[發明專利]一種橫向擴散MOS場效應晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202011270506.6
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112382656A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 宋坤;王英民;孫有民;薛智民;王小荷;曹磊
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開一種橫向擴散MOS場效應晶體管及其制備方法，晶體管包括由下至上依次設置的襯底硅層、埋氧層和硅膜層；硅膜層的兩端分別形成阱、漏極，并在阱與漏極之間形成超薄硅層漂移區；阱上具有源級、柵極，漂移區上具有場板；所述硅膜層的阱與漏極之間減薄形成頂部下凹的超薄漂移區；漂移區自阱至漏極方向的摻雜濃度線性遞增，使得漂移區能夠形成平緩橫向電場分布，大幅提升了器件擊穿電壓；所述漂移區的厚度小于硅膜層兩端的厚度。與現有的LDMOS相比，該晶體管結構簡單，在具有高擊穿電壓的同時具有低的開啟電壓，易于與BCD工藝技術兼容，為高壓及功率集成電路的設計及工藝制造提供了更多選擇性。

技術領域

本發明涉及MOS場效應晶體管技術領域，特別涉及一種超高耐壓、低開啟閾值的橫向擴散MOS場效應晶體管及其制備方法。

背景技術

隨著通信設備、電源管理、汽車電子系統等向小型化、智能化和節能化方向發展，其中應用的高壓智能功率模塊需求將各類高、低壓電路，如邏輯控制、信號轉換、功率輸出等模塊制作在一塊芯片上，同時集成橫向擴散金屬氧化物場效應晶體管(LDMOS)、互補型金屬氧化物場效應晶體管(CMOS)、雙極型晶體管(BJT)、以及電阻、電容等無源器件，即BCD(Bipolar、CMOS、DMOS)工藝技術，因該技術提升了電路綜合性能與設計的靈活性，在航空航天、雷達、大型電網等領域也獲得了廣泛應用。

傳統的雙極型工藝、CMOS工藝均已成熟，BCD工藝技術的研究熱點集中在提升LDMOS器件的性能以及其與雙極、CMOS工藝的集成領域。在高壓LDMOS的耐壓技術研究中，應用最普遍的是采用SOI襯底，并引入RESURF(Reduce Surface Field)原理，飛利浦公司在1998年實現該技術的量產應用。在改善漂移區電場分布方面，漂移區分區摻雜、漂移區線性變摻雜、場板(Field plate)等技術相應產生，相關研究實現了基于SOI材料耐壓達600V以上的LDMOS器件，但對于更高擊穿電壓的提升作用有限。此外，相關研究將超結(SuperJunction)結構應用于SOI高壓器件中，在一定程度上改善了擊穿電壓與導通電阻的制約關系，但相應的工藝復雜度高，實現難度大，難以與雙極、CMOS器件工藝有效兼容。

發明內容

為了克服傳統高壓LDMOS面積大、工藝復雜的問題，同時考慮LDMOS器件與功率集成芯片BCD工藝的兼容性，本發明專利提出一種超高耐壓、低開啟閾值的橫向擴散MOS場效應晶體管及其制備方法。與現有的LDMOS相比，該晶體管結構簡單，在具有高擊穿電壓的同時具有低的開啟電壓，在功率集成電路中應用中輸入信號可與TTL電平兼容，提升了電路設計的靈活性。

本發明的技術方案是：

一種橫向擴散MOS場效應晶體管，包括由下至上依次設置的襯底硅層、埋氧層和硅膜層；硅膜層的兩端分別形成阱、漏極，并在阱與漏極之間形成超薄硅層漂移區；阱上具有源級、柵極，漂移區上具有場板；

所述硅膜層的阱與漏極之間通過減薄硅層厚度形成頂部下凹的漂移區；且漂移區從阱至漏極方向摻雜濃度線性遞增，使得漂移區能夠形成平緩的橫向電場分布；所述漂移區的厚度小于硅膜層兩端的厚度。

作為本發明的進一步改進，所述漂移區的厚度在0.3μm～0.2μm及以下范圍。

作為本發明的進一步改進，所述線性變摻雜的濃度量級范圍為1×10¹⁵/cm³～1×10¹⁷/cm³。

作為本發明的進一步改進，所述場板長度為1～3μm。

作為本發明的進一步改進，所述硅膜兩端厚度為2μm～4μm。

一種橫向擴散MOS場效應晶體管的制備方法，包括以下步驟：

在絕緣物上硅襯底頂層上形成隔離區；