一種環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件和制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件和制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率LDMOS器件工藝相對簡單，生產(chǎn)成本較低，工作頻率較高，非常適合中等功率器件應(yīng)用的場合，為了進(jìn)一步提高器件性能，業(yè)內(nèi)提出了 Trench LDMOS器件結(jié)構(gòu)，有效的提高了半導(dǎo)體功率器件性能。傳統(tǒng)Trench LDMOS器件是在漂移區(qū)中部插入一層深的氧Trench層，可以有效的減小漂移區(qū)長度，降低器件導(dǎo)通電阻，但是器件處于關(guān)態(tài)時(shí)，電場大部分都聚集于器件表面，體內(nèi)電場較小，器件容易在表面提前擊穿，限制了擊穿電壓的進(jìn)一步提高，本發(fā)明在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了器件性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出了一種環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件和制備方法，在傳統(tǒng)的Trench LDMOS的N型漂移區(qū)插入一層N型重?fù)诫s多晶硅使得器件變成了雙溝道雙通道器件，在提高器件導(dǎo)通電流的同時(shí)增加了器件的擊穿電壓。
[0004]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]—方面，本方案提出一種環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件，包括源極，漏極和環(huán)形的N型漂移區(qū)，其特征在于，所述N型漂移區(qū)連接所述源極和漏極，所述N型漂移區(qū)內(nèi)插入了一層U形場板，所述場板將所述源極、漏極和N型漂移區(qū)分隔成上漂移區(qū)和下漂移區(qū)，所述場板與所述上漂移區(qū)和下漂移區(qū)之間設(shè)置有兩層?xùn)叛鯇?，所述場板靠近源極的一端連接?xùn)艠O。
[0006]其中，所述場板為N型重?fù)诫s多晶硅。
[0007]其中，所述兩層?xùn)叛鯇映蔝形，對稱分布在所述場板的兩側(cè)，且所述兩層?xùn)叛鯇拥暮穸认嗤?br>[0008]其中，所述源極的電極包括兩個(gè)相對所述場板對稱設(shè)置的端子，兩個(gè)所述端子分別同時(shí)連接P+N+高低結(jié)，兩個(gè)所述P +N+高低結(jié)的下表面分別設(shè)置有相對所述場板對稱設(shè)置的P阱區(qū)，所述P阱區(qū)與所述N型漂移區(qū)鍵合。
[0009]其中，所述漏極的電極包括兩個(gè)相對所述場板對稱設(shè)置的端子，兩個(gè)所述端子分別連接相對所述場板對稱設(shè)置的N+型摻雜區(qū)，所述N +型摻雜區(qū)與所述N型漂移區(qū)鍵合。
[0010]其中，還包括P型襯底和埋氧層，所述埋氧層與所述下漂移區(qū)鍵合，所述P型襯底和所述埋氧層鍵合。
[0011 ] 其中，所述N型漂移區(qū)的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有Trench層。
[0012]另一方面，本方案提出一種環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法，包括如下步驟:
[0013]在厚膜SOI襯底上進(jìn)行刻蝕，形成U形的硅窗口 ；
[0014]對所述硅窗口的U形槽內(nèi)側(cè)表面進(jìn)行氧化形成U形的S1Jl ;
[0015]在所述U形的S1Jl內(nèi)沉積一層橫向的重?fù)诫s多晶硅；
[0016]在所述重?fù)诫s多晶娃上表面沉積S12層，所述S1 2層和所述U形的S1 2層形成封閉的環(huán)形，將所述重?fù)诫s多晶硅包圍在內(nèi)部，所述環(huán)形和所述SOI襯底在同一水平高度；
[0017]將所述SOI襯底與一塊單晶硅片鍵合；
[0018]對所述單晶硅片進(jìn)行硅刻蝕，形成兩個(gè)硅窗口 ；
[0019]在所述硅窗口中沉積S12,對所述S12進(jìn)行刻蝕，形成兩個(gè)S1 2窗口 ；
[0020]在所述3102窗口沉積縱向的重?fù)诫s多晶硅，所述橫向的重?fù)诫s多晶硅和所述縱向的重?fù)诫s多晶硅鍵合形成U形重?fù)诫s多晶硅的場板，所述場板將所述Si(V& 口分隔成兩層?xùn)叛鯇樱?br>[0021]對所述場板內(nèi)側(cè)的單晶娃片進(jìn)行娃刻蝕，形成Trench層窗口 ；
[0022]在所述Trench層窗口沉積S12,形成Trench氧化層，所述場板內(nèi)側(cè)的單晶娃形成上漂移區(qū)，所述場板外側(cè)的單晶硅形成下漂移區(qū)；
[0023]在所述上漂移和下漂移區(qū)的一端分別形成P阱區(qū)，在所述P阱區(qū)的上端面分別形成P+N+高低結(jié)，在所述上漂移區(qū)和下漂移區(qū)的另一端分別形成N+型摻雜區(qū)；
[0024]在所述場板靠近源極的一端形成柵極的金屬電極，在所述P+N+高低結(jié)上形成源極的金屬電極，在所述N+區(qū)上形成漏極的金屬電極。
[0025]其中，所述場板為濃度為1is?10 19Cm 3的N型多晶硅。
[0026]其中，所述兩層?xùn)叛鯇拥暮穸染鶠?0?80nm。
[0027]本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果:
[0028]本發(fā)明的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件和制備方法，包括源極，漏極和環(huán)形的N型漂移區(qū)，其特征在于，所述N型漂移區(qū)連接所述源極和漏極，所述N型漂移區(qū)內(nèi)插入了一層U形場板，所述場板將所述源極、漏極和N型漂移區(qū)分隔成上漂移區(qū)和下漂移區(qū)，所述場板與所述上漂移區(qū)和下漂移區(qū)之間設(shè)置有兩層?xùn)叛鯇?，所述場板靠近源極的一端連接?xùn)艠O；在傳統(tǒng)的Trench LDMOS的N型漂移區(qū)插入一層N型重?fù)诫s多晶硅，使得器件變成了雙溝道雙通道器件，在提高器件導(dǎo)通電流的同時(shí)增加了器件的擊穿電壓。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件當(dāng)KO時(shí)的電荷布局圖。
[0031]圖3A是本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟SI的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3B是本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟S2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3C本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟S3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3D本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟S4的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3E本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟S5的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖3F本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟S6的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖3G本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟S7-S8的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖3H本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟S9-S10的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖31本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟Sll的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖3J是本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的制備方法步驟S12的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0042]實(shí)施例一
[0043]參見圖1和圖2，圖1和圖2是本發(fā)明提供的環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖和當(dāng)UGS〈0時(shí)的電荷布局圖。
[0044]在該實(shí)施例中，環(huán)形柵半導(dǎo)體功率器件包括源極1，漏極2和U形的N型漂移區(qū)3，其特征在于，所述N型漂移區(qū)連接所述源極I和漏極2，所述N型漂移區(qū)內(nèi)插入了一層U形場板4，所述場板4將所述源極1、漏極2和N型漂移區(qū)3分隔成上漂移區(qū)和下漂移區(qū)，所述場板4與所述上漂移區(qū)和下漂移區(qū)之間設(shè)置有兩層?xùn)叛鯇?，所述場板4靠近源極I的一端連接?xùn)艠O11。
[0045]所述場板4為N型重?fù)诫s多晶硅。
[0046]在傳統(tǒng)的Trench LDMOS器件的N型漂移區(qū)3插入一層N型重?fù)诫s多晶硅的環(huán)形場板4，該場板4的兩端同時(shí)穿過器件的源極I和漏極2分別與從柵極11的電極引出的兩個(gè)端子連接，在該場板的環(huán)形槽內(nèi)和環(huán)形槽外形成兩個(gè)相同的導(dǎo)通溝道，在該場板4的兩側(cè)填充有絕緣的柵氧層5，將兩個(gè)導(dǎo)通溝道隔離開來，將器件變成了雙溝道雙導(dǎo)通器件。
[0047]該場板4采用N型重?fù)诫s多晶硅，增強(qiáng)柵極的導(dǎo)電性能，當(dāng)UtisX)時(shí)，雙溝道和雙通道大大增加了漂移區(qū)的電流，當(dāng)柵壓增加時(shí)，會(huì)在柵氧層5表面即N型漂移區(qū)3靠近場板4的一側(cè)形成電子積累層，從而形成低阻的電流通道，提高漂移區(qū)電流，降低器件的導(dǎo)通電阻，其中重?fù)诫s的N型多晶硅濃度大約為1is?10 19Cm 3，位于場板4內(nèi)側(cè)的上漂移區(qū)平行于襯底部分的厚度約為1.5?1.7 μ m。
[0048]當(dāng)UGS<0時(shí)，源極I和柵極11之間接入反向電壓，N型重?fù)诫s多晶硅的場板4中感應(yīng)出大量的負(fù)電荷并沿場板均勻分布，N型漂移區(qū)3靠近場板4的一側(cè)感應(yīng)出大量的正電荷沿其邊緣均勻分布，該正電荷為不活躍的帶正電的原子，N型漂移區(qū)3不能形成導(dǎo)電溝道，Ues持續(xù)減小時(shí)，上漂移區(qū)和下漂移區(qū)全耗盡后會(huì)在N型漂移區(qū)3靠近場板4的一側(cè)，即柵氧層5表面留下了大量的正電荷，而N型重?fù)诫s的多晶硅中分布著大量的電子，根據(jù)高斯定理，柵氧層5的電場會(huì)大大提高，從而提高漂移區(qū)電場，增加器件的擊穿電壓。
[0049]在場板4與N型漂移區(qū)3之間起隔離作用的兩層?xùn)叛鯇?呈U形，對稱分布在所述場板4的兩側(cè)，且所述兩層?xùn)叛鯇?的厚度相同，該柵氧層5為厚度50?SOnm的薄S12層。
[0050]所述源極I的電極包括兩個(gè)相對所述場板4對稱設(shè)置的端子，兩個(gè)所述端子分別同時(shí)連接P+N+高低結(jié)8，兩個(gè)所述P +N+高低結(jié)8的下表面分別設(shè)置有相對所述場