專利名稱：一種n型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管的制作方法
技術領域：
本實用新型主要涉及高壓功率半導體器件領域，具體來說，是ー種N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管，適用于等離子平板顯示設備、半橋驅動電路以及汽車生產領域等驅動芯片。
背景技術：
隨著人們生活水平的不斷提高，電子產品對于體積、性能、可靠性和成本等方面不斷提出新的要求。在這種形勢下絕緣體上娃(Silicon On Insulator, SOI)エ藝技術問世 了，其獨特的絕緣埋層把器件與襯底完全隔離，減輕了襯底對器件的影響，消除了器件發生閂鎖效應(latch-up)的風險，在很大程度上減輕了硅器件的寄生效應，大大提高了器件和電路的性能。因此采用SOIエ藝制作的電路具有速度高、功耗低、耐高溫等特性。橫向雙擴散場效應晶體管由于表面缺陷和各種表面態的影響使Si的臨界電場低于體內，且表面因平面エ藝帶來的曲率效應存在高峰電場。這兩個因素決定了 LDMOS類器件的擊穿容易發生在表面；而且，表面高峰電場的存在會導致雪崩擊穿時產生的大量電子-空穴對進入薄的柵氧化層，從而影響器件的可靠性。所以優化表面電場就成為優化這類器件的關鍵。對于SOI的LDM0S，絕緣埋層的存在給器件的特性帶來兩個問題一是埋氧層使得器件自熱效應增加；ニ是由于受自由電荷為零的界面高斯定理的限制，埋氧層中承受的電壓有限。所以，利用電荷對局域場的屏蔽效應來屏蔽絕緣介質中的高電場，以突破常規的電場關系，使縱向擊穿電壓增加，就成為設計這類高壓器件的一種有效方法。眾所周知，電子技術的不斷發展為半導體功率器件開拓了廣泛的應用領域，功率半導體器件在日常生活中也扮演著越來越重要的角色，而衡量一種功率半導體元件的好壞，主要包括器件的輸出、轉移特性曲線，以及其他各種參數的退化與否等方面。同時，高壓器件的輸出特性曲線相比于低壓器件，更容易偏離理想條件的狀況。因此，怎樣在不改變器件其他參數的前提下，更好的優化輸出特性曲線，使得高壓器件的工作狀態更為穩定，成為當前功率半導體器件研究的ー個重要課題。本實用新型就是針對上述問題，提出了ー種N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管結構。該結構的器件可以顯著降低器件鳥嘴處的電場強度和碰撞電離率，從而有效地改善輸出特性曲線。
實用新型內容本實用新型提供ー種N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管。本實用新型采用如下技術方案ー種N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管，包括N型襯底，在N型襯底上設有埋氧，在埋氧上設有N型外延層，在N型外延層的內部設有N型緩沖阱和P型體區，在N型緩沖阱內設有N型陽區，在P型體區中設有N型陰區和P型體接觸區，在N型外延層的表面設有柵氧化層和場氧化層且柵氧化層的一端和場氧化層的一端相抵，所述柵氧化層的另一端向N型陰區延伸并止于N型陰區，所述場氧化層的另一端向N型陽區延伸并止于N型陽區，在柵氧化層的表面設有多晶硅柵且多晶硅柵延伸至場氧化層的表面，在場氧化層、P型體接觸區、N型陰區、多晶硅柵和N型陽區的表面設有鈍化層，在N型陽區表面連接有第一金屬層，在P型體接觸區和N型陰區連接有第二金屬層，其特征在于，在N型外延層 內且在柵氧化層的下方設有P型阱區，P型阱區和P型體區構成階梯狀P型摻雜，所述P型阱區的摻雜濃度低于P型體區，且P型阱區的一側與場氧化層相切，另ー側與P型體區相抵。與現有技術相比，本實用新型具有如下優點(I)、本實用新型器件在N型外延層3上還設有P型阱區15，且P型阱區15和P型體區14構成階梯狀P型摻雜(參加附圖2)，這樣就使得鳥嘴處的曲率半徑明顯變小，該處的電場強度也明顯減小(參見附圖3)。(2)、本實用新型的好處在于減小場氧化層鳥嘴處的電場強度的同時，還能降低該處的碰撞電離率，從而降低了器件發生熱載流子退化失效的風險，也提升了器件抗高溫反偏應カ(HTRB)的能力，進而提高了器件的可靠性，延長了器件的使用壽命。附圖4顯示采用本實用新型器件結構后的鳥嘴處碰撞電離率明顯降低。(3)、本實用新型器件的輸出特性曲線相比于一般器件有了明顯改善，飽和區漏極電流的曲線變得平坦，與理論情形更加接近。主要原因在于鳥嘴處的碰撞電離率下降，離子產生也更少，因碰撞產生的離子對漏極電流的影響降低。附圖5顯示采用了本實用新型器件結構后，器件的輸出特性曲線得到明顯改善。(4)、本實用新型器件采用高壓SOIエ藝，該エ藝里所用的高壓P型MOS器件包含有類似P型阱區15的結構；因此，本實用新型的制作エ藝可以與現有CMOSエ藝兼容，不會增加額外的的光刻版和エ藝步驟，也不會增加成本。(5)、本實用新型器件不僅能有效地改善輸出特性曲線，還不會對器件的其他性能參數產生影響。例如，雖然P型體區15與場氧化層10相切，但是由于氧化層表面吸硼排磷的效應，使得器件的閾值電壓的變化很小，可以忽略不計。附圖6顯示采用本實用新型器件結構后的閾值電壓變化很小。另外，器件的反向擊穿電壓也不會因采用本實用新型器件結構而改變，結果參照附圖7。
圖I是剖面圖，圖示了一般的N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管的器件剖面結構。圖2是剖面圖，圖示了本實用新型改進后的N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管的器件剖面結構。圖3是本實用新型器件“鳥嘴”處縱向電場和一般結構器件“鳥嘴”處縱向電場的比較圖。可以看出本實用新型器件在該處的縱向電場有明顯的降低。圖4是本實用新型器件工作狀態下碰撞電離率和一般結構器件工作狀態下碰撞電離率的比較圖。可以看出本實用新型器件在“鳥嘴”處的碰撞電離率有明顯的降低。圖5是本實用新型器件輸出特性曲線和一般器件輸出特性曲線的比較圖。可以看出本實用新型器件的輸出特性曲線更優，飽和區的上翹趨勢有明顯的減弱。圖6是本實用新型器件閾值電壓和一般器件閾值電壓的比較圖。可以看出兩者的閾值電壓差別很小，近似可忽略。圖7是本實用新型器件的反向擊穿電壓和一般器件的反向擊穿電壓比較圖。可以看出兩者幾乎沒有差別。綜合圖6和圖7，即本實用新型在改善了器件輸出特性曲線的同時，對器件的其他性能參數幾乎沒有影響。
具體實施方式
以下結合附圖2，對本實用新型作詳細說明，ー種N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管，包括N型襯底1，在N型襯底I上設有埋氧2，在埋氧2上設有N型外延層3，在N型外延層3的內部設有N型緩沖阱4和P型體區14，在N型緩沖阱4內設有N型陽區5，在P型體區14中設有N型陰區13和P型體接觸區12，在N型外延層3的表面設有柵氧化層10和場氧化層8且柵氧化層10的一端和場氧化層8的一端相抵，所述柵氧化層10的另一端向N型陰區13延伸并止于N型陰區13，所述場氧化層8的另一端向N型陽區5延伸并止于N型陽區5，在柵氧化層10的表面設有多晶硅柵9且多晶硅柵9延伸至場氧化層8的表面，在場氧化層8、P型體接觸區12、N型陰區13、多晶硅柵9和N型陽區5的表面設有鈍 化層7，在N型陽區5表面連接有第一金屬層6，在P型體接觸區12和N型陰區13連接有第二金屬層11，其特征在于，在N型外延層3內且在柵氧化層10的下方設有P型阱區15，P型阱區15和P型體區14構成階梯狀P型摻雜，所述P型阱區15的P型摻雜濃度低于P型體區14，且P型阱區15的一側與場氧化層8相切，另ー側與P型體區14相抵。所述結構在P型體區14和場氧化層8之間制作一個濃度不高的P型阱區15，可以有效地減小場氧化層8鳥嘴處的電場強度。所述結構在于能減小場氧化層8鳥嘴處的電場強度，相應處的碰撞電離率也會下降，離子產生率降低。所述結構的輸出特性曲線上翹明顯減弱，因為碰撞電離對漏極電流產生的影響得到了很大的改善。所述結構與一般的結構相比，器件的閾值電壓以及反向擊穿電壓等參數變化很小，可以忽略不計。本實用新型采用如下方法來制備第一歩，常規的SOI層制作，其中外延層3采用N型摻雜。第二步，接下來的是橫向雙擴散場效應晶體管的制作，包括在N型外延3上通過注入磷離子形成N型緩沖層4，注入硼離子形成P型體區14 ;然后是硼離子注入形成輕摻雜P型阱區15，其次是場氧化層8、柵氧化層10的生長，之后淀積多晶硅9，刻蝕形成柵，再制作重摻雜的陽區5和陰區13以及P型體接觸區12。淀積ニ氧化硅，刻蝕電極接觸區后淀積金屬。刻蝕金屬并引出電極，最后進行鈍化處理。
權利要求1.ー種N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管，包括N型襯底(I)，在N型襯底(I)上設有埋氧(2)，在埋氧(2)上設有N型外延層(3)，在N型外延層(3)的內部設有N型緩沖阱⑷和P型體區(14)，在N型緩沖阱(4)內設有N型陽區(5)，在P型體區(14)中設有N型陰區(13)和P型體接觸區(12)，在N型外延層(3)的表面設有柵氧化層(10)和場氧化層(8)且柵氧化層(10)的一端和場氧化層(8)的一端相抵，所述柵氧化層(10)的另ー端向N型陰區(13)延伸并止于N型陰區(13)，所述場氧化層⑶的另一端向N型陽區(5)延伸并止于N型陽區(5)，在柵氧化層(10)的表面設有多晶硅柵(9)且多晶硅柵(9)延伸至場氧化層(8)的表面，在場氧化層(8)、P型體接觸區(12)、N型陰區(13)、多晶硅柵(9)和N型陽區(5)的表面設有鈍化層(7)，在N型陽區(5)表面連接有第一金屬層￠)，在P型體接觸區(12)和N型陰區(13)連接有第二金屬層(11)，其特征在于，在N型外延層(3)內且在柵氧化層(10)的下方設有P型阱區(15)，P型阱 區(15)和P型體區(14)構成階梯狀P型摻雜，所述P型阱區(15)的P型摻雜濃度低于P型體區(14)，且P型阱區(15)的一側與場氧化層(8)相切，另ー側與P型體區(14)相抵。
2.根據權利要求I所述的N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管，其特征在于P型阱區(15)的摻雜濃度是P型體區(14)摻雜濃度的十分之一到五分之一。
3.根據權利要求I所述的N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管，其特征在于P型阱區(15)的結深是P型體區(14)結深的三分之一到二分之一。
專利摘要一種N型絕緣體上硅橫向雙擴散場效應晶體管，包括N型襯底，在N型襯底上設有埋氧，在埋氧上設有N型外延層，在N型外延層的內部設有N型緩沖阱和P型體區，在N型緩沖阱內設有N型陽區，在P型體區中設有N型陰區和P型體接觸區，在N型外延層的表面一定范圍內設有柵氧化層和場氧化層，柵氧化層的上表面設有多晶硅柵，器件表面一定范圍內還設有鈍化層和金屬層。其特征在于N型外延層上還設有P型阱區，P型阱區和P型體區構成階梯狀P型摻雜，P型阱區的摻雜濃度低于P型體區，且P型阱區的一側與場氧化層相切，另一側與P型體區相抵，這種結構可以顯著降低鳥嘴處的電場強度和碰撞電離率，從而有效地改善輸出特性。
文檔編號H01L29/06GK202394983SQ20112050629
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者劉斯揚, 葉楚楚, 孫偉鋒, 時龍興, 王昊, 陸生禮 申請人:東南大學