[發明專利]垂直雙擴散MOS管及其制造方法

有效

• 申請號: 201110102998.2
• 申請日: 2011-04-22
• 公開（公告）號: CN102184958A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 邵麗;克里絲
• 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;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，尤其是功率半導體器件中的垂直雙擴散MOS管及其制造方法。

背景技術

功率MOS管是在集成電路工藝基礎上發展起來的新一代電力電子開關器件，利用此類器件，可在微電子工藝基礎上實現電力設備高功率、大電流的要求。功率MOS管主要包括垂直雙擴散MOS管(VDMOS，vertical?doublediffused?MOSFET)和橫向雙擴散MOS管(LDMOS，lateral?double?diffusedMOSFET)兩種類型。其中，垂直雙擴散MOS管即為垂直導電的雙擴散型MOS管，與早期的MOS器件不同，它的漏極布置到與源極、柵極相反的另一表面，且作為功率器件，一般采用多元胞并聯以增大通態電流。由于其獨特的高輸入阻抗、低驅動功率、高開關速度、優越的頻率特性、以及很好的熱穩定性等特點，廣泛地應用于開關電源、汽車電子、馬達驅動、工業控制等領域。

請參閱圖1，垂直雙擴散MOS管的結構包括：

N型襯底101，所述N型襯底101具有第一表面1011和與之相對的第二表面1012；漏極110，位于所述第一表面1011；N型外延層102，位于所述第二表面1012；P阱區103，位于所述N型外延層102內，且所述P阱區103的上表面與N型外延層102上表面齊平；N⁺源區104，位于P阱區103表面，所述N⁺源區104的上表面與所述N型外延層102的上表面齊平；源極108，位于P阱區103表面，所述源極108與所述N⁺源區104和所述P阱區103相接觸；柵極結構120，所述柵極結構120包括部分位于N型外延層102、P阱區103和N⁺源區104表面的柵介質層106、以及位于柵介質層106表面的柵極層105；側墻107，位于柵極結構120的兩側的N型外延層102表面。

在現有技術的垂直雙擴散MOS管中，因N⁺源區104與P阱區103之間、P阱區103與外延層102之間形成兩個背靠背的PN結二極管，構成了一個寄生的NPN三極管，其導電的通道是與垂直雙擴散MOS管的正常工作電流Id通道并行連接的，如不阻止這個寄生三極管的導通，則可能會出現二次擊穿。

公開號為CN101404292A的中國專利申請在垂直雙擴散MOS管器件在外延層與P阱區之間引入一層摻雜層以降低導通電阻：對于N溝道垂直雙擴散MOS管器件而言，該摻雜層為位于P型襯底和N阱區之間的N⁺層；對于P溝道垂直雙擴散MOS管器件而言，該摻雜層為位于N型襯底和P阱區之間的P⁺層。與現有技術相比，該專利申請所提供方案增大了電子流經的截面積，可獲得較低的導通損耗，而且使得垂直雙擴散MOS管固有體二極管的正向導通壓降和反向恢復特性得到優化，在降低其正向導通壓降的同時也使得反向恢復時間也有所減小。但是此種方法只降低了N型外延層的電阻，并沒有減少P阱區的電阻，寄生三極管發生二次擊穿的可能性并沒有減少，因而對垂直雙擴散MOS管的穩定性提高有限。因此，有必要提出一種新的垂直雙擴散MOS管結構，進一步提高垂直雙擴散MOS管的工作穩定性。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種減小二次擊穿、提高工作穩定性的垂直雙擴散MOS管及其制造方法。

為解決上述問題，發明人提出一種垂直雙擴散MOS管，包括：

N型襯底，包括第一表面及與所述第一表面相對的第二表面；

位于所述第一表面的漏極；位于所述第二表面的N型外延層；

位于所述N型外延層內的P阱區，所述P阱區的上表面與N型外延層上表面齊平；

位于所述P阱區表面的P⁺離子層；

位于所述P阱區和P⁺離子層表面的N⁺源區，所述N⁺源區的上表面與所述N型外延層上表面齊平；

位于所述P⁺離子層和N⁺源區表面的源極，所述源極的上表面與N型外延層上表面齊平；

柵極結構，所述柵極結構包括部分位于N型外延層、P阱區和N⁺源區表面的柵介質層、以及位于柵介質層表面的柵電極層；

位于柵極結構的兩側的N型外延層表面的側墻。

可選地，所述P⁺離子層摻雜的濃度為10¹⁹～10²⁰/cm³。