[發(fā)明專利]高K介質(zhì)溝槽橫向超結(jié)雙擴(kuò)散金屬氧化物元素半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法

有效

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• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN108258050B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段寶興;曹震;楊鑫;謝豐耘;楊銀堂
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L21/36;H01L29/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發(fā)明提出了一種高K介質(zhì)(High?K Dielectric Pillar，HK)溝槽橫向超結(jié)雙擴(kuò)散金屬氧化物元素半導(dǎo)體場效應(yīng)管(SJ?LDMOS)及其制作方法。該器件主要是在SJ?LDMOS器件的漏端區(qū)域形成具有深溝槽的高K介質(zhì)層，其上端與漏電極相連接，下端穿過超結(jié)漂移區(qū)以及緩沖層并深入到襯底上方的外延層。深溝槽的高K介質(zhì)層與元素半導(dǎo)體材料襯底形成MIS電容結(jié)構(gòu)，在器件關(guān)斷時(shí)高K介質(zhì)層上具有均勻的電場從而可以調(diào)制SJ?LDMOS器件的體內(nèi)的電場分布，降低了器件漏端的縱向高峰電場，解決了橫向LDMOS器件隨著器件漂移區(qū)長度擊穿電壓易飽和的問題，優(yōu)化了器件擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻之間的矛盾關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是涉及一種橫向超結(jié)雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其制作方法。

背景技術(shù)

以橫向雙擴(kuò)散MOS(Lateral Double-diffused MOS，簡稱LDMOS)為代表的高耐壓、低導(dǎo)通電阻的橫向功率器件廣泛應(yīng)用在高壓集成電路(High Voltage IntegratedCircuit，簡稱HVIC)和智能功率集成電路(Smart Power Integrated Circuit，簡稱SPIC)中。超結(jié)(Super Junction，簡稱SJ)技術(shù)能夠使得在一定的擊穿電壓(Breakdown Voltage,簡稱BV)條件下具有非常低的導(dǎo)通電阻(Specific On Resistance，簡稱R_ON,sp)，被應(yīng)用于LDMOS形成SJ-LDMOS結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)功率MOS器件的極限關(guān)系。然而在SJ-LDMOS實(shí)現(xiàn)的過程中遇到了許多問題，包括襯底輔助耗盡效應(yīng)(Substrate Assisted Depletion,簡稱SAD)等問題。隨之國際上提出了一些消除SAD的器件結(jié)構(gòu)，其中采用緩沖層結(jié)構(gòu)的Buffered SJ-LDMOS器件能夠有效地消除器件本身的SAD問題。然而，隨著SJ-LDMOS器件漂移區(qū)長度的增加，在器件表面電場采用降低表面電場(Reduced Surface Field，簡稱RESURF)等技術(shù)優(yōu)化的條件下，器件的縱向電場分布并沒有優(yōu)化，從而限制了SJ-LDMOS器件的BV。

由于橫向功率器件的耐壓是由橫向和縱向電場綜合決定的，為了提高SJ-LDMOS的擊穿電壓，器件的橫向電場和縱向電場需要同時(shí)優(yōu)化。目前，優(yōu)化SJ-LDMOS器件縱向電場的技術(shù)較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出高K介質(zhì)(High-K Dielectric Pillar，HK)溝槽橫向超結(jié)雙擴(kuò)散金屬氧化物元素半導(dǎo)體場效應(yīng)管，旨在優(yōu)化SJ-LDMOS器件擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻的矛盾關(guān)系。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

該高K介質(zhì)溝槽橫向超結(jié)雙擴(kuò)散金屬氧化物元素半導(dǎo)體場效應(yīng)管，包括：

半導(dǎo)體材料的襯底；

在襯底上生長的外延層；

在所述外延層上形成的基區(qū)和緩沖層；緩沖層摻雜的濃度與緩沖層厚度的乘積滿足電荷平衡原理以消除襯底輔助耗盡效應(yīng)；

在所述緩沖層上形成的超結(jié)漂移區(qū)，超結(jié)漂移區(qū)由若干相間排列的N柱和P柱構(gòu)成；

在所述基區(qū)上臨近超結(jié)漂移區(qū)的一側(cè)形成的源區(qū)和溝道，在超結(jié)漂移區(qū)的另一側(cè)形成的漏區(qū)；

在基區(qū)中源區(qū)外側(cè)形成的溝道襯底接觸；

在源區(qū)和溝道襯底接觸表面短接形成的源電極；

對(duì)應(yīng)于溝道形成的柵絕緣層以及柵電極；

在漏區(qū)上形成的漏電極；

其特殊之處在于：