N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及是一種超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。
【背景技術(shù)】
[0002]橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Lateral Double-diffused M0SFET，簡(jiǎn)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(duì)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LDMOS的擊穿電壓。LDMOS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 junct1n)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LDMOS的漂移區(qū)，就形成了超結(jié)LDM0S，簡(jiǎn)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(duì)于SJ-LDM0S，由于襯底輔助耗盡N型柱區(qū)(或P型柱區(qū))，使得器件擊穿時(shí)，P型柱區(qū)(或N型柱區(qū))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-LDMOS器件的橫向擊穿電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，改善了擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間的矛盾關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了高的擊穿電壓和低的比導(dǎo)通電阻。
[0006]本發(fā)明方案如下:
[0007]N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，包括:
[0008]P型半導(dǎo)體襯底；
[0009]位于所述P型半導(dǎo)體襯底上N型外延層表面的相鄰接的P型基區(qū)和超級(jí)結(jié)區(qū)；所述超級(jí)結(jié)區(qū)包括N型柱區(qū)和P型柱區(qū)；
[0010]位于P型基區(qū)部分表面的N型源區(qū)；
[0011]位于超級(jí)結(jié)區(qū)部分表面的N型漏區(qū)；
[0012]其特殊之處在于:
[0013]所述P型基區(qū)與N型漏區(qū)之間設(shè)置有N型摻雜埋層，覆蓋在超級(jí)結(jié)區(qū)余下部分的表面。
[0014]基于以上方案，本發(fā)明還進(jìn)一步作如下優(yōu)化:
[0015]上述超級(jí)結(jié)區(qū)采用N型柱區(qū)與P型柱區(qū)橫向周期間隔排放，各個(gè)N型柱區(qū)的寬度相同，各個(gè)P型柱區(qū)的寬度相同。進(jìn)一步的，每個(gè)N型柱區(qū)與每個(gè)P型柱區(qū)的寬度最好也相同。
[0016]上述N型摻雜埋層的橫截面為規(guī)則圖形(當(dāng)然，也可以為不規(guī)則的圖形)，以圓形或矩形為佳。
[0017]上述N型摻雜埋層的縱截面為規(guī)則圖形(當(dāng)然，也可以為不規(guī)則的圖形)，以圓形或矩形為佳。
[0018]上述N型摻雜埋層的濃度是均勻的(當(dāng)然，也可以是非均勻的)。
[0019]當(dāng)然，本發(fā)明的LDMOS也可以為P溝道，則結(jié)構(gòu)與以上N溝道方案的“P”、“N”關(guān)系對(duì)調(diào)，即改為“N型襯底”、“N型基區(qū)”、“P型源區(qū)”、“P型漏區(qū)”、“P型摻雜埋層”……在此不再贅述。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:
[0021]通過在傳統(tǒng)的SJ-LDMOS器件結(jié)構(gòu)中引入一層N型埋層，該埋層位于超級(jí)結(jié)層上方。與傳統(tǒng)的SJ-LDMOS相比，本發(fā)明通過N型埋層的作用，補(bǔ)償了超級(jí)結(jié)內(nèi)N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷不平衡，克服了襯底輔助效應(yīng)，提高了擊穿電壓；同時(shí)，N型埋層額外增加一條新的導(dǎo)電路徑，降低比導(dǎo)通電阻。因此比一般的方案擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻的優(yōu)化可以得到進(jìn)一步的提升。
[0022]本方案器件制造簡(jiǎn)單，可操作性較強(qiáng)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的三維示意圖。
[0024]圖2是圖1中漂移區(qū)沿AOC方向的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參見圖1和圖2，下面以一種N型埋層覆蓋型(N溝道)超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管為例來具體介紹本發(fā)明實(shí)施例中新結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠認(rèn)識(shí)到，該實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0026]該N型埋層覆蓋型半超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其包括:
[0027]P型半導(dǎo)體襯底I ;
[0028]位于所述P型半導(dǎo)體襯底I上N型外延層表面的相鄰接的P型基區(qū)2和超級(jí)結(jié)區(qū)；超級(jí)結(jié)區(qū)采用N型柱區(qū)4與P型柱區(qū)5橫向周期間隔排放(圖中簡(jiǎn)化示意了一個(gè)周期)，各個(gè)N型柱區(qū)的寬度相同，各個(gè)P型柱區(qū)的寬度相同；進(jìn)一步的，每個(gè)N型柱區(qū)與每個(gè)P型柱區(qū)的寬度最好也相同；
[0029]位于P型基區(qū)2部分表面的N型源區(qū)3 ；
[0030]位于超級(jí)結(jié)區(qū)部分表面的N型漏區(qū)6 ；
[0031 ] 所述P型基區(qū)與N型漏區(qū)之間設(shè)置有N型摻雜埋層7，覆蓋在超級(jí)結(jié)區(qū)余下部分的表面，即如圖1中P型基區(qū)與N型漏區(qū)之間的所有區(qū)域完全被N型摻雜埋層覆蓋。
[0032]上述N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制作方法，其步驟包括:
[0033]在所述P型半導(dǎo)體襯底上外延層中形成P型基區(qū)；
[0034]在所述P型基區(qū)中形成N型源區(qū)；
[0035]在所述P型半導(dǎo)體襯底與P型基區(qū)相鄰接的位置形成超級(jí)結(jié)區(qū)，包括橫向周期間隔排放的N型柱區(qū)和P型柱區(qū)；
[0036]在所述超級(jí)結(jié)區(qū)上形成N型埋層；
[0037]在所述N型埋層及超級(jí)結(jié)區(qū)上形成重?fù)诫sN型漏區(qū)。
[0038]具體的摻雜過程，現(xiàn)有技術(shù)中已有很成熟的技術(shù)，在此不再詳述。
[0039]本發(fā)明的技術(shù)方案，通過N型埋層的作用，補(bǔ)償了超級(jí)結(jié)內(nèi)N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷不平衡，克服了襯底輔助效應(yīng)，提高了擊穿電壓；同時(shí)，N型埋層額外增加一條新的導(dǎo)電路徑，降低比導(dǎo)通電阻。由此改善了 LDMOS的擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間的矛盾關(guān)系，因此為實(shí)現(xiàn)集成技術(shù)提供了一種新的器件結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，包括: P型半導(dǎo)體襯底； 位于所述P型半導(dǎo)體襯底上N型外延層表面的相鄰接的P型基區(qū)和超級(jí)結(jié)區(qū)；所述超級(jí)結(jié)區(qū)包括N型柱區(qū)和P型柱區(qū)； 位于P型基區(qū)部分表面的N型源區(qū)； 位于超級(jí)結(jié)區(qū)部分表面的N型漏區(qū)； 其特征在于: 所述P型基區(qū)與N型漏區(qū)之間設(shè)置有N型摻雜埋層，覆蓋在超級(jí)結(jié)區(qū)余下部分的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:所述超級(jí)結(jié)區(qū)采用N型柱區(qū)與P型柱區(qū)橫向周期間隔排放，各個(gè)N型柱區(qū)的寬度相同，各個(gè)P型柱區(qū)的寬度相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:所述N型摻雜埋層的橫截面和/或縱截面為規(guī)則圖形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:所述規(guī)則圖形為圓形或矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:所述N型摻雜埋層的濃度是均勻的。
6.P型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，包括: N型半導(dǎo)體襯底； 位于所述N型半導(dǎo)體襯底上P型外延層表面的相鄰接的N型基區(qū)和超級(jí)結(jié)區(qū)；所述超級(jí)結(jié)區(qū)包括N型柱區(qū)和P型柱區(qū)； 位于N型基區(qū)部分表面的P型源區(qū)； 位于超級(jí)結(jié)區(qū)部分表面的P型漏區(qū)； 其特征在于: 所述N型基區(qū)與P型漏區(qū)之間設(shè)置有P型摻雜埋層，覆蓋在超級(jí)結(jié)區(qū)余下部分的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:所述超級(jí)結(jié)區(qū)采用N型柱區(qū)與P型柱區(qū)橫向周期間隔排放，各個(gè)N型柱區(qū)的寬度相同，各個(gè)P型柱區(qū)的寬度相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:所述P型摻雜埋層的橫截面和/或縱截面為規(guī)則圖形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:所述規(guī)則圖形為圓形或矩形。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的N型埋層覆蓋型超結(jié)橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于:所述P型摻雜埋層的濃度是均勻的。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種新的SJ-LDMOS器件，屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在傳統(tǒng)的SJ-LDMOS器件結(jié)構(gòu)中引入一層N型埋層，該埋層位于超級(jí)結(jié)層上方。與傳統(tǒng)的SJ-LDMOS相比，本發(fā)明通過了N型埋層的作用，補(bǔ)償了超級(jí)結(jié)內(nèi)N型柱區(qū)和P型柱區(qū)之間的電荷不平衡，克服了襯底輔助效應(yīng)，提高了擊穿電壓；同時(shí)，N型埋層額外增加一條新的導(dǎo)電路徑，降低比導(dǎo)通電阻?？梢钥闯鲈摻Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻和超級(jí)結(jié)層電荷的平衡。本發(fā)明提供的新的SJ-LDMOS器件結(jié)構(gòu)還具有制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，工藝難度較低的特點(diǎn)。本發(fā)明更易滿足功率電子系統(tǒng)的應(yīng)用要求。
【IPC分類】H01L29-78, H01L29-06
【公開號(hào)】CN104733533
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510112411
【發(fā)明人】段寶興, 馬劍沖, 楊銀堂, 李春來, 袁嵩
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月13日