[發明專利]垂直超結雙擴散金屬氧化物半導體器件及制造方法

有效

• 申請號: 201010187367.0
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101872783A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 劉正超
• 申請（專利權）人: 上海宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/36;H01L21/336
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及功率半導體器件，尤其涉及一種垂直超結雙擴散金屬氧化物半導體器件及制造方法。

背景技術

垂直雙擴散金屬氧化物半導體(vertical?double-diffusedmetal-oxide-semiconductor，VDMOS)器件作為功率電子的重要基礎，以其高耐壓、高頻等特性常用于功率集成電路和功率集成系統中。

垂直雙擴散金屬氧化物半導體的耐壓區決定著垂直雙擴散金屬氧化物半導體的一些電學性能，例如，耐壓區的耐壓能力與它的摻雜濃度及厚度有關，垂直雙擴散金屬氧化物半導體的導通電阻也與耐壓區的摻雜濃度及厚度有關，摻雜濃度愈低，厚度愈大，耐壓能力愈高，導通電阻愈大。

對于垂直雙擴散金屬氧化物半導體，一方面期望提高垂直雙擴散金屬氧化物半導體的耐壓區的摻雜濃度，以降低垂直雙擴散金屬氧化物半導體的導通電阻，另一方面又期望降低垂直雙擴散金屬氧化物半導體的耐壓區的摻雜濃度，以提高耐壓區的耐壓能力。

圖1所示為美國專利US005216275A(公開日1993年6月1日)披露的一種垂直雙擴散金屬氧化物半導體，該VDMOS包括N⁺(或P⁺)襯底4、形成于所述N⁺(或P⁺)襯底4上的復合緩沖層(composite?buffer?layer)(該復合緩沖層就是耐壓區)、形成于所述復合緩沖層上的P(或N)擴散層3、在所述P(或N)擴散層3內形成的N⁺(或P⁺)源區2、形成于所述P(或N)擴散層3上的柵極1以及金屬電極G、S、D。

所述復合緩沖層由兩種導電類型的材料相間排列組成——P區和N區相間排列，所述復合緩沖層中的每個P區6被相鄰的N區7包圍，每個N區7被相鄰的P區6包圍。

圖2A～圖2C所示為圖1中復合緩沖層的俯視圖(top?view)，所述復合緩沖層的橫截面可以呈條狀結構(如圖2A)，即在所述復合緩沖層的橫截面上，每個長條狀N區的兩旁是P區，每個長條狀P區的兩旁是N區；可以呈六角形單元、方形單元、長方形單元或三角形單元密堆集結構，每個單元的中央是圓形、六角形、方形、長方形或三角形的N區(或P區)，其他部分是P區(或N區)，如圖2B所示，所述復合緩沖層的橫截面呈六角形單元密堆集結構，每個單元的中央是圓形N區(或P區)，其他部分是P區(或N區)；還可以呈鑲嵌式結構，即在所述復合緩沖層的橫截面上，P區及N區或者都是方形、或者都是正三角形、或者都是正六角形，P區與N區間隔排列，如圖2C所示，所述復合緩沖層的橫截面呈方形P區與方形N區間隔排列的鑲嵌式結構。

再參見圖1，所述復合緩沖層中每個P區或N區的直徑沿縱向相等。

現簡單說明所述復合緩沖層的制作方法：

—種方法是，在N⁺(或P⁺)襯底4上淀積N(或P)外延層(epi)5，在所述N(或P)外延層5內進行選擇開垂直槽51，如圖3A所示；

用P(或N)半導體材料填充所述垂直槽51即得復合緩沖層，如圖3B所示；

另一種方法是，在N⁺(或P⁺)襯底4上淀積N(或P)外延層(epi)5，通過光刻，在所述N(或P)外延層(epi)5的表面上形成圖案化的光刻膠層52，如圖4A所示；

采用離子注入法向選擇區域內注入P型(或N型)雜質，使得所述選擇區域由N區(或P區)變成P區(或N區)，即得復合緩沖層，如圖4B所示。

具有復合緩沖層的垂直雙擴散金屬氧化物半導體，在所述復合緩沖層耗盡時，兩種導電類型的材料(P區和N區)提供符號相反的電荷，其產生的電場大部分被互相抵消，因此，采用復合緩沖層作耐壓區可以提高耐壓區的摻雜濃度，降低導通電阻，如何在不影響耐壓區的耐壓能力下提高耐壓區的摻雜濃度是本領域技術人員一直探索的問題，而現有技術的復合緩沖層中每個P區或N區的直徑沿縱向相等，每個P區及N區的摻雜濃度沒有達到最大化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種垂直超結雙擴散金屬氧化物半導體器件及制造方法，在不影響耐壓區的耐壓能力下，進一步提高耐壓區的摻雜濃度。

為了達到上述的目的，本發明提供一種垂直超結雙擴散金屬氧化物半導體器件，包括P區與N區橫向相間密堆集形成的復合緩沖層、所述復合緩沖層位于襯基及擴散層之間，其特征在于，所述復合緩沖層中每個P區和每個N區的直徑沿縱向漸變。

上述垂直超結雙擴散金屬氧化物半導體器件，其中，所述復合緩沖層的厚度為6μm～70μm