專利名稱：一種縱向溝道soi ldmos單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有縱向溝道(VC)和柵場(chǎng)板、臺(tái)階式 體漏極SOI (絕緣層上半導(dǎo)體)LDMOS (橫向雙注入金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)單元。
背景技術(shù)：
SOI LDMOS器件由于其較小的體積、重量，較高的工作頻率、溫度和較強(qiáng)的抗輻照 能力，較低的成本和較高的可靠性，作為無觸點(diǎn)高頻功率電子開關(guān)或功率放大器、驅(qū)動(dòng)器在 智能電力電子、高溫環(huán)境電力電子、空間電力電子、交通工具電力電子和射頻通信等技術(shù)領(lǐng) 域具有廣泛應(yīng)用。常規(guī)的SOI nLDMOS是在SOI襯底的n_漂移區(qū)上形成場(chǎng)氧化層；在近 源極端采用雙離子注入多晶硅自對(duì)準(zhǔn)摻雜技術(shù)形成短溝道nMOSFET及多晶硅柵場(chǎng)板，附加 P+離子注入摻雜實(shí)現(xiàn)p-well接觸；由多晶硅柵引出柵極金屬引線，n+p+區(qū)引出源極金屬引 線；在近漏極端通過磷離子注入摻雜形成η型緩沖區(qū)，在該摻雜區(qū)進(jìn)行大劑量高能磷、砷離 子注入形成漏極區(qū)并引出金屬漏極。該SOI LDMOS器件導(dǎo)通時(shí)，其導(dǎo)電溝道位于頂層正表 面，且為橫向溝道，柵場(chǎng)板覆蓋于較厚的柵氧化層上，導(dǎo)致通態(tài)電流向漂移區(qū)正表面集中， 擴(kuò)展電阻大，漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不均勻，通態(tài)電阻大，通態(tài)壓降高，通態(tài)電流小，而通態(tài)功 耗高，器件工作效率低，溫升快，不利于提高器件和系統(tǒng)可靠性、節(jié)省能源與保護(hù)環(huán)境。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有縱向溝道、縱向柵場(chǎng) 板、臺(tái)階式體漏極和場(chǎng)終止緩沖區(qū)的SOI LDMOS單元。該器件單元在導(dǎo)通態(tài)時(shí)，漂移區(qū)電 流被引導(dǎo)沿漂移區(qū)縱向均勻分布，明顯改善擴(kuò)展電阻、電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)均勻性，從而顯著改善 SOI LDMOS器件通態(tài)電流、壓降、功耗和斷態(tài)耐壓等性能及耐高溫等可靠性。本實(shí)用新型包括半導(dǎo)體基片，隱埋氧化層將半導(dǎo)體基片分為上下兩部分，其中下 部為襯底、上部為頂層半導(dǎo)體。頂層半導(dǎo)體的一側(cè)設(shè)置成一個(gè)同型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)作為L(zhǎng)DMOS的緩沖區(qū)，另一 側(cè)刻蝕成一個(gè)深槽并在槽壁上生長(zhǎng)一薄層絕緣介質(zhì)作為縱向柵介質(zhì)層；臨近縱向柵介質(zhì)層的頂層半導(dǎo)體上表面設(shè)置一個(gè)異型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)作為 LDMOS的阱區(qū)，在阱區(qū)中遠(yuǎn)離縱向柵介質(zhì)層一側(cè)進(jìn)行阱區(qū)的同型重?fù)诫s形成阱區(qū)的歐姆接 觸區(qū)，臨近縱向柵介質(zhì)層一側(cè)進(jìn)行阱區(qū)的異型重?fù)诫s形成LDMOS的源區(qū)；縱向柵介質(zhì)層外 側(cè)覆蓋多晶硅層并進(jìn)行N型重?fù)诫s，形成低阻多晶硅柵；緩沖區(qū)的內(nèi)部遠(yuǎn)離縱向柵介質(zhì)層一側(cè)設(shè)置一個(gè)淺槽，在該淺槽中遠(yuǎn)離柵介質(zhì)層一 側(cè)設(shè)置一個(gè)深槽，然后進(jìn)行同型重?fù)诫s形成LDMOS的臺(tái)階式漏極區(qū)；阱區(qū)下面自縱向柵介質(zhì)層與頂層半導(dǎo)體的界面開始到緩沖區(qū)的邊界止的頂層半 導(dǎo)體部分作為L(zhǎng)DMOS的漂移區(qū)；縱向柵介質(zhì)層、低阻多晶硅柵、源區(qū)靠近縱向柵介質(zhì)層的部分、阱區(qū)和漏極區(qū)之間的頂上覆蓋厚氧化層、并覆蓋阱區(qū)和漏極區(qū)的邊緣作為場(chǎng)氧化層；低阻多晶硅柵表面設(shè)置有接觸孔，覆蓋金屬層作為柵電極；在源區(qū)與阱區(qū)緊密接 觸部分設(shè)置有接觸孔，覆蓋金屬層并覆蓋臨近阱區(qū)一側(cè)的部分場(chǎng)氧化層作為源極和源場(chǎng) 板；臺(tái)階式漏極區(qū)表面設(shè)置有接觸孔，覆蓋金屬層并適當(dāng)覆蓋一部分緩沖區(qū)作為漏極和漏 場(chǎng)板。本實(shí)用新型由于將集成SOI LDMOS的溝道方向由橫向變?yōu)榭v向，增加了縱向柵場(chǎng) 板，同時(shí)將表面漏極變?yōu)轶w漏極，橫向柵場(chǎng)板被源場(chǎng)板取代，并且采用了場(chǎng)終止緩沖區(qū)，一 方面消除了器件導(dǎo)通時(shí)通態(tài)電流向漂移區(qū)正表面集中的不良效應(yīng)，降低了擴(kuò)展電阻，改善 了漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，提高了態(tài)電流，降低了通態(tài)電阻和通態(tài)壓降，從而降低了通態(tài)功 耗；另一方面可以以較短的漂移區(qū)獲得較高的斷態(tài)耐壓，顯著減弱器件層縱向斷態(tài)耐壓限 制，將器件斷態(tài)時(shí)的縱向壓降基本上轉(zhuǎn)移到隱埋氧化層上，減小芯片面積，改善器件耐高溫 特性。

圖1為本實(shí)用新型的單元結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖2為本實(shí)用新型的單元結(jié)構(gòu)版圖示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，一種縱向溝道SOI LDMOS單元包括半導(dǎo)體基片，隱埋氧化層 2將半導(dǎo)體基片分為上下兩部分，其中下部為襯底1、上部為頂層半導(dǎo)體12。頂層半導(dǎo)體12的一側(cè)設(shè)置成一個(gè)同型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)作為L(zhǎng)DMOS的緩沖區(qū)14， 另一側(cè)刻蝕成一個(gè)深槽并在槽壁上生長(zhǎng)一薄層絕緣介質(zhì)作為縱向柵介質(zhì)層4。臨近縱向柵介質(zhì)層4的頂層半導(dǎo)體12上表面設(shè)置一個(gè)異型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)作 為L(zhǎng)DMOS的阱區(qū)5，在阱區(qū)5中遠(yuǎn)離縱向柵介質(zhì)層4 一側(cè)進(jìn)行阱區(qū)5的同型重?fù)诫s形成阱區(qū) 5的歐姆接觸區(qū)11，臨近縱向柵介質(zhì)層4 一側(cè)進(jìn)行阱區(qū)5的異型重?fù)诫s形成LDMOS的源區(qū) 6。縱向柵介質(zhì)層4外側(cè)覆蓋多晶硅層并進(jìn)行N型重?fù)诫s，形成低阻多晶硅柵3。緩沖區(qū)14的內(nèi)部遠(yuǎn)離縱向柵介質(zhì)層4 一側(cè)設(shè)置一個(gè)淺槽，在該淺槽中遠(yuǎn)離柵介質(zhì) 層4 一側(cè)設(shè)置一個(gè)深槽，然后進(jìn)行同型重?fù)诫s形成LDMOS的臺(tái)階式漏極區(qū)15。阱區(qū)5下面自縱向柵介質(zhì)層4與頂層半導(dǎo)體12的界面開始到緩沖區(qū)14的邊界止 的頂層半導(dǎo)體12部分作為L(zhǎng)DMOS的漂移區(qū)?？v向柵介質(zhì)層4、低阻多晶硅柵3、源區(qū)6靠近縱向柵介質(zhì)層4的部分、阱區(qū)5和漏 極區(qū)15之間的頂上覆蓋厚氧化層、并覆蓋阱區(qū)5和漏極區(qū)15的邊緣作為場(chǎng)氧化層8。低阻多晶硅柵3表面設(shè)置有接觸孔10，覆蓋金屬層作為柵電極7，在源區(qū)6與阱區(qū) 5緊密接觸部分設(shè)置有接觸孔10，覆蓋金屬層并覆蓋臨近阱區(qū)5 —側(cè)的部分場(chǎng)氧化層8作 為源極和源場(chǎng)板9，臺(tái)階式漏極區(qū)15表面設(shè)置有接觸孔10，覆蓋金屬層并適當(dāng)覆蓋一部分 緩沖區(qū)作為漏極和漏場(chǎng)板13。處于正向阻斷態(tài)時(shí)，這種VC SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)電場(chǎng)近似均勻分布， 即滿足，BVds ^ EcrLd(1)[0023]當(dāng)?shù)蛽诫s一側(cè)的摻雜濃度義e|M6C T3,5d7Cm-3j范圍時(shí)，硅的臨界雪崩擊穿電 場(chǎng)強(qiáng)度約為Ett = (4-8) e5V/cm。則若漂移區(qū)長(zhǎng)度為L(zhǎng)d = 2 μ m就可以獲得80-160V的擊穿 電壓。而常規(guī)SOI LDMOS器件單邊突變p+n結(jié)的擊穿電壓滿足如下關(guān)系[參考專利ZL 2006 1005 0899.3], 其中，ε。是真空介電常數(shù)，、是硅相對(duì)介電常數(shù)，q是電子電荷量大小。對(duì)于漂 移區(qū)長(zhǎng)度為L(zhǎng)d = 4μ m的常規(guī)器件擊穿電壓只有20V左右。處于正向?qū)☉B(tài)時(shí)，這種VC SOI LDMOS的源極通過開啟的縱向溝道向漂移區(qū)注入 大量電子，注入電子濃度Δη遠(yuǎn)高于漂移區(qū)本底濃度。根據(jù)電中性原理，由于電荷耦合，在 漂移區(qū)會(huì)產(chǎn)生近似等濃度Δρ Δη的非平衡空穴，則電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)可以用附加電導(dǎo)來描 述如下Δ Od^ Anqy a(3)其中，μ a是大注入條件下雙極載流子體遷移率。因此，漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制電阻為，
(4) 其中，A為垂直于漂移區(qū)長(zhǎng)度方向的截面積。漂移區(qū)非平衡電荷存儲(chǔ)量近似為，
(5)所以，縮短漂移區(qū)有利于顯著減小通態(tài)電阻、降低通態(tài)功耗、降低通態(tài)壓降、減小 芯片面積、通過減少通態(tài)時(shí)漂移區(qū)存儲(chǔ)電荷而減小開啟和關(guān)斷時(shí)間——即提高工作頻率。同時(shí)，由于縱向溝道和臺(tái)階式溝槽體漏極結(jié)構(gòu)引導(dǎo)通態(tài)載流子沿漂移區(qū)縱向分布 趨于均勻化，顯著降低了由于載流子沿漂移區(qū)正表面流動(dòng)產(chǎn)生的表面噪聲，有利于提高器 件信號(hào)放大時(shí)的信噪比，更適于低噪聲射頻信號(hào)放大應(yīng)用。
權(quán)利要求一種縱向溝道SOI LDMOS單元，包括半導(dǎo)體基片，隱埋氧化層將半導(dǎo)體基片分為上下兩部分，其中下部為襯底、上部為頂層半導(dǎo)體；其特征在于頂層半導(dǎo)體的一側(cè)設(shè)置成一個(gè)同型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)作為L(zhǎng)DMOS的緩沖區(qū)，另一側(cè)刻蝕成一個(gè)深槽并在槽壁上生長(zhǎng)一薄層絕緣介質(zhì)作為縱向柵介質(zhì)層；臨近縱向柵介質(zhì)層的頂層半導(dǎo)體上表面設(shè)置一個(gè)異型較重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)作為L(zhǎng)DMOS的阱區(qū)，在阱區(qū)中遠(yuǎn)離縱向柵介質(zhì)層一側(cè)進(jìn)行阱區(qū)的同型重?fù)诫s形成阱區(qū)的歐姆接觸區(qū)，臨近縱向柵介質(zhì)層一側(cè)進(jìn)行阱區(qū)的異型重?fù)诫s形成LDMOS的源區(qū)；縱向柵介質(zhì)層外側(cè)覆蓋多晶硅層并進(jìn)行N型重?fù)诫s，形成低阻多晶硅柵；緩沖區(qū)的內(nèi)部遠(yuǎn)離縱向柵介質(zhì)層一側(cè)設(shè)置一個(gè)淺槽，在該淺槽中遠(yuǎn)離柵介質(zhì)層一側(cè)設(shè)置一個(gè)深槽，然后進(jìn)行同型重?fù)诫s形成LDMOS的臺(tái)階式漏極區(qū)；阱區(qū)下面自縱向柵介質(zhì)層與頂層半導(dǎo)體的界面開始到緩沖區(qū)的邊界止的頂層半導(dǎo)體部分作為L(zhǎng)DMOS的漂移區(qū)；縱向柵介質(zhì)層、低阻多晶硅柵、源區(qū)靠近縱向柵介質(zhì)層的部分、阱區(qū)和漏極區(qū)之間的頂上覆蓋厚氧化層、并覆蓋阱區(qū)和漏極區(qū)的邊緣作為場(chǎng)氧化層；低阻多晶硅柵表面設(shè)置有接觸孔，覆蓋金屬層作為柵電極；在源區(qū)與阱區(qū)緊密接觸部分設(shè)置有接觸孔，覆蓋金屬層并覆蓋臨近阱區(qū)一側(cè)的部分場(chǎng)氧化層作為源極和源場(chǎng)板；臺(tái)階式漏極區(qū)表面設(shè)置有接觸孔，覆蓋金屬層并適當(dāng)覆蓋一部分緩沖區(qū)作為漏極和漏場(chǎng)板。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種縱向溝道SOI LDMOS單元?，F(xiàn)有技術(shù)限制了器件結(jié)構(gòu)與主要電學(xué)特性的改善。本實(shí)用新型包括半導(dǎo)體襯底、隱埋氧化層、漂移區(qū)、阱區(qū)、阱接觸區(qū)、源區(qū)、柵介質(zhì)層、緩沖區(qū)、漏極與漏極接觸區(qū)、場(chǎng)氧區(qū)、多晶硅柵極區(qū)、接觸孔和金屬電極引線。本實(shí)用新型將集成SOI LDMOS的溝道方向由橫向變?yōu)榭v向，增加了縱向柵場(chǎng)板，同時(shí)將表面漏極變?yōu)轶w漏極，橫向柵場(chǎng)板被源場(chǎng)板取代，消除了器件導(dǎo)通時(shí)通態(tài)電流向漂移區(qū)正表面集中的不良效應(yīng)，降低了擴(kuò)展電阻，改善了漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，提高了態(tài)電流，降低了通態(tài)電阻和通態(tài)壓降，從而降低了通態(tài)功耗，基本消除器件層縱向耐壓限制，減小芯片面積，改善器件耐高溫特性。
文檔編號(hào)H01L29/10GK201681942SQ20102015494
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者張亮, 張帆, 張海鵬, 林彌, 牛小燕, 蘇步春 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)