[發(fā)明專(zhuān)利]一種低柵極電荷功率器件及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310734227.4
• 申請(qǐng)日: 2013-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103730506A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海峰;張瑞麗;石夏雨;邱濤;陳祖銀
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州立昂微電子股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/78
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/78;H01L29/423;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種低柵極電荷功率器件及其制備方法。

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背景技術(shù)

功率金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（Power?MOSFET）結(jié)構(gòu)由于功能上的特殊性，在非常廣闊的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)、汽車(chē)電子以及功率器件等方面。以功率器件為例，如VDMOS（Vertical?double-diffused?metal?oxide?semiconductor，垂直雙擴(kuò)散MOS），VDMOS是一種電壓控制型器件，在合適的柵極電壓的控制下，半導(dǎo)體表面反型，形成導(dǎo)電溝道，于是漏極和源極之間縱向流過(guò)適量的電流。

傳統(tǒng)的VDMOS器件在工作時(shí)，溝道形成于柵區(qū)兩側(cè)，該結(jié)構(gòu)由于多晶硅柵與漏極之間有較大的接觸部分，即柵區(qū)與漏極的相對(duì)的非溝道面積較大，導(dǎo)致柵極電荷（Qg）較高，柵區(qū)與漏極之間的電容大，這會(huì)顯著增加開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)功耗。

目前通常通過(guò)增大柵氧化層整體厚度的方式來(lái)降低柵區(qū)與漏極之間的電容，以減小柵極電荷（Qg），傳統(tǒng)功率器件中柵區(qū)的柵氧化層為平面結(jié)構(gòu)的一體式柵氧化層，即柵氧化層的截面為矩形，由于傳統(tǒng)的一體式柵極氧化層是經(jīng)一次生長(zhǎng)、刻蝕后得到，因此，在增大柵氧化層厚度的同時(shí)也會(huì)增加與溝道接觸的柵極氧化層垂直厚度，而與溝道接觸的柵極氧化層垂直厚度增加，會(huì)增大器件的開(kāi)關(guān)電壓，從而會(huì)影響功率器件的開(kāi)關(guān)速度。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的功率器件柵極電荷（Qg）較高，柵區(qū)與漏極之間的電容大，會(huì)顯著增加開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)功耗的問(wèn)題，提供了一種低柵極電荷功率器件，本發(fā)明器件中的柵氧化層包括主柵氧化層與次柵氧化層，且次柵氧化層與主柵氧化層之間形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加主柵氧化層的厚度，在不影響器件開(kāi)關(guān)速度的情況下，以降低柵區(qū)與漏極之間的電容，達(dá)到減小柵極電荷的目的。

本發(fā)明還提供了一種低柵極電荷功率器件的制備方法，該制備方法工藝步驟簡(jiǎn)單，能在兼容現(xiàn)有工藝的情況下，降低柵區(qū)與漏極之間的電容，有效減小器件的柵極電荷。?

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為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種低柵極電荷功率器件，包括漏極、位于漏極上的N+型襯底及位于N+型襯底上的N-型漂移區(qū)，所述N-型漂移區(qū)的兩側(cè)肩部位置設(shè)有P+型溝道區(qū)域，P+型溝道區(qū)域頂面設(shè)有N+型源極區(qū)域，所述N-型漂移區(qū)上設(shè)有柵區(qū)，所述柵區(qū)上設(shè)有源極，所述柵區(qū)包括位于N-型漂移區(qū)上的柵氧化層，所述柵氧化層上設(shè)有多晶硅柵，所述多晶硅柵上設(shè)有ILD絕緣層，所述柵氧化層包括主柵氧化層以及位于主柵氧化層兩側(cè)的次柵氧化層，所述主柵氧化層位于N-型漂移區(qū)上方并與N-型漂移區(qū)接觸，且主柵氧化層的寬度小于等于N-型漂移區(qū)頂面的寬度，所述次柵氧化層的外側(cè)邊緣延伸至與之鄰近的N+型源極區(qū)域頂面上方，并與N+型源極區(qū)域接觸，次柵氧化層與主柵氧化層之間形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)。由公式C=εS/4πkd（ε、4πk為常數(shù)，S為與溝道接觸的柵極氧化層面積，d為柵極氧化層的整體厚度）可知，為降低柵區(qū)與漏極之間的電容，需增大柵氧化層的整體厚度，但是傳統(tǒng)的柵氧化層為一體式柵氧化層，在增大整體厚度時(shí)的同時(shí)也會(huì)增大與溝道接觸的柵極氧化層的垂直厚度，而與溝道接觸的柵極氧化層的垂直厚度增大會(huì)提高器件的開(kāi)關(guān)電壓，會(huì)影響功率器件的開(kāi)關(guān)速度。因此，本發(fā)明的器件摒棄傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)的一體式柵氧化層，采用由主柵氧化層與次柵氧化層構(gòu)成的組合式柵氧化層，由于本發(fā)明中的次柵氧化層與主柵氧化層之間形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)，且主柵氧化層的寬度小于等于N-型漂移區(qū)頂面的寬度，可單獨(dú)增大主柵氧化層的厚度以增大柵氧化層的整體厚度而不影響與溝道接觸的次柵極氧化層的垂直厚度，從而在不影響器件開(kāi)關(guān)速度的前提下，降低柵區(qū)與漏極之間的電容，以達(dá)到減小柵極電荷，降低開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)功耗的目的，本發(fā)明中的柵氧層為常規(guī)的SiO₂層。

作為優(yōu)選，所述主柵氧化層的厚度為3000~8000埃米。

作為優(yōu)選，所述次柵氧化層的厚度為800~1500埃米。

作為優(yōu)選，所述漏極的厚度為5000～15000埃米。

一種低柵極電荷功率器件的制備方法，包括以下步驟：

（1）在N+型襯底上形成N-型外延層。

（2）在N-型外延層上生長(zhǎng)主柵氧化層結(jié)構(gòu)，主柵氧化層結(jié)構(gòu)經(jīng)刻蝕后形成主柵氧化層。本發(fā)明中必須先形成主柵氧化層，再形成次柵氧化層，才能保證次柵氧化層與主柵氧化層之間形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)，否則得不到的臺(tái)階結(jié)構(gòu)不完整。

（3）在N-型外延層上生長(zhǎng)次柵氧化層結(jié)構(gòu)。