[发明专利]一种具有阶梯场氧的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种横向双扩散金属氧化物半导体场效应管。

背景技术

将超结SJ(Super Junction)技术应用于LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)形成SJ-LDMOS结构是LDMOS器件研究的热点。由于SJ-LDMOS在一定的击穿电压BV(Breakdown Voltage)条件下具有非常低的导通电阻R_ON，打破了传统功率MOS器件的极限关系，已被广泛应用于超低功耗PIC(Power Integrated Circuit)设计中。然而在SJ-LDMOS实现的过程中遇到了许多问题，包括衬底辅助耗尽效应SAD(Substrate Assisted Depletion)，即在P型硅衬底上实现的SJ-LDMOS，由于N柱漂移区同时被相邻P柱和P型衬底辅助耗尽，导致Super Junction的电荷不能完全补偿，造成BV大幅度降低。

具有缓冲层(Buffer)SJ-LDMOS结构能够有效地减少衬底辅助耗尽的影响，并且该结构与传统BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺兼容。在传统的BCD工艺中，制造Buffer SJ-LDMOS漂移区场氧和器件之间隔离氧化层时采用硅的局部氧化LOCOS(Local Oxidation of Silicon)技术。由于LOCOS的高温工艺一方面会使超结的N柱与P柱相互扩散严重增加，另一方面由于场氧化层生长的过程中吸硼排磷的效应使超结的N柱与P柱浓度不相同，导致电荷不能完全补偿，从而使得器件的电学特性较差。

浅槽隔离STI(Shallow Trench Isolation)技术与LOCOS技术相比工作温度较低，可以很好地解决以上问题。然而在采用STI BCD工艺制造SJ-LDMOS过程中，为了降低工艺成本，在漂移区上场氧化层的厚度是由器件之间的隔离深度决定的，SJ-LDMOS的性能受到了器件BCD工艺的限制。虽然器件之间的厚场氧化层满足隔离的条件，但是器件的性能并没有得到很好的优化，在提高器件耐压的同时比导通电阻也大幅度增加。

发明内容

本发明提出了一种横向双扩散金属氧化物半导体场效应管，旨在有效优化SJ-LDMOS击穿电压与比导通电阻的矛盾。

本发明的技术方案如下：

横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管，包括：

半导体材料的衬底；

在所述衬底上生长的外延层，作为缓冲层；

在所述外延层上形成相邻接的基区和漂移区，漂移区注入N柱和P柱相间排列形成超结漂移区；

位于超结漂移区上相邻接的场氧化层和漏区，其中场氧化层与沟道保持间距；

在所述基区上利用双扩散技术形成的沟道，在所述基区上形成沟道衬底接触并与靠近沟道一侧短接形成源区；

位于沟道上方的栅绝缘层以及栅极；

分别在源区和漏区上形成的源极和漏极；

在以上与现有技术相同的结构基础上，本发明的结构改变主要是：

所述场氧化层为阶梯型，即其中靠近沟道的区域为深度较浅的薄场氧化层，靠近以及邻接漏区的区域为深度较深的厚场氧化层；所述栅绝缘层以及栅极自沟道上方延展覆盖至薄场氧化层的部分。

基于上述基本方案，本发明还进一步做如下优化限定和改进：

薄场氧化层的厚度约为厚场氧化层的厚度的1/2时，器件的特性为最优。

阶梯场氧化层的厚场氧化层根据器件的具体耐压要求设计特定的厚度，例如：当器件耐压为100～300V时，厚场氧化层的厚度约为1μm；当器件耐压为300～700V时，厚场氧化层的厚度约为1.5μm。

当阶梯场氧化层的阶梯拐角位置为器件漂移区的中间位置附近时，器件的性能最优。

相应的，制作本发明的场效应管器件的方法的特别之处就在于：在形成有源区时，首先在超结漂移区表面靠近沟道的区域利用STI技术形成深度较浅的薄场氧化层，保证栅绝缘层以及栅极自沟道上方延展覆盖至薄场氧化层的部分；然后在超结漂移区表面靠近漏端的区域以及多个所述横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(注：通常制作此类器件都是多个器件共同制作)之间的相互隔离处利用STI技术形成深度较深的厚场氧化层，即在超结漂移区的表面形成阶梯状的场氧化层。

本发明技术方案的有益效果如下：