專利名稱：三維多柵高壓p型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，尤其涉及一種可用于集成電路的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管。
背景技術(shù)：
橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體高壓器件具有開(kāi)關(guān)特性好、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，更為重要的是橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體型高壓器件易于兼容標(biāo)準(zhǔn)低壓金屬氧化物半導(dǎo)體工藝，降低芯片的生產(chǎn)成本，因此在10V-600V的應(yīng)用范圍內(nèi)金屬氧化物半導(dǎo)體型高壓集成器件具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。采用SOI材料(絕緣體上硅結(jié)構(gòu))做成的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體高壓器件具有更好的擊穿特性，更好的溫度特性，同時(shí)和其他電路的隔離更加容易和有效。但是橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體高壓器件最大的缺點(diǎn)就是導(dǎo)通電阻大，電流密度小。但是，在許多高壓集成芯片的應(yīng)用中，要求芯片的輸出功率很大，這就要求芯片具有較大的輸出電流。正是由于應(yīng)用要求的不斷提高，大電流的金屬氧化物半導(dǎo)體型高壓器件的新型結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，但是這些結(jié)構(gòu)還都沒(méi)有最大地利用芯片面積，在相同的擊穿電壓下，還沒(méi)有達(dá)到最小的導(dǎo)通電阻和最大的飽和電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)緊湊且能與標(biāo)準(zhǔn)SOI金屬氧化物半導(dǎo)體工藝相兼容的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，本發(fā)明在相同的擊穿電壓下，導(dǎo)通電阻小于傳統(tǒng)的高壓橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的三分之一，而電流密度增加2倍以上。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用作高壓器件的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括P型襯底，在P型襯底上設(shè)有氧化層，在氧化層上設(shè)有柱狀P型漂移區(qū)，在氧化層上且位于P型漂移區(qū)兩端分別相鄰設(shè)置P型漏和P溝道，在氧化層上且位于與P溝道相鄰的位置設(shè)有P型源，在P型漂移區(qū)的表面包覆有場(chǎng)氧化層，在P溝道的表面包覆有柵氧層，在場(chǎng)氧化層和柵氧層的表面包覆有多晶硅層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明引入的硅-氧化層-硅的結(jié)構(gòu)，這就自然形成了SOI結(jié)構(gòu)，SOI結(jié)構(gòu)材料和普通的硅材料相比，在SOI材料上制備的橫向雙擴(kuò)散P型高壓器件具有更好的擊穿特性，具有更好的溫度特性。
(2)本發(fā)明引入的SOI橫向雙擴(kuò)散P型高壓器件與傳統(tǒng)的硅材料橫向雙擴(kuò)散P型高壓器件相比，首先在制備材料上不同，然后其制備工藝不同，必須采用新的制備工藝。通過(guò)新的制備工藝可以在相同的版圖面積上增加2-3個(gè)多晶硅柵，將這2-3個(gè)多晶硅柵在制備時(shí)連在一起，從而增加了2-3個(gè)溝道，雖然由于在各個(gè)面的載流子的遷移率不同，導(dǎo)通電阻不會(huì)降低3倍，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明導(dǎo)通電阻將是傳統(tǒng)的三分之一左右，而飽和電流是傳統(tǒng)的3倍左右，這兩個(gè)特性將根據(jù)不同的制備方法有所變化，但是橫向雙擴(kuò)散P型高壓器件的性能得到了大大的提高，可以大大降低橫向雙擴(kuò)散P型高壓器件的功耗。
(3)與普通的硅材料相比，在SOI材料上制備的橫向雙擴(kuò)散P型高壓器件更加容易和其他器件隔離，而且隔離效果更加。
(4)本發(fā)明制備的SOI橫向雙擴(kuò)散P型高壓器件易與標(biāo)準(zhǔn)的SOI低壓工藝兼容集成。
(5)本發(fā)明不僅在硅表面形成溝道，而且在硅體內(nèi)形成了3個(gè)溝道，這樣充分利用芯片面積，使得芯片結(jié)構(gòu)更加緊湊，因此在達(dá)到同樣的芯片性能情況下，芯片面積可以大大節(jié)省。
(6)本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，可以基于現(xiàn)有的CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，因此可以兼容現(xiàn)有的CMOS工藝，從而實(shí)現(xiàn)功率集成電路的加工制備。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例A-A′的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例B-B′結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例C-C′的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的局部結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
一種用作高壓器件的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括P型襯底1，在P型襯底1上設(shè)有氧化層2，在氧化層2上設(shè)有柱狀P型漂移區(qū)3，在氧化層2上且位于P型漂移區(qū)3兩端分別相鄰設(shè)置P型漏4和P溝道5，在氧化層2上且位于與P溝道5相鄰的位置設(shè)有P型源6，在P型漂移區(qū)3的表面包覆有場(chǎng)氧化層7，在P溝道5的表面包覆有柵氧層8，在場(chǎng)氧化層7和柵氧層8的表面包覆有多晶硅層9，在本實(shí)施例中，在氧化層2上且位于P型漂移區(qū)3和P溝道5的下方設(shè)有空腔21，在空腔21內(nèi)設(shè)有場(chǎng)氧化底層71、柵氧底層81和多晶硅底層91，場(chǎng)氧化底層71位于P型漂移區(qū)3的下方且P型漂移區(qū)3被設(shè)置于由場(chǎng)氧化層7與場(chǎng)氧化底層71圍成的空間內(nèi)，柵氧底層81位于P溝道5的下方且P溝道5被設(shè)置于由柵氧層8與柵氧底層81圍成的空間內(nèi)，多晶硅底層91位于場(chǎng)氧化底層71與柵氧底層81下方，上述柵氧層8和柵氧底層81及部分場(chǎng)氧化層7和場(chǎng)氧化底層71位于由多晶硅層9與多晶硅底層91圍成的空間內(nèi)。
實(shí)施例2一種用于制造權(quán)利要求1所述的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的制備工藝，其特征在于先制備P型襯底，再在P型襯底制備氧化層，在氧化層上生長(zhǎng)P型硅，在一部分P型硅上進(jìn)行P型摻雜，形成P型漂移區(qū)，在P型漂移區(qū)的兩側(cè)表面和上表面濕熱氧化生長(zhǎng)并形成場(chǎng)氧化層，在另一部分P型硅上進(jìn)行N型摻雜，形成P型溝道，在P型溝道的兩側(cè)表面和上表面上干熱氧化生長(zhǎng)并形成柵氧化層，在P型溝道的兩側(cè)表面和上表面以及P型漂移區(qū)的部分兩側(cè)表面和上表面上淀積多晶硅并形成多晶硅層，最后，進(jìn)行源、漏P型雜質(zhì)注入，刻孔和金屬引線制備，在本實(shí)施例中，在氧化層上且位于P型漂移區(qū)及P型溝道下方的區(qū)域刻蝕空腔，在空腔的底部淀積多晶硅，并刻蝕掉多余的多晶硅，形成多晶硅底層，再在空腔內(nèi)淀積二氧化硅，形成場(chǎng)氧化底層和柵氧化底層，然后進(jìn)行表面拋光，使氧化層、場(chǎng)氧化底層和柵氧化底層在同一個(gè)平面上，在P型漂移區(qū)的兩側(cè)表面和上表面濕熱氧化生長(zhǎng)并形成場(chǎng)氧化層時(shí)，將場(chǎng)氧化層與場(chǎng)氧化底層連接，在P型溝道的兩側(cè)表面和上表面上干熱氧化生長(zhǎng)并形成柵氧化層時(shí)，將柵氧化層與柵氧化底層連接，在P型溝道的兩側(cè)表面和上表面以及P型漂移區(qū)的部分兩側(cè)表面和上表面上淀積多晶硅并形成多晶硅層時(shí)，將多晶硅層與多晶硅底層連接。
本實(shí)施例的具體工藝流程如下1.制備P型襯底，濃度為2×1015cm-3。
2.在P型襯底制備氧化層，氧化層厚度為4μm。
3.在氧化層上一個(gè)2μm深的槽，用來(lái)制備放置多晶硅、場(chǎng)氧化層和柵氧化層。
4.淀積底部的多晶硅，多晶硅的厚度為1μm，并刻蝕掉多余的多晶硅。
5.淀積二氧化硅，形成場(chǎng)氧化層和柵氧化層，然后進(jìn)行表面拋光，使氧化層、場(chǎng)氧化層和柵氧化層在同一個(gè)平面上，場(chǎng)氧化層的厚度為1μm，柵氧化層的厚度為0.025μm。
6.在氧化層、場(chǎng)氧化層和柵氧化層上外延生長(zhǎng)4μm厚的P型硅，濃度為1×1015cm-3。
7.在柵氧化層上方的P型硅進(jìn)行N型摻雜，形成P型溝道區(qū)，濃度為3×1016cm-3。
8.在場(chǎng)氧化層上方的P型硅進(jìn)行P型摻雜，形成P型漂移區(qū)，濃度為1×1016cm-3。
9.濕熱氧化生長(zhǎng)，在兩個(gè)側(cè)面和表面形成場(chǎng)氧化層，和底部的場(chǎng)氧化層相連接，厚度為1μm.。
10.干熱氧化生長(zhǎng)，在兩個(gè)側(cè)面和表面形成柵氧化層，和底部的柵氧化層相連接，厚度為0.025μm.。
11.在兩個(gè)側(cè)面和表面淀積多晶硅，和底部的多晶硅相連接，厚度為1μm。
12.源、漏P型雜質(zhì)注入，濃度為1×1021cm-3。
13.刻孔和金屬引線制備。
權(quán)利要求
1.一種用作高壓器件的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括P型襯底(1)，在P型襯底(1)上設(shè)有氧化層(2)，其特征在于在氧化層(2)上設(shè)有柱狀P型漂移區(qū)(3)，在氧化層(2)上且位于P型漂移區(qū)(3)兩端分別相鄰設(shè)置P型漏(4)和P溝道(5)，在氧化層(2)上且位于與P溝道(5)相鄰的位置設(shè)有P型源(6)，在P型漂移區(qū)(3)的表面包覆有場(chǎng)氧化層(7)，在P溝道(5)的表面包覆有柵氧層(8)，在場(chǎng)氧化層(7)和柵氧層(8)的表面包覆有多晶硅層(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，其特征在于在氧化層(2)上且位于P型漂移區(qū)(3)和P溝道(5)的下方設(shè)有空腔(21)，在空腔(21)內(nèi)設(shè)有場(chǎng)氧化底層(71)、柵氧底層(81)和多晶硅底層(91)，場(chǎng)氧化底層(71)位于P型漂移區(qū)(3)的下方且P型漂移區(qū)(3)被設(shè)置于由場(chǎng)氧化層(7)與場(chǎng)氧化底層(71)圍成的空間內(nèi)，柵氧底層(81)位于P溝道(5)的下方且P溝道(5)被設(shè)置于由柵氧層(8)與柵氧底層(81)圍成的空間內(nèi)，多晶硅底層(91)位于場(chǎng)氧化底層(71)與柵氧底層(81)下方，上述柵氧層(8)和柵氧底層(81)及部分場(chǎng)氧化層(7)和場(chǎng)氧化底層(71)位于由多晶硅層(9)與多晶硅底層(91)圍成的空間內(nèi)。
3.一種用于制造權(quán)利要求1所述的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的制備工藝，其特征在于先制備P型襯底，再在P型襯底制備氧化層，在氧化層上生長(zhǎng)P型硅，在一部分P型硅上進(jìn)行P型摻雜，形成P型漂移區(qū)，在P型漂移區(qū)的兩側(cè)表面和上表面濕熱氧化生長(zhǎng)并形成場(chǎng)氧化層，在另一部分P型硅上進(jìn)行N型摻雜，形成P型溝道，在P型溝道的兩側(cè)表面和上表面上干熱氧化生長(zhǎng)并形成柵氧化層，在P型溝道的兩側(cè)表面和上表面以及P型漂移區(qū)的部分兩側(cè)表面和上表面上淀積多晶硅并形成多晶硅層，最后，進(jìn)行源、漏P型雜質(zhì)注入，刻孔和金屬引線制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備工藝，其特征在于在氧化層上且位于P型漂移區(qū)及P型溝道下方的區(qū)域刻蝕空腔，在空腔的底部淀積多晶硅，并刻蝕掉多余的多晶硅，形成多晶硅底層，再在空腔內(nèi)淀積二氧化硅，形成場(chǎng)氧化底層和柵氧化底層，然后進(jìn)行表面拋光，使氧化層、場(chǎng)氧化底層和柵氧化底層在同一個(gè)平面上，在P型漂移區(qū)的兩側(cè)表面和上表面濕熱氧化生長(zhǎng)并形成場(chǎng)氧化層時(shí)，將場(chǎng)氧化層與場(chǎng)氧化底層連接，在P型溝道的兩側(cè)表面和上表面上干熱氧化生長(zhǎng)并形成柵氧化層時(shí)，將柵氧化層與柵氧化底層連接，在P型溝道的兩側(cè)表面和上表面以及P型漂移區(qū)的部分兩側(cè)表面和上表面上淀積多晶硅并形成多晶硅層時(shí)，將多晶硅層與多晶硅底層連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用作高壓器件的三維多柵高壓P型橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括P型襯底，在P型襯底上設(shè)有氧化層，在氧化層上設(shè)有柱狀P型漂移區(qū)，在氧化層上且位于P型漂移區(qū)兩端分別相鄰設(shè)置P型漏和P溝道，在氧化層上且位于與P溝道相鄰的位置設(shè)有P型源，在P型漂移區(qū)的表面包覆有場(chǎng)氧化層，在P溝道的表面包覆有柵氧層，在場(chǎng)氧化層和柵氧層的表面包覆有多晶硅層；本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊且能與標(biāo)準(zhǔn)SOI金屬氧化物半導(dǎo)體工藝相兼容，在相同的擊穿電壓下，導(dǎo)通電阻小于傳統(tǒng)的高壓橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的三分之一，而電流密度增加2倍以上等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1763972SQ20051009403
公開(kāi)日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者孫偉鋒, 時(shí)龍興, 易揚(yáng)波, 陸生禮, 宋慧濱 申請(qǐng)人:東南大學(xué)