專利名稱：一種n型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的制作方法
技術領域：
本發明涉及功率半導體器件技術領域，更具體的說，是關于提高縱向耐壓的一種漏端帶有縱向超結結構的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管。
背景技術：
功率半導體器件是電力電子系統中進行能量控制和轉換的基本元件，電力電子技術的不斷發展為功率半導體器件開拓了廣泛的應用領域。以具有較快的開關速度、較寬的安全工作區特點的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管為代表的現代電力電子器件和相關產品在計算機、通訊、消費電子、汽車電子為代表的4C產業中發揮著重要作用。如今，功率器件正向著提高工作電壓、增加工作電流、減小導通電阻和集成化的方向發展。超結的發明是功率金屬氧化物半導體晶體管技術上的一個里程碑。功率器件廣泛應用于電力電子領域，許多的應用場合要求其必須能夠承受較高的電壓。而器件的耐壓由橫向上的耐壓和縱向上的耐壓兩者共同決定。提高橫向耐壓通常采用RESURF (減小表面電場)，浮空場限環，VLD (漂移區變摻雜)等技術，目前已能將橫向耐壓提高到很高的水平(1000V以上)，此時，器件的擊穿很多時候發生在縱向結構上，因此，功率器件的縱向耐壓成為決定器件耐壓的關鍵因素。傳統的提高縱向耐壓的方法是增大器件的外延層厚度，但厚的外延層在工藝上勢必增加隔離難度.同時也使外延時間加長，增加成本，所以為了滿足高、低壓兼容的需要，在硅基中采用超薄外延橫向技術已成為發展的趨勢。因此在橫向耐壓足夠高時，就有必要對 器件縱向結構進行優化，從而提高器件的縱向耐壓，進而提高整個功率器件的擊穿電壓。

發明內容
本發明提供一種N型縱向高耐壓橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，本發明能提高器件的縱向耐壓，從而提高整個器件的擊穿電壓。本發明采用如下技術方案—種N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，包括P型硅襯底，在P型硅襯底上設有N-漂移區、P型體區及超結結構，超結結構由連接漏區及襯底方向相間分布的N型區和P型區構成，且P型硅襯底的上表面為N-漂移區、P型體區及超結結構覆蓋，在P型體區上方設有N型源區、P型體接觸區及柵氧化層，在N-漂移區上方設有N型緩沖層，在N型緩沖層上方設有N型漏區，在柵氧化層上方設有多晶硅柵，在N型源區、P型體接觸區、多晶硅柵、N-漂移區、N型漏區上方設有場氧化層，在N型源區及P型體接觸區上接有穿通場氧化層的第一金屬引線，多晶硅柵接有穿通場氧化層的第二金屬引線，N型漏區接有穿通場氧化層的第三金屬引線。與現有技術相比，本發明具有如下優點I、本發明的帶有超結結構的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管采用了新結構，即在N型緩沖層13和P型襯底I之間加入N型區和P型區相間分布的超結結構。相對于傳統的沒有縱向超結的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管(圖2)，本發明實現了三個面的耗盡，即超結結構中的N型區14和P型區15之間的側面的耗盡，超結結構中的P型區15頂部與漏端N型緩沖層13底部之間的耗盡，超結結構中的N型區14底部與P型襯底I之間的耗盡。這樣的耗盡機制使超結結構中的N型區14和P型區15之間完全耗盡，這相當于在N型緩沖層13和P型襯底I之間加入了一層介質層，使N型緩沖層13和P型襯底I形成PIN的二極管結構，其電場結構如圖3所示，而圖4為傳統的沒有超結結構的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的電場分布，因為器件的縱向耐壓正是對圖3和圖4所示電場進行積分，從圖3和圖4的比較可以看出，帶有超結結構的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的新型結構耐壓比沒有超結的傳統的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的耐壓高，因此采用帶有縱向超結的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的新型結構提高了器件的耐壓。2、本發明的帶有超結結構的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，由于漏端下的超結結構完全耗盡，與傳統的沒有縱向超結結構的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管相比，具有在相同耐壓下外延厚度較小，或相同厚度的外延層時，具有更 聞的耐壓。3、本發明的帶有超結結構的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，完全基于現有的制備橫向雙擴散晶體管的工藝，具有較好的兼容性。4、本發明的帶有超結結構的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管散熱性好，成本低。


圖I是本發明所述的漏端帶有縱向超結的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管。圖2是本發明所述的傳統的漏端沒有縱向超結的N型橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管。圖3是本發明所述的漏端帶有縱向超結的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的超結耗盡原理及超結附近的電場分布。圖4是本發明所述的漏端帶沒有有縱向超結的N型橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的P襯底N-漂移區結附近的電場分布。圖5是本發明所述的漏端帶有縱向超結的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管(new structure)與漏端沒有縱向超結的N型橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管(original structure)的關態擊穿電壓比較圖。
具體實施例方式參照圖1，一種N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，包括P型硅襯底1，在P型硅襯底I上設有N-漂移區2、P型體區3及超結結構，超結結構由連接漏區及襯底方向相間分布的N型區14和P型區15構成，且P型硅襯底I的上表面為N-漂移區2、P型體區3及超結結構覆蓋，在P型體區3上方設有N型源區4、P型體接觸區5及柵氧化層8，在N-漂移區2上方設有N型緩沖層13，在N型緩沖層13上方設有N型漏區12，在柵氧化層8上方設有多晶硅柵9，在N型源區4、P型體接觸區5、多晶硅柵9、N-漂移區
2、N型漏區12上方設有場氧化層6，在N型源區4及P型體接觸區5上接有穿通場氧化層6的第一金屬引線7，多晶硅柵9接有穿通場氧化層6的第二金屬引線10，N型漏區接有穿通場氧化層6的第三金屬引線11。本實例中還采用如下的技術措施來進一步提高本發明的性能所述的超結結構的寬度比N型漏區的寬度大。 所述的超結結構可以采用多次外延和離子注入工藝形成。本發明采用如下方法來制備
I、選擇一塊P型硅襯底，對其進行清洗，然后按區域進行硼離子注入或磷離子注入，之后進行外延，再進行離子注入，如此進行多次離子注入和外延，經高溫擴散即可形成超結結構。2、然后離子注入形成N-漂移區和N型緩沖層，之后通過離子注入和高溫擴散形成P型體區，接著進行場氧的生長，并進行場注，調整溝道閾值電壓，然后進行柵氧化層生長，淀積刻蝕多晶硅形成多晶硅柵和多晶硅場板，源漏注入形成N型源區、P型體接觸區和N型漏區，然后淀積場氧化層。3、刻蝕場氧化層，形成N型源區、P型體接觸區、多晶硅柵及N型漏區的金屬電極引出孔，淀積金屬層，刻蝕金屬層形成N型超結橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的N型源區、P型體接觸區的引出電極，多晶硅柵的引出電極和N型漏區的引出電極。最后，進行鈍化處理。
權利要求
1.一種N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，包括P型硅襯底(I)，在P型硅襯底⑴上設有N-漂移區(2)及P型體區(3)，且P型硅襯底⑴的上表面為N-漂移區⑵及P型體區(3)覆蓋，在P型體區(3)上方設有N型源區(4)、P型體接觸區(5)及柵氧化層(8)，在N-漂移區(2)上方設有N型緩沖層(13)，在N型緩沖層(13)上方設有N型漏區(12)，在柵氧化層(8)上方設有多晶硅柵(9)，在N型源區(4)、P型體接觸區(5)、多晶硅柵(9)、N-漂移區(2)、N型漏區(12)上方設有場氧化層(6)，在N型源區(4)及P型體接觸區(5)上接有穿通場氧化層(6)的第一金屬引線(7)，多晶硅柵(9)接有穿通場氧化層(6)的第二金屬引線(10)，N型漏區接有穿通場氧化層(6)的第三金屬引線(II)，其特征在于，在P型硅襯底(I)上設有超結結構，超結結構由連接漏區及襯底方向相間分布的N型區(14)和P型區(15)構成。
2.根據權利要求I所述的N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，其特征在于，超結結構寬度要比N型漏區(12)大。
全文摘要
一種N型縱向高耐壓的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管，包括P型硅襯底，在P型硅襯底上設有N-漂移區及P型體區，且P型硅襯底的上表面為N-漂移區及P型體區覆蓋，在P型體區上方設有N型源區、P型體接觸區及柵氧化層，在N-漂移區上方設有N型緩沖層，在N型緩沖層上方設有N型漏區，在柵氧化層上方設有多晶硅柵，在N型源區、P型體接觸區、多晶硅柵、N-漂移區、N型漏區上方設有場氧化層，在N型源區及P型體接觸區上接有穿通場氧化層的第一金屬引線，多晶硅柵接有穿通場氧化層的第二金屬引線，N型漏區接有穿通場氧化層的第三金屬引線，其特征在于，在P型硅襯底上設有超結結構，超結結構由連接漏區及襯底方向相間分布的N型區和P型區構成。
文檔編號H01L29/78GK102867845SQ20121036619
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者祝靖, 林吉勇, 楊卓, 錢欽松, 孫偉鋒, 陸生禮, 時龍興 申請人:東南大學