一種雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體。所述雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體包括：P型襯底、外延層、場氧、N型阱區(qū)、柵氧、多晶硅柵、P型基區(qū)、第一N型重?fù)诫s區(qū)、第二N型重?fù)诫s區(qū)以及P型重?fù)诫s區(qū)。所述雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體具有更小的Ron×A。
【專利說明】一種雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地說，本實用新型涉及一種DMOS(雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于電能轉(zhuǎn)換。其中，buck轉(zhuǎn)換器(降壓轉(zhuǎn)換器)是其中眾所周知的一種開關(guān)電源。buck轉(zhuǎn)換器包括如圖1所示耦接的上拉功率器件11、下拉功率器件12、電感13和電容14，其將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)化為較低的輸出電壓VOT。由于DMOS器件的優(yōu)越性能，上述上拉功率器件11和下拉功率器件12通常選用DMOS器件。
[0003]在高壓應(yīng)用場合(如輸入電壓Vin高于100V)，由于上拉DMOS需要N型掩埋層(NBL)來隔離襯底與體區(qū)，上拉DMOS的尺寸往往大于下拉DMOS的尺寸。因此上拉DMOS的擊穿電壓主要由其漂移區(qū)的摻雜決定。而下拉DMOS無需N型掩埋層，其可通過在N型阱至襯底間使用降低表面場技術(shù)，來維持高的擊穿電壓。
[0004]但是，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，需要更高的擊穿電壓和更小的RonXA(其中，Ron表示導(dǎo)通電阻，A表示器件面積)。
實用新型內(nèi)容
[0005]因此本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，提出一種改進(jìn)的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體。
[0006]根據(jù)上述目的，本實用新型提出了一種雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，包括:P型襯底；形成在P型襯底上的外延層；形成在外延層上的場氧；形成在外延層內(nèi)的N型阱區(qū)；形成在外延層上的柵氧；形成在柵氧和場氧上的多晶硅柵；形成在外延層內(nèi)的P型基區(qū)；形成在N型阱區(qū)內(nèi)的第一 N型重?fù)诫s區(qū)；形成在P型基區(qū)內(nèi)的第二 N型重?fù)诫s區(qū)；以及形成在P型基區(qū)內(nèi)的P型重?fù)诫s區(qū)，所述P型重?fù)诫s區(qū)毗鄰所述第二 N型重?fù)诫s區(qū)。
[0007]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體還包括:形成在多晶硅柵上的正硅酸乙酯層；形成在正硅酸乙酯層和柵氧上的層間介質(zhì)層；與第一 N型重?fù)诫s區(qū)接觸的漏極電極；與第二 N型重?fù)诫s區(qū)和P型重?fù)诫s區(qū)接觸的源極電極。
[0008]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體還包括:形成在外延層內(nèi)與P型基區(qū)合并的深P型區(qū)。
[0009]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述P型基區(qū)和深P型區(qū)的接合處為圓形，且其曲率大于0.5 μ m。
[0010]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述深P型區(qū)的摻雜濃度在區(qū)間IX IO13cnT3?IX IO15CnT3之間，其注入能量為IOOKeV左右。
[0011]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體還包括:形成在外延層內(nèi)P型基區(qū)下的N型輕摻雜阱區(qū)，所述N型阱區(qū)形成在所屬N型輕摻雜阱區(qū)內(nèi)。
[0012]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體應(yīng)用在襯底和P型基區(qū)之間的電勢差小于IV的場合。
[0013]根據(jù)本實用新型的實施例，其中從P型基區(qū)的邊緣至N型阱區(qū)的邊緣的寬度為
0.8 μ m ;從N型阱區(qū)的邊緣至第一 N型重?fù)诫s區(qū)的邊緣的寬度d2為2.5 μ m。
[0014]根據(jù)本實用新型的實施例，其中所述場氧為淺溝道結(jié)構(gòu)。
[0015]根據(jù)本實用新型各方面的上述雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體具有更小的RonXA。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有buck電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2示意性地示出了根據(jù)本實用新型一實施例的高壓上拉DMOS 100的剖面圖；
[0018]圖3示意性地示出了根據(jù)本實用新型另一實施例的高壓上拉DMOS 200的剖面圖；
[0019]圖4示意性地示出了根據(jù)本實用新型又一實施例的高壓上拉DMOS 300的剖面圖；
[0020]圖5示意性地示出了根據(jù)本實用新型又一實施例的高壓上拉DMOS 400的剖面圖；
[0021]圖6A?61示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的高壓上拉DMOS的制作流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將詳細(xì)描述本實用新型的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本實用新型。在以下描述中，為了提供對本實用新型的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實行本實用新型。在其他實例中，為了避免混淆本實用新型，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0023]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本實用新型至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱元件“耦接到”或“連接到”另一元件時，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。
[0024]在某些白光LED驅(qū)動器的應(yīng)用中，半導(dǎo)體襯底和體區(qū)之間的電勢差很低(如低于IV)。因此，本實用新型下述各實施例將NBL從上拉DMOS中移除，以減小器件體積，從而使器件具有較小的RonXA。
[0025]圖2示意性地示出了根據(jù)本實用新型一實施例的高壓上拉DM0S100的剖面圖。在圖2所示實施例中，高壓上拉DM0S100包括:P型襯底101 ;形成在P型襯底101上的外延層120 ;形成在外延層120上的場氧102 ;形成在外延層120內(nèi)的N型阱區(qū)103 ;形成在外延層120上的柵氧104 ;形成在柵氧104和場氧102上的多晶硅柵105 ;形成在多晶硅柵105上的正娃酸乙酯(Tetra Ethyl Ortho Silicate)層112 ;形成在外延層120內(nèi)的P型基區(qū)106 ;形成在N型阱區(qū)103內(nèi)的第一 N型重?fù)诫s區(qū)(如N+) 107 ;形成在P型基區(qū)106內(nèi)的第
二N型重?fù)诫s區(qū)(如N+) 108 ;形成在P型基區(qū)106內(nèi)的P型重?fù)诫s區(qū)(如P+) 109，其中P型重?fù)诫s區(qū)109毗鄰第二 N型重?fù)诫s區(qū)108。
[0026]在一個實施例中，高壓上拉DM0S100進(jìn)一步包括:形成在正硅酸乙酯層112和柵氧104上的層間介質(zhì)層115 ;與第一 N型重?fù)诫s區(qū)107接觸的漏極電極110 ;與第二 N型重?fù)诫s區(qū)108和P型重?fù)诫s區(qū)109接觸的源極電極111。
[0027]在一個實施例中，正硅酸乙酯層112的厚度大約為500/U
[0028]在一個實施例中，外延層120為P型摻雜。在其他一些實施例中，外延層120可為N型摻雜。
[0029]在一個實施例中，N型阱區(qū)103作為漏極體區(qū)，P型基區(qū)106作為源極體區(qū)，第一N型重?fù)诫s區(qū)107作為漏極接觸區(qū)，第二 N型重?fù)诫s區(qū)108作為源極接觸區(qū)，P型重?fù)诫s區(qū)109作為體接觸區(qū)。
[0030]在圖2所示實施例中，場氧102具有淺溝道隔離結(jié)構(gòu)(shallow-trenchisolation)。
[0031]圖3示意性地示出了根據(jù)本實用新型另一實施例的高壓上拉DMOS 200的剖面圖。圖3所示高壓上拉DMOS 200與圖2所示高壓上拉DM0S100相似。與圖2所示高壓上拉DMOS100不同的是，在圖3所示高壓上拉DMOS 200中，其場氧102不具有淺溝道隔離結(jié)構(gòu)。具體來說，圖3所示高壓上拉DMOS 200包括:P型襯底101 ;形成在P型襯底101上的外延層120 ;形成在外延層120上的場氧102 ;形成在外延層120內(nèi)的N型阱區(qū)103 ;形成在外延層120上的柵氧104 ;形成在柵氧104和場氧102上的多晶硅柵105 ;形成在多晶硅柵105上的正娃酸乙酯(Tetra Ethyl Ortho Silicate)層112 ;形成在外延層120內(nèi)的P型基區(qū)106 ；形成在N型阱區(qū)103內(nèi)的第一 N型重?fù)诫s區(qū)(如N+) 107 ;形成在P型基區(qū)106內(nèi)的第二 N型重?fù)诫s區(qū)(如N+) 108 ;形成在P型基區(qū)106內(nèi)的P型重?fù)诫s區(qū)(如P+) 109，其中P型重?fù)诫s區(qū)109毗鄰第二 N型重?fù)诫s區(qū)108 ;與第一 N型重?fù)诫s區(qū)107接觸的漏極電極110 ;與第二 N型重?fù)诫s區(qū)108和P型重?fù)诫s區(qū)109接觸的源極電極111。
[0032]在圖3所示實施例中，為了繪圖簡便，未示出層間介質(zhì)層。但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，圖3所示高壓上拉DMOS可包括層間介質(zhì)層。
[0033]在一個實施例中，正硅酸乙酯層112的厚度大約為500Λ。
[0034]圖4示意性地示出了根據(jù)本實用新型又一實施例的高壓上拉DMOS 300的剖面圖。圖4所示高壓上拉DMOS 300與圖3所示高壓上拉DMOS 100相似。與圖3所示高壓上拉DMOS 200不同的是，圖4所示高壓上拉DMOS 300還包括:形成在外延層120內(nèi)的深P型區(qū)113，其中該深P型區(qū)113作為支持源極體區(qū)，且該深P型區(qū)113與P型基區(qū)106合并在一起以增大源極體區(qū)的曲率(curvature)并減小第二 N型重?fù)诫s區(qū)108下的誘使寄生NPN導(dǎo)通的阻抗，從而提高高壓上拉DMOS的穩(wěn)健性。
[0035]在一個實施例中，P型基區(qū)106和深P型區(qū)113的接合處是圓的，并且具有大于
0.5μπι的曲率。在其他實施例中，P型基區(qū)106和深P型區(qū)113的接合處可具有其他數(shù)值的曲率。
[0036]在一個實施例中，深P型區(qū)113具有最優(yōu)化的摻雜濃度和注入能量，以在源極區(qū)周圍形成大的曲率。在一個實施例中，深P型區(qū)113的摻雜濃度在區(qū)間I X IO13CnT3?I X IO15CnT3之間，其注入能量為IOOKeV左右。在其他實施例中，深P型區(qū)113可具有其他合適的摻雜濃度和注入能量。
[0037]圖5示意性地示出了根據(jù)本實用新型又一實施例的高壓上拉DMOS 400的剖面圖。圖5所示高壓上拉DMOS 400與圖3所示高壓上拉DMOS 200相似。與圖3所示高壓上拉DMOS 200不同的是，圖5所示高壓上拉DMOS 500還包括:形成在外延層120內(nèi)的N型輕摻雜阱區(qū)114。具體來說，圖5所示高壓上拉DMOS 400包括:P型襯底101 ;形成在P型襯底101上的外延層120 ;形成在外延層120上的場氧102 ;形成在外延層120內(nèi)的N型阱區(qū)103 ；形成在外延層120上的柵氧104 ;形成在柵氧104和場氧102上的多晶硅柵105 ;形成在外延層120內(nèi)的P型基區(qū)106 ;形成在外延層120內(nèi)位于P型基區(qū)106下方的N型輕摻雜阱區(qū)114，其中N型阱區(qū)103形成在N型輕摻雜阱區(qū)114內(nèi)；形成在N型阱區(qū)103內(nèi)的第一 N型重?fù)诫s區(qū)(如N+) 107 ;形成在P型基區(qū)106內(nèi)的第二 N型重?fù)诫s區(qū)(如N+) 108 ;形成在P型基區(qū)106內(nèi)的P型重?fù)诫s區(qū)(如P+) 109，其中P型重?fù)诫s區(qū)109毗鄰第二 N型重?fù)诫s區(qū)108 ;與第一 N型重?fù)诫s區(qū)107接觸的漏極電極110 ;與第二 N型重?fù)诫s區(qū)108和P型重?fù)诫s區(qū)109接觸的源極電極111。
[0038]在一個實施例中，N型輕摻雜阱區(qū)114具有最優(yōu)的寬度。在一個實施例中，從P型基區(qū)106的邊緣至N型阱區(qū)103的邊緣的寬度Cl1為0.8 μ m，從N型阱區(qū)103的邊緣至第一N型重?fù)诫s區(qū)107的邊緣的寬度d2為2.5 μ m。
[0039]在一個實施例中，N型輕摻雜阱區(qū)114和N型阱區(qū)103作為高壓上拉DMOS的漂移區(qū)。
[0040]圖6A?6H示意性地示出了根據(jù)本實用新型又一個實施例的高壓上拉DMOS的制作流程圖。
[0041]如圖6A所示，所述制作流程包括在襯底101上形成外延層120。在一個實施例中，所述外延層120采用淀積技術(shù)，如化學(xué)氣相沉積技術(shù)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)、原子層沉積技術(shù)、液相外延技術(shù)或者其他合適的淀積技術(shù)。在一個實施例中，外延層120為P型摻雜。在其他一些實施例中，外延層120可為N型摻雜。
[0042]如圖6B所示，所述制作流程包括在外延層120內(nèi)形成場氧102和N型阱區(qū)103。在圖6B所示實施例中，場氧102未被制作成淺溝道隔離結(jié)構(gòu)。但在其他一些實施例中，場氧102可被制作成淺溝道隔離結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，場氧102通過濕法氧化技術(shù)形成。
[0043]如圖6C所示，所述制作流程包括在外延層120上形成柵氧104。在一個實施例中，柵氧104通過干法氧化技術(shù)形成。
[0044]如圖6D所示，所述制作流程包括在柵氧104和場氧102上形成多晶硅柵105。
[0045]如圖6E所示，所述制作流程包括在多晶硅柵105上形成正硅酸乙酯層112。在一個實施例中，正硅酸乙酯層112的厚度大約為500Λ,:
[0046]如圖6F所示，所述制作流程包括在外延層120內(nèi)形成P型基區(qū)106。在一個實施例中，P型基區(qū)106通過擴(kuò)散技術(shù)或者注入技術(shù)形成。
[0047]如圖6G所示，所述制作流程包括在N型阱區(qū)103內(nèi)形成第一 N型重?fù)诫s區(qū)107、在P型基區(qū)106內(nèi)形成第二 N型重?fù)诫s區(qū)108和P型重?fù)诫s區(qū)109，所述P型重?fù)诫s區(qū)109毗鄰第二 N型重?fù)诫s區(qū)108。在一個實施例中，第一 N型重?fù)诫s區(qū)107、第二 N型重?fù)诫s區(qū)108和P型重?fù)诫s區(qū)109通過注入技術(shù)形成。
[0048]如圖6H所示，所述制作流程包括在正硅酸乙酯層112和柵氧104上形成層間介質(zhì)層115。在一個實施例中，層間介質(zhì)層115通過淀積技術(shù)形成。
[0049]如圖61所示，所述制作流程包括形成與第一 N型重?fù)诫s區(qū)107接觸的漏極電極110、與第二 N型重?fù)诫s區(qū)108和P型重?fù)诫s區(qū)109接觸的源極電極111。
[0050]在一個實施例中，所述制作流程還包括:在N型阱區(qū)103形成之前，在外延層120內(nèi)形成N型輕摻雜阱區(qū)，其中N型阱區(qū)103在之后的制作過程中形成在N型輕摻雜阱區(qū)內(nèi)，如N型阱區(qū)103為N型輕摻雜阱區(qū)的一部分。在一個實施例中，N型輕摻雜阱區(qū)通過擴(kuò)散技術(shù)或者注入技術(shù)形成。
[0051]在一個實施例中，所述制作流程還包括:在P型基區(qū)106形成之后，在外延層120內(nèi)形成深P型區(qū)，所述深P型區(qū)與所述P型基區(qū)合并在一起。在一個實施例中，深P型區(qū)通過擴(kuò)散技術(shù)或者注入技術(shù)形成。在一個實施例中，深P型區(qū)113的摻雜濃度在區(qū)間IX IO13CnT3?IX IO15CnT3之間，其注入能量大約為lOOKeV。在其他實施例中，深P型區(qū)113可具有其他合適的摻雜濃度和注入能量。
[0052]與現(xiàn)有高壓上拉DMOS相比，前述各實施例的高壓上拉DMOS具有更小的RonXA。不同于現(xiàn)有技術(shù)，前述各實施例的高壓上拉DMOS將NBL從器件中移除，因此在給定的擊穿電壓下具有更小的面積，或者說在給定的面積下具有更高的擊穿電壓。此外，前述多個實施例的高壓上拉DMOS包括與P型基區(qū)合并的深P型阱。該深P型阱具有最優(yōu)的摻雜濃度和注入能量，因此增大了其體區(qū)曲率、減小了誘因寄生NPN導(dǎo)通的阻抗。增大的體區(qū)曲率提高了擊穿電壓，減小的誘使寄生NPN導(dǎo)通的阻抗使得高壓上拉DMOS具有更大的安全工作區(qū)。進(jìn)一步地，前述多個實施例的高壓上拉DMOS還包括形成在外延層內(nèi)的N型輕摻雜阱區(qū)。所述N型輕摻雜阱區(qū)具有最優(yōu)寬度，以避免襯底和體區(qū)之間的穿通。
[0053]雖然已參照幾個典型實施例描述了本實用新型，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本實用新型能夠以多種形式具體實施而不脫離實用新型的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，包括: P型襯底； 形成在P型襯底上的外延層； 形成在外延層上的場氧； 形成在外延層內(nèi)的N型阱區(qū)； 形成在外延層上的柵氧； 形成在柵氧和場氧上的多晶硅柵； 形成在外延層內(nèi)的P型基區(qū)； 形成在N型阱區(qū)內(nèi)的第一N型重?fù)诫s區(qū)； 形成在P型基區(qū)內(nèi)的第二 N型重?fù)诫s區(qū)；以及 形成在P型基區(qū)內(nèi)的P型重?fù)诫s區(qū)，所述P型重?fù)诫s區(qū)毗鄰所述第二 N型重?fù)诫s區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，進(jìn)一步包括: 形成在多晶硅柵上的正硅酸乙酯層； 形成在正硅酸乙酯層和柵氧上的層間介質(zhì)層； 與第一 N型重?fù)诫s區(qū)接觸的漏極電極； 與第二 N型重?fù)诫s區(qū)和P型重?fù)诫s區(qū)接觸的源極電極。
3.如權(quán)利要求1所述的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，還包括:形成在外延層內(nèi)與P型基區(qū)合并的深P型區(qū)。
4.如權(quán)利要求3所述的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，其中所述P型基區(qū)和深P型區(qū)的接合處為圓形，且其曲率大于0.5 μ m。
5.如權(quán)利要求3所述的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，其中所述深P型區(qū)的摻雜濃度在區(qū)間IX IO13CnT3?IX IO15CnT3之間，其注入能量為IOOKeV左右。
6.如權(quán)利要求1所述的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，還包括:形成在外延層內(nèi)P型基區(qū)下的N型輕摻雜阱區(qū)，所述N型阱區(qū)形成在所屬N型輕摻雜阱區(qū)內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，其中所述雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體應(yīng)用在襯底和P型基區(qū)之間的電勢差小于IV的場合。
8.如權(quán)利要求1所述的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，其中 從P型基區(qū)的邊緣至N型阱區(qū)的邊緣的寬度為0.8 μ m ; 從N型阱區(qū)的邊緣至第一 N型重?fù)诫s區(qū)的邊緣的寬度d2為2.5 μ m。
9.如權(quán)利要求1所述的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其特征在于，其中所述場氧為淺溝道結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L21/336GK203617299SQ201320773284
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月3日
【發(fā)明者】吉揚永, 馬蒂·E·加內(nèi)特 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司