[發(fā)明專利]一種提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件及其制備工藝

有效

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• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN101976681A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設計）人: 孫偉鋒;錢欽松;孫俊;蘇展;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/735
• 分類號: H01L29/735;H01L29/06;H01L21/265;H01L21/762;H01L21/329
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術領域：

本發(fā)明涉及功率半導體器件領域，更具體的說，是關于一種適用于高壓大電流應用的提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件及其制備工藝。

背景技術：

隨著人們對現(xiàn)代化生活需求的日益增強，功率集成電路產(chǎn)品的性能越來越受到關注，其中功率集成電路處理高電壓、大電流的能力越來越成為最為主要的性能指標之一。決定功率集成電路處理高電壓、大電流能力大小的因素除了功率集成電路本身電路結構、設計以及電路所采用的制造工藝之外，相同面積的單個器件能通過的電流能力是衡量功率集成電路性能和成本的關鍵。

由于功率半導體器件是電力電子系統(tǒng)進行能量控制和轉換的基本電子元件，電力電子技術的不斷發(fā)展為半導體功率器件開拓了廣泛的應用領域，而半導體功率器件的導通電阻和擊穿電壓等特性則決定了電力電子系統(tǒng)的效率、功耗等基本性能。

近來絕緣體上硅制造技術日益成熟，與通過傳統(tǒng)的體型襯底硅晶圓生產(chǎn)的芯片相比，基于絕緣體上硅的芯片結構中絕緣層把活動硅膜層與體型襯底硅基板分隔開來，因此大面積的PN結將被介電隔離取代。各種阱可以向下延伸至氧化埋層，有效減少了漏電流和結電容。其結果必然是大幅度提高了芯片的運行速度，拓寬了器件工作的溫度范圍。隨著絕緣體上硅的橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管的出現(xiàn)，它以普通橫向雙擴散金屬氧化物半導體晶體管無法比擬的優(yōu)點(功耗低、抗干擾能力強、集成密度高、速度快、消除閂鎖效應)而得到學術界和工業(yè)界的廣泛垂青。

絕緣柵雙極型晶體管綜合了雙極型晶體管和絕緣柵場效應管器件的優(yōu)點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

目前，功率半導體單個器件一般都采用圓形或跑道型的對稱結構。在某些需要處理大電流的場合，不得不通過增大器件面積來達到目的。而這一做法的缺點就是降低了芯片的集成度，從而芯片的成本將隨之提高。如何在不增大器件面積的前提下，有效提高單個器件的電流處理能力越來越受到功率集成電路設計者們的關注。這也成為功率器件設計上的一個難題。

發(fā)明內容：

本發(fā)明提供一種能夠有效提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件及其制備工藝。

本發(fā)明就是針對這一問題，通過改變P型緩沖區(qū)14的注入窗口的位置而得到一種使得器件電流密度大幅提高的新型絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種提高電流密度的N型絕緣體上硅橫向器件，N型半導體襯底，在半導體襯底上面設置有埋氧化層，在埋氧化層上設有N外延層，在N外延層和上面設有P型漂移區(qū)與N型阱區(qū)，在N阱區(qū)表面設有P型源區(qū)和N型接觸區(qū)，在P型漂移區(qū)上設有P型緩沖區(qū)，P型緩沖層上方設有N型漏區(qū)，在N外延層的表面還設有柵氧化層，且柵氧化層自N外延層6延伸至P型漂移區(qū)，在N外延層表面的P型源區(qū)、N型接觸區(qū)和柵氧化層以外的區(qū)域及P型漂移區(qū)表面的P型漏區(qū)以外的區(qū)域設有場氧化層，在柵氧化層的表面設有多晶硅柵且多晶硅柵延伸至場氧化層的表面，在場氧化層、N型接觸區(qū)、P型源區(qū)、多晶硅柵及P型漏區(qū)的表面設有氧化層，在P型源區(qū)、N型接觸區(qū)、多晶硅柵和N型漏區(qū)上分別連接有金屬層。所述的提高電流密度的高壓P型絕緣體上硅橫向器件的P型緩沖區(qū)為P型環(huán)狀緩沖區(qū)且所述P型環(huán)狀緩沖區(qū)向內擴散形成P型緩沖擴散區(qū)。

制造上述提高電流密度的P型絕緣體上硅橫向器件制備工藝為：

第一步，在SOI上生長N型外延層；

第二步，光刻、注入硼離子、擴散，生成P型漂移區(qū)；光刻、注入磷與砷離子、擴散，生成N阱區(qū)；

第三步，光刻、注入硼離子，形成環(huán)形P型緩沖區(qū)，再經(jīng)過熱擴散生成P型緩沖擴散區(qū)；

第四步，生長場氧化層、刻蝕、生長柵氧；

第五步，多晶硅柵淀積、回刻；

第六步，光刻、源區(qū)與漏區(qū)注入、擴散；

第七步，刻蝕氧化層形成接觸孔；

第八步，金屬層淀積、光刻、刻蝕，形成金屬層。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：