超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，公開了一種超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法。該SJ-LDMOS的有源區(qū)包括橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)和形成在橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)下方的埋區(qū)，通過設(shè)置埋區(qū)與半導(dǎo)體襯底的導(dǎo)電類型不同，從而半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)可以同時(shí)輔助耗盡橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)，補(bǔ)償了襯底輔助效應(yīng)造成的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷不平衡，可以獲得較高的橫向擊穿電壓。同時(shí)，半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)之間的PN結(jié)向半導(dǎo)體襯底的表面和縱向方向各引入了一個(gè)高電場峰，可以通過電場調(diào)制效應(yīng)得到更均勻的橫向和縱向電場分布，因而可以獲得更高的橫向和縱向擊穿電壓。
【專利說明】超結(jié)橫向雙擴(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)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是涉及一種超結(jié)橫向雙擴(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] 橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（Lateral Double-diffused M0SFET，簡 稱LDM0S)由于具有易于與低壓器件集成等優(yōu)點(diǎn)，而成為智能功率集成電路和片上系統(tǒng)設(shè) 計(jì)中的關(guān)鍵器件。其主要特征在于基區(qū)和漏區(qū)之間加入一段相對較長的輕摻雜漂移區(qū)，該 漂移區(qū)的摻雜類型與漏區(qū)一致，通過加入漂移區(qū)，可以起到分擔(dān)擊穿電壓的作用，提高了 LDM0S的擊穿電壓。LDM0S的優(yōu)化目標(biāo)是低的導(dǎo)通電阻，使傳導(dǎo)損失最小化。
[0003] 超結(jié)（super junction)結(jié)構(gòu)是交替排列的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)，如果用超結(jié)結(jié)構(gòu) 來取代LDM0S的漂移區(qū)，就形成了超結(jié)LDM0S，簡稱SJ-LDM0S。理論上，超結(jié)結(jié)構(gòu)通過N型 柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷平衡能夠得到高的擊穿電壓，而通過重?fù)诫s的N型柱區(qū)和P型 柱區(qū)可以獲得很低的導(dǎo)通電阻，因此，超結(jié)器件可以在擊穿電壓和導(dǎo)通電阻兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù) 之間取得一個(gè)很好的折衷。
[0004] 但是對于SJ-LDM0S，由于襯底輔助耗盡N型柱(或P型柱)，使得器件擊穿時(shí)，P型 柱(或N型柱)不能完全耗盡，打破了 N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷平衡，降低了 SJ-LDM0S 器件的橫向擊穿電壓。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明提供一種超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法，用以 解決襯底輔助耗盡效應(yīng)降低了 SJ-LDM0S的橫向擊穿電壓的問題，并且進(jìn)一步提高器件的 橫向和縱向擊穿電壓。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng) 管，包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底和形成在所述半導(dǎo)體襯底表面的有源區(qū)和柵區(qū)，所述 有源區(qū)包括：
[0007] 第一導(dǎo)電類型的基區(qū)；
[0008] 第二導(dǎo)電類型的源區(qū)，形成在所述基區(qū)中；
[0009] 第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)位于所述柵區(qū)的兩側(cè)；
[0010] 橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)，包括橫向交替排列的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)，位于所述基區(qū)和漏區(qū)之 間，其中，
[0011] 所述有源區(qū)還包括第二導(dǎo)電類型的埋區(qū)，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，并位于所述 橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的下方。
[0012] 本發(fā)明還提供一種如上所述的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制 作方法，包括在一第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的表面形成有源區(qū)和柵區(qū)的步驟，所述形成 有源區(qū)的步驟包括：
[0013] 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一導(dǎo)電類型的基區(qū)；
[0014] 在所述基區(qū)中形成第二導(dǎo)電類型的源區(qū)；
[0015] 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)位于所述柵區(qū)的 兩側(cè)；
[0016] 在所述體區(qū)和漏區(qū)之間形成橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)包括橫向交替排列 的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)，其中，
[0017] 所述形成有源區(qū)的步驟還包括：
[0018] 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電類型的埋區(qū)，所述埋區(qū)位于所述橫向超結(jié)結(jié)構(gòu) 的下方。
[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，通過在橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的下方形成與半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型不同的 埋區(qū)，從而半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)可以同時(shí)輔助耗盡橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)，補(bǔ)償 了襯底輔助效應(yīng)造成的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷不平衡，可以獲得較高的橫向擊穿 電壓。同時(shí)，半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)之間的PN結(jié)向半導(dǎo)體襯底的表面和縱向方向各引入了一個(gè) 高電場峰，可以通過電場調(diào)制效應(yīng)得到更均勻的橫向和縱向的電場分布，因而可以獲得更 高的橫向和縱向擊穿電壓。
【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，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，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，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1表示本發(fā)明實(shí)施例中SJ-LDM0S結(jié)構(gòu)的三維視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(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。
[0024] 實(shí)施例一
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，簡稱 SJ-LDM0S，其包括P型半導(dǎo)體襯底7和形成在半導(dǎo)體襯底7表面的有源區(qū)和柵區(qū)2。有源 區(qū)包括N型源區(qū)1、N型漏區(qū)5、P型基區(qū)8和橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)。其中，基區(qū)8作為M0S管的溝 道，源區(qū)1形成在基區(qū)8中，源區(qū)1和漏區(qū)5位于柵區(qū)2的兩側(cè)。橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)包括橫向交 替排列的N型柱區(qū)3和P型柱區(qū)4,重?fù)诫s的N型柱區(qū)3和P型柱區(qū)4降低了 SJ-LDM0S的 導(dǎo)通電阻，使傳導(dǎo)損失最小化。
[0026] 本發(fā)明中SJ-LDM0S的有源區(qū)還包括N型埋區(qū)6,形成在半導(dǎo)體襯底7中，并位于 所述橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的下方。通過設(shè)置導(dǎo)電類型不同的半導(dǎo)體襯底7埋區(qū)6,能夠同時(shí)輔助 耗盡橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)3和P型柱區(qū)4,補(bǔ)償了襯底輔助效應(yīng)造成的N型柱區(qū)3和P 型柱區(qū)4之間的電荷不平衡，可以獲得較高的橫向擊穿電壓。同時(shí)，半導(dǎo)體襯底7和埋區(qū)6 之間的PN結(jié)向半導(dǎo)體襯底7的表面和縱向方向引入了一個(gè)高電場峰，可以通過電場調(diào)制效 應(yīng)得到更均勻的橫向和縱向的電場分布，因而可以獲得更高的橫向和縱向的擊穿電壓，大 大提高了 SJ-LDMOS的性能。
[0027] 本發(fā)明的工作原理為：
[0028] 對于傳統(tǒng)的SJ-LDM0S，由于P型半導(dǎo)體襯底7輔助耗盡所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū) 3,使得器件達(dá)到臨界擊穿時(shí)，P型柱區(qū)4不能完全耗盡，因而其耐壓值較低。而本發(fā)明中當(dāng) N型埋區(qū)6上面的P型半導(dǎo)體襯底7耗盡時(shí)，N型埋區(qū)6中的多數(shù)載流子發(fā)揮其作用，輔助 P型柱區(qū)4耗盡，從而克服了 SJ-LDM0S器件中的襯底輔助效應(yīng)，獲得了較高的擊穿電壓值。 其次，P型半導(dǎo)體襯底7和N型埋區(qū)6之間的PN結(jié)向半導(dǎo)體襯底7的表面引入了一個(gè)高電 場峰，它可以通過電場調(diào)制效應(yīng)得到一個(gè)更均勻的電場分布，因而可以獲得更高的橫向電 壓。
[0029] 需要說明的是，為了便于描述，本發(fā)明中定義半導(dǎo)體襯底形成有有源區(qū)和柵區(qū)的 表面的延伸方向?yàn)闄M向。
[0030] 其中，埋區(qū)6的上方到所述橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)下方的距離小于數(shù)微米。埋區(qū)6的橫截 面和縱截面可以為規(guī)則圖形，如方形、圓形。
[0031] 進(jìn)一步地，本實(shí)施例中的埋區(qū)6靠近漏區(qū)5設(shè)置，由于半導(dǎo)體襯底7和埋區(qū)6之間 的PN結(jié)降低了體內(nèi)電場的高電場峰值，新產(chǎn)生的高電場峰值通過調(diào)制體內(nèi)電場的分布，能 夠降低靠近漏區(qū)5的體電場，提高SJ-LDM0S的縱向擊穿電壓，進(jìn)一步提高SJ-LDM0S的性 能。
[0032] 在實(shí)際工藝過程中，制作埋區(qū)6時(shí)的離子注入為高能耗，且對超結(jié)的結(jié)構(gòu)和濃度 產(chǎn)生影響。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)施例中形成埋區(qū)的步驟包括：
[0033] 在所述半導(dǎo)體襯底中形成N型區(qū)域；
[0034] 在所述N型區(qū)域的表面形成輕摻雜的外延層。
[0035] 通過上述步驟可以降低離子注入的能耗，并減少對超結(jié)的結(jié)構(gòu)和濃度的影響。其 中，所述外延層的導(dǎo)電類型為P型。
[0036] 進(jìn)一步地，設(shè)置埋區(qū)6的寬度小于橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的寬度，這里的寬度是指埋區(qū)6和 橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)從靠近源區(qū)1的一側(cè)到靠近漏區(qū)5的一側(cè)的長度。
[0037] 需要說明的是：埋區(qū)6到上述超結(jié)結(jié)構(gòu)底部和漏區(qū)5底部的距離，需要根據(jù)對具 體SJ-LDM0S擊穿特性、導(dǎo)通特性和固有體二極管的要求來具體設(shè)定；埋區(qū)6的摻雜濃度、長 度、厚度和寬度，也可以根據(jù)對具體SJ-LDM0S擊穿特性、導(dǎo)通特性和固有體二極管的要求 來具體設(shè)定。
[0038] 所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)的摻雜濃度、長度、厚度和寬度，可以根據(jù)對 具體SJ-LDM0S擊穿特性、導(dǎo)通特性和固有體二極管的要求來具體設(shè)定；所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的N 型柱區(qū)和P型柱區(qū)的數(shù)量和排列方式，可以根據(jù)對具體SJ-LDM0S擊穿特性、導(dǎo)通特性和固 有體二極管的要求來具體設(shè)定。
[0039] 本發(fā)明的技術(shù)方案通過在橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的下方形成與半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型不同 的埋區(qū)，從而半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)可以同時(shí)輔助耗盡橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)，補(bǔ) 償了襯底輔助效應(yīng)造成的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷不平衡，可以獲得較高的橫向擊 穿電壓。同時(shí)，半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)之間的PN結(jié)向半導(dǎo)體襯底的表面和縱向方向各引入了一 個(gè)高電場峰，可以通過電場調(diào)制效應(yīng)得到更均勻的橫向和縱向電場分布，因而可以獲得更 高的橫向和縱向擊穿電壓。
[0040] 實(shí)施例二
[0041] 基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種制作實(shí)施例一中的SJ-LDM0S的方法，包括 在一第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的表面形成有源區(qū)和柵區(qū)的步驟，所述形成有源區(qū)的步驟 包括：
[0042] 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一導(dǎo)電類型的基區(qū)；
[0043] 在所述基區(qū)中形成第二導(dǎo)電類型的源區(qū)；
[0044] 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)位于所述柵區(qū)的 兩側(cè)；
[0045] 在所述基區(qū)和漏區(qū)之間形成，所述橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)包括橫向交替排列的N型柱區(qū)和 P型柱區(qū)。
[0046] 所述形成有源區(qū)的步驟還包括：
[0047] 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電類型的埋區(qū)，所述埋區(qū)位于所述橫向超結(jié)結(jié)構(gòu) 的下方。
[0048] 通過上述步驟，在橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的下方形成與半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型不同的埋區(qū)， 從而半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)可以同時(shí)輔助耗盡橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)，補(bǔ)償了襯 底輔助效應(yīng)造成的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷不平衡，可以獲得較高的橫向擊穿電壓。 同時(shí)，半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)之間的PN結(jié)向半導(dǎo)體襯底的表面和縱向方向各引入了一個(gè)高電 場峰，它可以通過電場調(diào)制效應(yīng)得到一個(gè)更均勻的橫向和縱向電場分布，因而可以獲得更 高的橫向和縱向擊穿電壓。
[0049] 優(yōu)選地，在靠近所述漏區(qū)的位置形成所述埋區(qū)。由于半導(dǎo)體襯底和埋區(qū)之間的PN 結(jié)降低了體內(nèi)電場的高電場峰值，新產(chǎn)生的高電場峰值通過調(diào)制體內(nèi)電場的分布，能夠降 低靠近漏區(qū)的體電場，提高SJ-LDM0S的縱向擊穿電壓，進(jìn)一步提高SJ-LDM0S的性能。
[0050] 進(jìn)一步地，為了降低制作埋區(qū)時(shí)離子注入的能耗，并減少對超結(jié)的結(jié)構(gòu)和濃度產(chǎn) 生影響，本實(shí)施例中形成埋區(qū)的步驟包括：
[0051] 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電類型的區(qū)域；
[0052] 在所述第二導(dǎo)電類型的區(qū)域的表面形成輕摻雜的外延層。
[0053] 通過上述步驟形成的埋區(qū)可以降低離子注入時(shí)的能耗，并減少對超結(jié)的結(jié)構(gòu)和濃 度的影響。
[0054] 其中，所述外延層的類型為第一導(dǎo)電類型。
[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. 一種超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底 和形成在所述半導(dǎo)體襯底表面的有源區(qū)和柵區(qū)，所述有源區(qū)包括： 第一導(dǎo)電類型的基區(qū)； 第二導(dǎo)電類型的源區(qū)，形成在所述基區(qū)中； 第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)位于所述柵區(qū)的兩側(cè)； 橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)，包括橫向交替排列的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)，位于所述基區(qū)和漏區(qū)之間， 其特征在于， 所述有源區(qū)還包括第二導(dǎo)電類型的埋區(qū)，形成在所述半導(dǎo)體襯底中，并位于所述橫向 超結(jié)結(jié)構(gòu)的下方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其特征在于， 所述埋區(qū)靠近所述漏區(qū)設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其特征在于， 所述埋區(qū)的寬度小于橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的寬度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其特 征在于，所述埋區(qū)的橫截面為規(guī)則圖形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其特 征在于，所述埋區(qū)的縱截面為規(guī)則圖形。
6. -種如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的 制作方法，包括在一第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的表面形成有源區(qū)和柵區(qū)的步驟，所述形 成有源區(qū)的步驟包括 ： 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第一導(dǎo)電類型的基區(qū)； 在所述基區(qū)中形成第二導(dǎo)電類型的源區(qū)； 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)位于所述柵區(qū)的兩 側(cè)； 在所述基區(qū)和漏區(qū)之間形成橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)包括橫向交替排列的N 型柱區(qū)和P型柱區(qū)，其特征在于， 所述形成有源區(qū)的步驟還包括： 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電類型的埋區(qū)，所述埋區(qū)位于所述橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)的下 方。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，在靠近所述漏區(qū)的位置形成所述埋 區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電 類型的埋區(qū)的步驟包括： 在所述半導(dǎo)體襯底中形成第二導(dǎo)電類型的區(qū)域； 在所述第二導(dǎo)電類型的區(qū)域的表面形成第一導(dǎo)電類型輕摻雜的外延層。
【文檔編號】H01L29/08GK104124274SQ201410016374
【公開日】2014年10月29日 申請日期: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, 袁小寧, 董超, 范瑋, 朱樟明, 楊銀堂 申請人:西安后羿半導(dǎo)體科技有限公司, 西安電子科技大學(xué)