專利名稱：低導(dǎo)通電阻的橫向擴(kuò)散mos半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MOS器件，具體涉及一種金屬氧化物功率MOS半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
金屬氧化物功率MOS半導(dǎo)體器件，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅猛發(fā)展，以大功率半導(dǎo)體器件為代表的電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，如交流電機(jī)的控制，打印機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。在現(xiàn)今各種功率器件中，橫向擴(kuò)散MOS半導(dǎo)體器件LDMOS具有工作電壓高，工藝相對簡單，因此LDMOS具有廣闊的發(fā)展前景。在LDMOS器件設(shè)計(jì)中，擊穿電壓和導(dǎo)通電阻一直都是人們設(shè)計(jì)此類器件時(shí)所關(guān)注的主要目標(biāo)，外延層的厚度、摻雜濃度、漂移區(qū)的長度是 LDMOS最重要的參數(shù)?？梢酝ㄟ^增加漂移區(qū)的長度以提高擊穿電壓，但是這會(huì)增加芯片面積和導(dǎo)通電阻。耐壓和導(dǎo)通電阻對于外延層的濃度和厚度的要求是矛盾的。高的擊穿電壓要求厚的輕摻雜外延層和長的漂移區(qū)，而低的導(dǎo)通電阻則要求薄的重?fù)诫s外延層和短的漂移區(qū)，因此必須選擇最佳外延參數(shù)和漂移區(qū)長度，以便在滿足一定的源漏擊穿電壓的前提下， 得到最小的導(dǎo)通電阻。RESURF(降低表面電場原理)一直被廣泛應(yīng)用于高壓器件的設(shè)計(jì)中， 此原理要求漂移區(qū)電荷和襯底電荷達(dá)到電荷平衡，以做到漂移區(qū)完全耗盡時(shí)可以承受較高耐壓。隨著器件小型化的發(fā)展要求，現(xiàn)有的LDMOS設(shè)計(jì)占有的版圖面積較大，這不利于其與其它功能器件集成進(jìn)一步減小體積，從而擴(kuò)展應(yīng)用范圍，因此，如何設(shè)計(jì)一種能有效降低現(xiàn)有的LDMOS的所占硅片的表面積，并能進(jìn)一步改善器件的性能，成為技術(shù)障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種低導(dǎo)通電阻的橫向擴(kuò)散MOS半導(dǎo)體器件，此功率MOS半導(dǎo)體器件減小了器件體積，同時(shí)改善了器件的響應(yīng)時(shí)間和頻率特性，實(shí)現(xiàn)了器件性能參數(shù)的長時(shí)間
穩(wěn)定性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種低導(dǎo)通電阻的橫向擴(kuò)散MOS半導(dǎo)體器件，包括位于P型的襯底層內(nèi)的P型阱層和N型輕摻雜層，所述P型阱層與N型輕摻雜層在水平方向相鄰從而構(gòu)成一 PN結(jié)，一源極區(qū)位于所述P型阱層，一漏極區(qū)位于所述襯底層內(nèi)，位于所述源極區(qū)和N型輕摻雜層之間區(qū)域的P型阱層上方設(shè)有柵氧層，此柵氧層上方設(shè)有一柵極區(qū)；所述源極區(qū)與N型輕摻雜層之間且位于P型阱層上部開有至少兩個(gè)凹槽，此凹槽的刻蝕深度為源極區(qū)結(jié)深的1/4 1/5 之間；所述N型輕摻雜層由第一 N型輕摻雜區(qū)、第二 N型輕摻雜區(qū)和P型輕摻雜區(qū)組成； 所述第一 N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度高于所述P型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度，所述P型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度高于所述第二 N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度；所述第一 N型輕摻雜區(qū)與第二 N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度比例范圍為1.2 1 1. 3 1 ；
所述第一 N型輕摻雜區(qū)位于所述第二 N型輕摻雜區(qū)上方；所述P型輕摻雜區(qū)在水平方向上位于所述第一N型輕摻雜區(qū)的中央?yún)^(qū)域且此P型輕摻雜區(qū)在垂直方向上位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)中央?yún)^(qū)域的中下部并與所述第二 N型輕摻雜區(qū)表面接觸。作為優(yōu)選，所述凹槽的側(cè)墻區(qū)和頂墻區(qū)的摻雜濃度相等，且為凹槽的底部區(qū)雜濃度的86 94%之間。作為優(yōu)選，所述第一 N型輕摻雜區(qū)與P型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度比例為1.08 1。作為優(yōu)選，所述P型阱層和N型輕摻雜層的結(jié)深比例為2 1。作為優(yōu)選，所述漏極區(qū)位于所述N型輕摻雜層內(nèi)。作為優(yōu)選，所述N型輕摻雜層位于所述漏極區(qū)與所述P型阱層之間。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果1、本發(fā)明開有至少兩個(gè)凹槽，增加了溝道密度加倍，提高了柵寬，提高了輕摻雜層摻雜濃度的設(shè)計(jì)空間，利于器件整體性能的優(yōu)化及體積減小，從而降低產(chǎn)業(yè)成本。2、本發(fā)明凹槽的側(cè)墻區(qū)和頂墻區(qū)的摻雜濃度相等，可有效避免側(cè)墻區(qū)、頂墻區(qū)摻雜離子的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了器件性能長時(shí)間的參數(shù)穩(wěn)定性；其次，側(cè)墻區(qū)和頂墻區(qū)的摻雜濃小于凹槽的底部區(qū)的摻雜濃度，克服了柵寬的影響，保證了器件的開啟時(shí)間小，減小了高頻時(shí)導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗。3、本發(fā)明P型輕摻雜區(qū)在垂直方向上位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)中央?yún)^(qū)域的中下部并與所述第二 N型輕摻雜區(qū)接觸，經(jīng)過仿真測試降低了柵漏電容Cgd，截止頻率提高了 8%左右，形成兩條電流支路，進(jìn)一步降低了比導(dǎo)通電阻。4、本發(fā)明所述第一 N型輕摻雜區(qū)、P型輕摻雜區(qū)和第二 N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度依次降低，且P型阱層和N型輕摻雜層的結(jié)深比例為2 1，有利于襯底層的垂直方向耗盡區(qū)與水平方向耗盡區(qū)相互耦合，從而可以抵消溝道區(qū)得凹槽設(shè)計(jì)而帶來的本征電容的增加， 從而有利于器件的擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻的參數(shù)設(shè)計(jì)。5、本發(fā)明所述P型輕摻雜區(qū)兩側(cè)的第一 N型輕摻雜區(qū)和第二 N型輕摻雜區(qū)各自的摻雜濃度不同，且第一 N型輕摻雜區(qū)和第二 N型輕摻雜區(qū)之間的交界面位于P型輕摻雜區(qū)下方；有利于在P型輕摻雜區(qū)兩側(cè)形成垂直方向的耗盡層，可進(jìn)一步提高器件的耐高壓性能。6、本發(fā)明保持高擊穿電壓的同時(shí)，進(jìn)一步提高N型輕摻雜層的濃度從而降低了器件的整體比導(dǎo)通電阻和器件的開關(guān)損耗，且P型輕摻雜區(qū)對其N型輕摻雜層內(nèi)調(diào)制的電場更趨于平坦化，有效降低了 P型阱層與N型輕摻雜層之間的電場強(qiáng)度。


附圖1為本發(fā)明金屬氧化物功率MOS半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為附圖1中A處局部放大圖。以上附圖中1、襯底層；2、P型阱層；3、N型輕摻雜層；4、源極區(qū)；5、漏極區(qū)；6、P 型輕摻雜區(qū)；7、柵氧層；8、柵極區(qū)；9、第一 N型輕摻雜區(qū)；10、第二 N型輕摻雜區(qū)；11、凹槽； 12、側(cè)墻區(qū)；13、頂墻區(qū)；14、底部區(qū)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一種低導(dǎo)通電阻的橫向擴(kuò)散MOS半導(dǎo)體器件，包括位于P型的襯底層1 內(nèi)的P型阱層2和N型輕摻雜層3，所述P型阱層2與N型輕摻雜層3在水平方向相鄰從而構(gòu)成一 PN結(jié)，一源極區(qū)4位于所述P型阱層2，一漏極區(qū)5位于所述襯底層1內(nèi)，位于所述源極區(qū)4和N型輕摻雜層3之間區(qū)域的P型阱層2上方設(shè)有柵氧層7，此柵氧層7上方設(shè)有一柵極區(qū)8 ；所述源極區(qū)4與N型輕摻雜層3之間且位于P型阱層2上部開有至少兩個(gè)凹槽11，此凹槽11的刻蝕深度為源極區(qū)4結(jié)深的1/4 1/5之間；凹槽11的側(cè)墻區(qū)12和頂墻區(qū)13的摻雜濃度相等，且為凹槽11的底部區(qū)14雜濃度的86 94%之間；所述N型輕摻雜層3由第一 N型輕摻雜區(qū)9、第二 N型輕摻雜區(qū)10和P型輕摻雜區(qū)6組成；所述第一 N型輕摻雜區(qū)9的摻雜濃度高于所述P型輕摻雜區(qū)6的摻雜濃度，所述 P型輕摻雜區(qū)6的摻雜濃度高于所述第二 N型輕摻雜區(qū)10的摻雜濃度；所述第一 N型輕摻雜區(qū)9與第二 N型輕摻雜區(qū)10的摻雜濃度比例范圍為 1. 2 1 1. 3 1 ；所述第一 N型輕摻雜區(qū)9位于所述第二 N型輕摻雜區(qū)10上方；所述P型輕摻雜區(qū) 6在水平方向上位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)9的中央?yún)^(qū)域且此P型輕摻雜區(qū)6在垂直方向上位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)9中央?yún)^(qū)域的中下部并與所述第二 N型輕摻雜區(qū)10表面接觸。上述第一 N型輕摻雜區(qū)9與P型輕摻雜區(qū)6的摻雜濃度比例為1. 08 1。上述P型阱層2和N型輕摻雜層3的結(jié)深比例為2 1。上述漏極區(qū)5位于所述N型輕摻雜層3內(nèi)。上述N型輕摻雜層3位于所述漏極區(qū)5與所述P型阱層2之間。采用上述低導(dǎo)通電阻的橫向擴(kuò)散MOS半導(dǎo)體器件時(shí)，開有至少兩個(gè)凹槽，增加了溝道密度加倍，提高了柵寬，提高了輕摻雜層摻雜濃度的設(shè)計(jì)空間，利于器件整體性能的優(yōu)化及體積減小，從而降低產(chǎn)業(yè)成本；其次，本發(fā)明凹槽的側(cè)墻區(qū)和頂墻區(qū)的摻雜濃度相等， 可有效避免側(cè)墻區(qū)、頂墻區(qū)摻雜離子的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了器件性能長時(shí)間的參數(shù)穩(wěn)定性；其次， 側(cè)墻區(qū)和頂墻區(qū)的摻雜濃度小于凹槽的底部區(qū)的摻雜濃度，克服了柵寬的影響，保證了器件的開啟時(shí)間小，減小了高頻時(shí)導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗；再次，本發(fā)明P型輕摻雜區(qū)在垂直方向上位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)中央?yún)^(qū)域的中下部并與所述第二 N型輕摻雜區(qū)接觸，經(jīng)過仿真測試降低了柵漏電容Cgd，截止頻率提高了 8 %左右，形成兩條電流支路，進(jìn)一步降低了比導(dǎo)通電阻；再次，本發(fā)明所述第一 N型輕摻雜區(qū)、P型輕摻雜區(qū)和第二 N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度依次降低，且P型阱層和N型輕摻雜層的結(jié)深比例為2 1，有利于襯底層的垂直方向耗盡區(qū)與水平方向耗盡區(qū)相互耦合，從而可以抵消溝道區(qū)凹槽設(shè)計(jì)而帶來的本征電容的增加，從而有利于器件的擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻的參數(shù)設(shè)計(jì)。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低導(dǎo)通電阻的橫向擴(kuò)散MOS半導(dǎo)體器件，包括位于P型的襯底層(1)內(nèi)的P型阱層( 和N型輕摻雜層(3)，所述P型阱層( 與N型輕摻雜層C3)在水平方向相鄰從而構(gòu)成一 PN結(jié)，一源極區(qū)(4)位于所述P型阱層O)，一漏極區(qū)(5)位于所述襯底層(1)內(nèi)， 位于所述源極區(qū)(4)和N型輕摻雜層( 之間區(qū)域的P型阱層( 上方設(shè)有柵氧層(7)， 此柵氧層(7)上方設(shè)有一柵極區(qū)(8)；其特征在于所述源極區(qū)(4)與N型輕摻雜層(3)之間且位于P型阱層(2)上部開有至少兩個(gè)凹槽(11)，此凹槽(11)的刻蝕深度為源極區(qū)結(jié)深的1/4 1/5之間；所述N型輕摻雜層(3)由第一 N型輕摻雜區(qū)(9)、第二 N型輕摻雜區(qū)(10)和P型輕摻雜區(qū)(6)組成；所述第一 N型輕摻雜區(qū)(9)的摻雜濃度高于所述P型輕摻雜區(qū)(6)的摻雜濃度，所述P型輕摻雜區(qū)(6)的摻雜濃度高于所述第二 N型輕摻雜區(qū)(10)的摻雜濃度；所述第一 N型輕摻雜區(qū)(9)與第二 N型輕摻雜區(qū)(10)的摻雜濃度比例范圍為 1. 2 1 1. 3 1 ；所述第一 N型輕摻雜區(qū)(9)位于所述第二 N型輕摻雜區(qū)(10)上方；所述P型輕摻雜區(qū)(6)在水平方向上位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)(9)的中央?yún)^(qū)域且此P型輕摻雜區(qū)(6)在垂直方向上位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)(9)中央?yún)^(qū)域的中下部并與所述第二 N型輕摻雜區(qū) (10)表面接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS半導(dǎo)體器件，其特征在于所述凹槽(11)的側(cè)墻區(qū)(12) 和頂墻區(qū)(13)的摻雜濃度相等，且為凹槽(11)的底部區(qū)(14)雜濃度的86 94%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MOS半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第一N型輕摻雜區(qū) (9)與P型輕摻雜區(qū)(6)的摻雜濃度比例為1.08 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MOS半導(dǎo)體器件，其特征在于所述P型阱層(2)和N型輕摻雜層(3)的結(jié)深比例為2 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MOS半導(dǎo)體器件，其特征在于所述漏極區(qū)(5)位于所述N型輕摻雜層(3)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MOS半導(dǎo)體器件，其特征在于所述N型輕摻雜層(3)位于所述漏極區(qū)(5)與所述P型阱層(2)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種低導(dǎo)通電阻的橫向擴(kuò)散MOS半導(dǎo)體器件，包括位于P型的襯底層內(nèi)的P型阱層和N型輕摻雜層；源極區(qū)和N型輕摻雜層之間區(qū)域的P型阱層上方設(shè)有柵氧層；源極區(qū)與N型輕摻雜層之間且位于P型阱層上部開有至少兩個(gè)凹槽，此凹槽的刻蝕深度為源極區(qū)結(jié)深的1/4～1/5之間；N型輕摻雜層由第一N型輕摻雜區(qū)、第二N型輕摻雜區(qū)和P型輕摻雜區(qū)組成；所述第一N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度高于所述P型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度，所述P型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度高于所述第二N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度；所述第一N型輕摻雜區(qū)與第二N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度比例范圍為1.2∶1～1.3∶1。本發(fā)明功率MOS半導(dǎo)體器件減小了器件體積，同時(shí)改善了器件的響應(yīng)時(shí)間和頻率特性，實(shí)現(xiàn)了器件性能參數(shù)的長時(shí)間穩(wěn)定性。
文檔編號H01L29/36GK102569404SQ20121001474
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者陳偉元 申請人:蘇州市職業(yè)大學(xué)