一種橫向高壓器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，具體的說(shuō)是提出一種減小熱載流子效應(yīng)的橫向高壓器件。本發(fā)明為了克服傳統(tǒng)橫向高壓器件的熱載流子效應(yīng)問(wèn)題，在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)中設(shè)置有輕摻雜的第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)，由于輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)的引入，減小了引入?yún)^(qū)域的第一導(dǎo)電類型阱區(qū)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而也就減小了熱載流子注入到氧化層，器件由于熱載流子效應(yīng)造成的損傷降低，器件壽命增加。本發(fā)明尤其適用于橫向高壓器件。
【專利說(shuō)明】一種橫向高壓器件【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，具體的說(shuō)是提出一種減小熱載流子效應(yīng)的橫向高壓器件。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓功率器件在航天航空、工業(yè)控制及汽車電子領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作在高壓條件下時(shí)，器件溝道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大的電場(chǎng)，使得器件溝道內(nèi)的載流子滿足成為熱載流子的條件。同時(shí)，當(dāng)器件工作在高壓條件下時(shí)，器件溝道內(nèi)大的縱向電場(chǎng)會(huì)引發(fā)器件的熱載流子注入效應(yīng)，導(dǎo)致器件的導(dǎo)通電阻、飽和電流等電學(xué)特性發(fā)生退化，器件壽命減短。因而熱載流子 效應(yīng)是高壓功率器件設(shè)計(jì)中不可避免的問(wèn)題。對(duì)于橫向高壓器件，電流在硅-二氧化硅界面運(yùn)動(dòng)，熱載流子效應(yīng)更為嚴(yán)重。
[0003]對(duì)于低壓部分的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)器件，可以使用引入降低電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)(如雙擴(kuò)散漏的器件結(jié)構(gòu)等等)，以減小強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)器件的破壞作用，延長(zhǎng)器件壽命，但高壓橫向高壓器件熱載流子注入效應(yīng)不僅發(fā)生在溝道末端處，在漂移區(qū)也有很嚴(yán)重的熱載流子注入效應(yīng)。因此，對(duì)于減小高壓橫向高壓器件的熱載流子效應(yīng)，還需要格外考慮漂移區(qū)的熱載流子注入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)傳統(tǒng)橫向高壓器件的熱載流子效應(yīng)問(wèn)題，提出一種減小熱載流子效應(yīng)的橫向高壓器件。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種橫向高壓器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底1、設(shè)置在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I上層的第二導(dǎo)電類型體區(qū)2和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3 ;第二導(dǎo)電類型體區(qū)2的上層設(shè)置有相互獨(dú)立的第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)4和第二導(dǎo)電類型源區(qū)5 ;第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3上層設(shè)置有淺槽隔離區(qū)7和第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11，其中淺槽隔離區(qū)7位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)2和第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11之間；第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11的上層設(shè)置有第一導(dǎo)電類型漏區(qū)6 ;第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)4、第二導(dǎo)電類型源區(qū)5和第一導(dǎo)電類型漏區(qū)6的上端面分別設(shè)置有金屬層9 ;第二導(dǎo)電類型源區(qū)5與淺槽隔離區(qū)7之間的第二導(dǎo)電類型體區(qū)2和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3的上端面設(shè)置有柵氧化層10 ;柵氧化層10的上端面設(shè)置有多晶硅柵8 ;金屬層9之間填充氧化層13 ;其特征在于，第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3中還設(shè)置有第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12，第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12與淺槽隔離區(qū)7靠近第二導(dǎo)電類型體區(qū)2的一端連接。
[0006]具體的，所述第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12還與柵氧化層10的底部連接。
[0007]具體的，所述第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3中的深度小于淺槽隔離區(qū)7在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3中的深度。
[0008]具體的，所述第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12為分段結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的有益效果為，在不改變器件的擊穿電壓、導(dǎo)通電阻和漏極電流等電學(xué)特性的條件下，減小器件的熱載流子效應(yīng)，提高器件壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是常規(guī)的的橫向高壓器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5是實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6是實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7是實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖8是常規(guī)的的橫向高壓器件的電勢(shì)分布圖；
[0018]圖9是實(shí)施例1的電勢(shì)分布圖；
[0019]圖10是常規(guī)的橫向高壓器件及實(shí)施例1沿著硅和二氧化硅界面的縱向電場(chǎng)大小比較圖；
[0020]圖11是常規(guī)的橫向高壓器件及實(shí)施例1硅和二氧化硅界面的碰撞電離率比較圖；
[0021]圖12是常規(guī)的橫向高壓器件及實(shí)施例1沿著硅和二氧化硅界面的空穴溫度比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0023]本發(fā)明為了克服傳統(tǒng)橫向高壓器件的熱載流子效應(yīng)問(wèn)題，在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3中設(shè)置有輕摻雜的第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12，由于輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12的引入，減小了引入?yún)^(qū)域的第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而也就減小了熱載流子注入到氧化層，器件由于熱載流子效應(yīng)造成的損傷降低，器件壽命增加。
[0024]本發(fā)明的一種橫向高壓器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底1、設(shè)置在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I上層的第二導(dǎo)電類型體區(qū)2和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3 ;第二導(dǎo)電類型體區(qū)2的上層設(shè)置有相互獨(dú)立的第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)4和第二導(dǎo)電類型源區(qū)5 ;第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3上層設(shè)置有淺槽隔離區(qū)7和第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11，其中淺槽隔離區(qū)7位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)2和第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11之間；第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11的上層設(shè)置有第一導(dǎo)電類型漏區(qū)6 ;第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)4、第二導(dǎo)電類型源區(qū)5和第一導(dǎo)電類型漏區(qū)6的上端面分別設(shè)置有金屬層9 ;第二導(dǎo)電類型源區(qū)5與淺槽隔離區(qū)7之間的第二導(dǎo)電類型體區(qū)2和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3的上端面設(shè)置有柵氧化層10 ;柵氧化層10的上端面設(shè)置有多晶硅柵8 ;金屬層9之間填充氧化層13 ;其特征在于，第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3中還設(shè)置有第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12，第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12與淺槽隔離區(qū)7靠近第二導(dǎo)電類型體區(qū)2的一端連接。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]如圖2所示，本例包括:第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I，在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I上面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型體區(qū)2和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3，在第二導(dǎo)電類型體區(qū)2的表面設(shè)置有第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)4和第一導(dǎo)電類型源區(qū)5，在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3的上面設(shè)置有第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11，在第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11表面設(shè)置有第一導(dǎo)電類型漏區(qū)6，在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3的表面設(shè)置有淺槽隔離區(qū)7，在第二導(dǎo)電類型體區(qū)2的表面設(shè)有柵氧化層10且柵氧化層10自第二導(dǎo)電類型體區(qū)2延伸至第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3，在第二導(dǎo)電類型體區(qū)2表面的第一導(dǎo)電類型源區(qū)5、第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)4和柵氧化層10的以外區(qū)域及第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3表面的第一導(dǎo)電類型漏區(qū)6以外區(qū)域設(shè)有氧化層13，在柵氧化層10的上表面設(shè)有多晶硅柵8且多晶硅柵8延伸至淺槽隔離區(qū)7的表面，在淺槽隔離區(qū)7、第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)4、第一導(dǎo)電類型源區(qū)5、多晶硅柵8及第一導(dǎo)電類型漏區(qū)6的表面設(shè)有氧化層13，在第一導(dǎo)電類型源區(qū)5、第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)4、多晶硅柵8和第一導(dǎo)電類型漏區(qū)6上分別連接有金屬層9，在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12，所述的輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12位于第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3內(nèi)，且輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12覆蓋淺槽隔離區(qū)7與第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3靠近第二導(dǎo)電類型體區(qū)2的拐角。
[0027]本例的工作原理為:在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3內(nèi)，淺槽隔離區(qū)73靠近第二導(dǎo)電類型體區(qū)2 —端的拐角區(qū)域設(shè)有一個(gè)輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12，由于輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12的引入，減小了拐角區(qū)域的第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而也就減小了熱載流子注入到氧化層，器件由于熱載流子效應(yīng)造成的損傷降低，器件壽命增加。如圖10所示，在加入輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12以后，拐角區(qū)域的第一導(dǎo)電類型摻雜半導(dǎo)體區(qū)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯降低，而且隨著輕摻雜淺第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12的結(jié)深的增力口，電場(chǎng)強(qiáng)度降低的越明顯。
[0028]實(shí)施例2:
[0029]如圖3所示，本例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基本相同，不同的地方在于，本例中在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3中并未設(shè)置第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)11，該結(jié)構(gòu)中如果6為第一導(dǎo)電類型，則器件為L(zhǎng)DM0S，若6區(qū)為第二導(dǎo)電類型，則器件為IGBT。減小熱載流子效應(yīng)原理與實(shí)施例1相同。
[0030]實(shí)施例3:
[0031]如圖4所示，本例結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1不同的地方在于，本例中第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12并未與第一導(dǎo)電類型阱區(qū)3上端面的柵氧化層10接觸，減小熱載流子效應(yīng)原理與實(shí)施例1相同。
[0032]實(shí)施例4:
[0033]如圖5所示，本例結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1不同的地方在于，本例中第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12并未覆蓋淺槽隔離區(qū)7的拐角處，該結(jié)構(gòu)中第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12與柵氧化層10接觸處的垂直電場(chǎng)降低，減小了熱載流子效應(yīng)。
[0034]實(shí)施例5:
[0035]如圖6所示，本例結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1不同的地方在于，本例中第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12是橫向分段結(jié)構(gòu)，減小熱載流子效應(yīng)原理與實(shí)施例1相同。
[0036]實(shí)施例6:
[0037]如圖7所示，本例結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1不同的地方在于，本例中第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)12是縱向分段結(jié)構(gòu)，減小熱載流子效應(yīng)原理與實(shí)施例1相同。
[0038]綜上所述:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)在第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)、淺槽隔離區(qū)與第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)靠近第二型導(dǎo)電類型體區(qū)的拐角區(qū)域設(shè)有一個(gè)輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)，由于輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)的引入，減小了拐角區(qū)域的第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而也就減小了熱載流子注入到氧化層，器件由于熱載流子效應(yīng)造成的損傷降低，器件壽命增加。參照附圖10，在加入輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)以后，拐角區(qū)域的第一型導(dǎo)電類型摻雜半導(dǎo)體區(qū)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯降低，而且隨著輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)的結(jié)深的增加，電場(chǎng)強(qiáng)度降低的越明顯。
[0039]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)在第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)、淺槽隔離區(qū)與第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)靠近第二型導(dǎo)電類型體區(qū)的拐角區(qū)域設(shè)有一個(gè)輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)，由于輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)的引入，可以有效的減小淺槽隔離區(qū)與第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)靠近第二型導(dǎo)電類型體區(qū)的拐角區(qū)域的第一型導(dǎo)電類型摻雜半導(dǎo)體區(qū)附近的熱載流子溫度。參照?qǐng)D12，可以看到，在加入輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)以后，淺槽隔離區(qū)與第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)靠近第二型導(dǎo)電類型體區(qū)的拐角區(qū)域的第一型導(dǎo)電類型摻雜半導(dǎo)體區(qū)附近的熱載流子的溫度明顯減低，而且隨著輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)的結(jié)深的增加，熱載流子的溫度減低越明顯。
[0040]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)在第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)、淺槽隔離區(qū)與第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)靠近第二型導(dǎo)電類型體區(qū)的拐角區(qū)域設(shè)有一個(gè)輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)，由于輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)的引入，可以有效的減小淺槽隔離區(qū)與第一型導(dǎo)電類型阱區(qū)靠近第二型導(dǎo)電類型體區(qū)的拐角區(qū)域的第一型導(dǎo)電類型摻雜半導(dǎo)體區(qū)附近的碰撞電離率。參照?qǐng)D11，可以看到，在加入輕摻雜淺第一型導(dǎo)電類型區(qū)以后，拐角區(qū)域的第一型導(dǎo)電類型摻雜半導(dǎo)體區(qū)附近的熱載流子的碰撞電離率明顯減低。
[0041]本發(fā)明提出的方法在幾乎沒(méi)有改變器件的擊穿電壓、導(dǎo)通電阻和漏極電流等其他特性的條件下有效地抑制橫向高壓器件的熱載流子效應(yīng)。
[0042]本發(fā)明提出大方法的整個(gè)工藝過(guò)程完全可以基于標(biāo)準(zhǔn)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝線上實(shí)現(xiàn)，具有較好的兼容性。
【權(quán)利要求】
1.一種橫向高壓器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底(I)、設(shè)置在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底(I)上層的第二導(dǎo)電類型體區(qū)(2)和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)(3);第二導(dǎo)電類型體區(qū)(2)的上層設(shè)置有相互獨(dú)立的第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)(4)和第二導(dǎo)電類型源區(qū)(5)；第一導(dǎo)電類型阱區(qū)(3)上層設(shè)置有淺槽隔離區(qū)(7)和第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)(11)，其中淺槽隔離區(qū)(7)位于第二導(dǎo)電類型體區(qū)(2)和第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)(11)之間；第二導(dǎo)電類型緩沖區(qū)(11)的上層設(shè)置有第一導(dǎo)電類型漏區(qū)(6);第二導(dǎo)電類型接觸區(qū)(4)、第二導(dǎo)電類型源區(qū)(5)和第一導(dǎo)電類型漏區(qū)(6)的上端面分別設(shè)置有金屬層(9);第二導(dǎo)電類型源區(qū)(5)與淺槽隔離區(qū)(7)之間的第二導(dǎo)電類型體區(qū)(2)和第一導(dǎo)電類型阱區(qū)(3)的上端面設(shè)置有柵氧化層(10);柵氧化層(10)的上端面設(shè)置有多晶硅柵(8);金屬層(9)之間填充氧化層(13);其特征在于，第一導(dǎo)電類型阱區(qū)(3)中還設(shè)置有第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)(12)，第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)(12)與淺槽隔離區(qū)(7)靠近第二導(dǎo)電類型體區(qū)(2)的一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橫向高壓器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)(12)與柵氧化層(10)的底部連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橫向高壓器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)(12)在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)(3)中的深度小于淺槽隔離區(qū)(7)在第一導(dǎo)電類型阱區(qū)(3)中的深度。
4.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的一種橫向高壓器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型緩沖區(qū)(12)為分段結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK103985758SQ201410194278
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】喬明, 周鋅, 祁嬌嬌, 張波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)