂移區(qū)為高阻輕摻雜，兩者的導(dǎo)電類型 相同。所述漂移區(qū)由生長(zhǎng)在所述半導(dǎo)體襯底正面的外延層構(gòu)成。
[0035] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，在漂移區(qū)的側(cè)面形成沿縱向延伸的側(cè)絕緣層，并設(shè)置源極 覆蓋側(cè)絕緣層的表面，從而源極和柵極之間的電場(chǎng)可以輔助耗盡側(cè)面的漂移區(qū)，提高擊穿 電壓，并在一定的擊穿電壓條件下，使更高摻雜濃度的漂移區(qū)耗盡，降低導(dǎo)通電阻。通過設(shè) 置側(cè)絕緣層在延伸方向上的橫向?qū)挾炔幌嗤?，有窄有寬，使得?cè)絕緣層在橫向?qū)挾茸兓?可以產(chǎn)生新的電場(chǎng)峰值，調(diào)制VDM0S高阻漂移區(qū)的電場(chǎng)分布，增強(qiáng)橫向電場(chǎng)的調(diào)制效應(yīng)，獲 得一個(gè)更加均勻的電場(chǎng)分布，進(jìn)一步提高擊穿電壓。同時(shí)，橫向?qū)挾容^寬的側(cè)絕緣層可以獲 得大的擊穿電壓。在滿足一定擊穿電壓的條件下，橫向?qū)挾容^窄的側(cè)絕緣層有利于使更高 摻雜濃度的漂移區(qū)耗盡，降低比導(dǎo)通電阻。由此側(cè)絕緣層在延伸方向上的橫向?qū)挾炔幌嗤?可以實(shí)現(xiàn)擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻的更好折衷。
[0036] 需要說明的是，為便于描述，本發(fā)明中定義半導(dǎo)體襯底的正面和背面的延伸方向 為橫向。對(duì)于其他結(jié)構(gòu)，其與半導(dǎo)體襯底的正面相對(duì)的面為表面，位于其表面與半導(dǎo)體襯底 的正面之間的面為側(cè)面。
[0037] 為了便于工藝制作，本實(shí)施例中的側(cè)絕緣層從所述半導(dǎo)體襯底的正面一側(cè)到背面 一側(cè)的橫向?qū)挾纫来芜f增，具體可以為階梯結(jié)構(gòu)或梯形結(jié)構(gòu)。從而側(cè)絕緣層的底部可以獲 得大的擊穿電壓；在滿足一定擊穿電壓的條件下，側(cè)絕緣層的頂部有利于使更高摻雜濃度 的漂移區(qū)耗盡，降低比導(dǎo)通電阻。
[0038] 其中，側(cè)絕緣層可以選擇氧化物、氮氧化硅、氮氧化硅或其他絕緣材料。
[0039] 當(dāng)側(cè)絕緣層為氧化層時(shí)，形成側(cè)絕緣層和源極的具體工藝過程可以為：
[0040] 首先，在所述半導(dǎo)體襯底正面的外延層上刻蝕深溝槽，所述深溝槽環(huán)繞所述漂移 區(qū)的外圍；
[0041] 之后，在所述深溝槽內(nèi)生長(zhǎng)厚氧化層，具體可以通過熱氧化法、化學(xué)氣相沉積法或 物理氣相沉積法方法在所述深溝槽內(nèi)生長(zhǎng)厚氧化層；
[0042] 然后，刻蝕所述厚氧化層的外側(cè)，形成頂部窄底部寬的結(jié)構(gòu)，如：階梯結(jié)構(gòu)，形成所 需的側(cè)絕緣層；
[0043] 最后，用重?fù)诫s的多晶硅(或其他導(dǎo)電材料）完全填充外延層和側(cè)絕緣層之間的空 隙，形成源極。
[0044] 其中，所述側(cè)絕緣層的厚度、長(zhǎng)度、距離半導(dǎo)體襯底的距離、較寬側(cè)絕緣層部分的 位置和側(cè)絕緣層階梯的個(gè)數(shù)根據(jù)器件所要求的擊穿特性等做適當(dāng)選擇。
[0045] 下面以N溝道的VDM0S為例來具體介紹本發(fā)明實(shí)施例中VDM0S的結(jié)構(gòu)。
[0046] 結(jié)合圖2和圖3所示，其包括：
[0047] N型重?fù)诫s硅半導(dǎo)體襯底8,當(dāng)然，也可以用碳化硅、砷化鎵、磷化銦、或者鍺硅等 半導(dǎo)體代替體硅；
[0048] 位于半導(dǎo)體襯底8正面的N型輕摻雜漂移區(qū)6 ;
[0049] 位于漂移區(qū)6表面的柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)包括柵絕緣層2和柵極3,其中，柵絕緣層 2位于柵極3和漂移區(qū)6之間，以及柵極3和源極1之間；
[0050] P型基區(qū)5和N型重?fù)诫s源區(qū)4,位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的漂移區(qū)6表面，源區(qū)4 位于基區(qū)5內(nèi)；
[0051] 位于漂移區(qū)6側(cè)面的側(cè)絕緣層7,側(cè)絕緣層7沿縱向延伸，且橫向?qū)挾炔幌嗤?如：側(cè)絕緣層7可以為階梯結(jié)構(gòu)，如圖2所示，也可以為梯形結(jié)構(gòu)，如圖3所示，或其他類似 結(jié)構(gòu)；
[0052] 位于源區(qū)4和側(cè)絕緣層7表面的源極1 ;
[0053] 位于半導(dǎo)體襯底8背面的漏極9。
[0054] 當(dāng)然，本發(fā)明中的VDM0S也可以為P溝道，其結(jié)構(gòu)與N溝道VDM0S相同，在此不再 詳述。
[0055] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，包括： 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括正面及與所述正面相對(duì)的背面； 漂移區(qū)，位于所述半導(dǎo)體襯底的正面； 柵極結(jié)構(gòu)，位于所述漂移區(qū)的表面，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵絕緣層和柵極，所述柵絕緣層 位于所述柵極和漂移區(qū)之間，以及所述柵極和源極之間； 基區(qū)和源區(qū)，位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的漂移區(qū)表面，所述源區(qū)位于所述基區(qū)內(nèi)； 源極，位于所述源區(qū)的表面； 漏極，位于所述半導(dǎo)體襯底的背面，其特征在于，所述垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng) 效應(yīng)管還包括： 側(cè)絕緣層，位于所述漂移區(qū)的側(cè)面，所述側(cè)絕緣層沿縱向延伸，且在延伸方向上的橫向 覽度不相問； 所述源極還位于所述側(cè)絕緣層的側(cè)面。
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(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述 側(cè)絕緣層從所述半導(dǎo)體襯底的正面一側(cè)到背面一側(cè)的橫向?qū)挾纫来芜f增。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述 側(cè)絕緣層為階梯結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述 側(cè)絕緣層為梯形結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在 于，所述側(cè)絕緣層為氧化層、氮化硅層或氮氧化硅層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在 于，所述源極為重?fù)诫s的多晶硅。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104112773SQ201410016090
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】段寶興, 馬劍沖, 董超, 范瑋, 朱樟明, 楊銀堂 申請(qǐng)人:西安后羿半導(dǎo)體科技有限公司, 西安電子科技大學(xué)