一种鳍式横向双扩散功率器件制造技术

本发明专利技术公开了一种鳍式横向双扩散功率器件，将衬底上方的有源区制备成鳍式结构，随后采用高介电常数介质覆盖于鳍式有源区的两侧及表面，从三个方向进行对有源区进行调制；将三栅代替原有的表面栅，具有更好的沟道控制能力并降低器件关闭时的漏电流；将常用的氧化硅栅介质变为高k栅介质，能够具有更厚的物理氧化层并改善栅极漏电流的问题。本发明专利技术具有高耐压，低导通电阻，低漏电流等优点，适用于高压高频领域。

A fin type transverse double diffusion power device

【技术实现步骤摘要】
一种鳍式横向双扩散功率器件
本专利技术涉及半导体功率器件
，特别是涉及一种鳍式横向双扩散功率器件。
技术介绍
随着功率芯片设计技术的发展，功率集成电路对半导体功率器件的性能也提出了更高的要求，作为功率集成电路的核心器件之一，横向半导体功率器件需要提供高的击穿电压，低的导通电阻来降低功耗，还可能要求具有较好的亚阈值特性并避免短沟道效应。横向双扩散功率器件LDMOS由于其具有良好的工艺兼容性、优秀的转换性能、高的功率性能、高的增益与线性度以及低的制造成本，被广泛应用于DC-DC转换器、射频基站中。LDMOS击穿电压提高的同时往往使得导通电阻同时增加。这一矛盾关系限制了该类器件在高压和大电流领域的应用。随着半导体器件设计要求的不断提高，促使半导体器件结构向三维结构拓展，如鳍式场效应晶体管。在鳍式工艺中，LDMOS半导体器件变成了鳍式三维结构，如文献:AminPak,AliA.Orouji.CompactModelingofFin-LDMOSTransistorBasedontheSurfacePotential,Silicon，2019,pp.1-6涉及一种鳍式LDMOS器件，但是这种器件仅采用了三栅的结构来进行沟道调制，对漂移区没有做出改进。中芯国际集成电路制造(上海)有限公司提出了一种寄生FinFET的横向双扩散半导体器件(CN104576732B)，这种器件采用鳍式的栅，源，漏区域来改善器件性能，但是同样对漂移区没有调制作用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种鳍式横向双扩散功率器件，利用两个侧面和顶面来对鳍式有源区进行三个方向上的调制，不仅能够提高栅控能力，还能够提高器件的击穿电压并降低器件的导通电阻。技术方案：本专利技术的鳍式横向双扩散功率器件，包括位于最下方的半导体衬底、位于半导体衬底上的埋层、位于埋层上方的鳍式有源区；所述鳍式有源区包括鳍部，鳍部呈凸起状；鳍部包括半导体漏区、半导体漂移区、半导体阱区，半导体阱区位于半导体漂移区的一侧，半导体漏区位于半导体漂移区的另一侧上方；其中半导体阱区中包括半导体源区和半导体体接触区，以及位于半导体漂移区和半导体源区之间的沟道区；其中，鳍部的数量可以是一个，也可以是多个。鳍式有源区中，鳍部的两侧及表面均覆有材料形成介质区，三栅电极设于沟道区的两侧及顶部，三栅电极与沟道区之间设有栅介质层，栅介质层即为介质区的一部分；该鳍式横向双扩散功率器件还包括位于有源区上方的漏极金属和源极金属，且漏极金属与半导体漏区接触，源极金属与半导体源区及半导体体接触区接触。其中，沟道区三栅结构的介质为同种高介电常数介质，因此只需一次填充高介电常数介质材料即可，采用高介电常数介质作为栅介质还能够改善器件栅极泄漏电流；沟道区的三侧均有栅电极，形成了三栅结构，具有更好的沟道控制能力，能够降低器件关闭时的漏电流，并抑制短沟道效应大大降低阈值电压的迟滞并显著提高了跨导。其中，介质区采用介电常数高于硅的介质材料，能够从表面及侧面调制器件漂移区的电势和电场分布来获得更高的击穿电压，同时高介电常数介质材料对漂移区的辅助耗尽作用能够提高漂移区掺杂浓度来降低器件的导通电阻。优选地，鳍式有源区包括若干个分立的鳍部。其中，沟道区三侧均有栅电极，形成三栅结构；沟道区两侧的栅电极深度与鳍式有源区的厚度相同。鳍部的宽度可为0.5～2微米，鳍部之间槽的宽度可为0.5～2微米。专利技术原理：本专利技术的横向功率器件将衬底上方的有源区制备成鳍式结构，然后采用高介电常数介质覆盖于鳍式有源区的两侧及表面，从三个方向进行对有源区进行调制。同时，本专利技术将三栅代替原有的表面栅，具有更好的沟道控制能力并降低器件关闭时的漏电流。此外，将常用的氧化硅栅介质变为高K栅介质，能够具有更厚的物理氧化层并改善栅极漏电流的问题。本专利技术中制备得到的器件具有高耐压，低导通电阻，低漏电流等优点，适用于高压高频领域。有益效果：本专利技术通过在鳍式有源区的两个侧面及表面引入高介电常数的介质材料，同时在沟道区的两个侧面和表面形成三栅电极，电极与沟道区之间的栅介质为高介电常数介质。一方面，两个侧面及表面引入的高介电常数介质能够从三个方向对漂移区进行调制，首先是通过调节漂移区的表面电场和纵向电场从而提高器件的击穿电压，其次是能够大幅提高漂移区的掺杂浓度从而降低器件的导通电阻；另一方面，采用三栅结构代替原来的表面栅结构，能够提供了良好的沟道控制能力，能够降低器件关闭时的漏电流，并抑制短沟道效应大大降低阈值电压的迟滞并显著提高了跨导。此外，利用高介电常数介质作为三栅电极与沟道之间的栅介质，具有更厚的物理氧化层，并能够改善栅极漏电流的问题。附图说明图1为常规的横向双扩散功率器件LDMOS结构示意图；图2为本专利技术提供的鳍式双扩散功率器件的结构示意图；图3为仅制备鳍式有源区后的器件结构示意图；图4为本专利技术的鳍式双扩散功率器件结构沿图2中的A线的剖面示意图；图5为本专利技术的鳍式双扩散功率器件结构沿图2中的B1线的剖面示意图，其中B1线位于半导体体接触区正上方；图6为本专利技术的鳍式双扩散功率器件结构沿图2中的B2线的剖面示意图，其中B2线位于半导体源区正上方；图7为本专利技术的鳍式双扩散功率器件结构沿图2中的B3线的剖面示意图，其中B3线位于三栅电极正上方；图8为本专利技术的鳍式双扩散功率器件结构沿图2中的B4线的剖面示意图；图9为本专利技术的鳍式双扩散功率器件结构沿图2中的B5线的剖面示意图；图10为本专利技术的鳍式双扩散功率器件结构在形成沟道区后沿A线的剖面示意图；图11为本专利技术的鳍式双扩散功率器件结构在形成沟道区后沿B5线的剖面示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步地详细描述。如图2所示为本专利技术提供的一种鳍式横向双扩散功率器件，该LDMOS器件包括位于最下方的半导体衬底1、衬底上的埋层2和位于埋层上方的鳍式有源区3；如图3所示，鳍式有源区3包括若干分立的鳍部，呈凸起状，图3中示出了三个鳍部，鳍部两侧均设有介质槽区；每个鳍部包括半导体漏区4、半导体漂移区5、半导体阱区8，半导体阱区8位于半导体漂移区5的一侧，半导体漏区4位于半导体漂移区5的另一侧上方；其中半导体阱区8中包括半导体源区6和半导体体接触区7，以及位于半导体漂移区5和半导体源区6之间的沟道区15，即半导体体接触区7位于外侧，半导体源区6位于内侧。鳍式有源区3的鳍部两侧及表面均为介质区9，其采用介电常数高于硅的介质材料；三栅电极10在沟道区15的两侧及顶部，三栅电极10与沟道区15之间的栅介质层即为介质区9的一部分。该鳍式横向双扩散功率器件还包括位于有源区3上方的漏极金属11和源极金属12，漏极金属11与半导体漏区4相接触，源极金属12与半导体源区6及半导体体接触区7相接触。本实施例的横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管以N型漂移区为例，如图2所示为本专利技术的一种鳍式LDMOS半导体器件，相比于图1所示为常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鳍式横向双扩散功率器件，其特征在于：包括位于最下方的半导体衬底(1)、位于衬底上方的埋层(2)、位于埋层上方的鳍式有源区(3)；鳍式有源区(3)包括鳍部，鳍部包括半导体漏区(4)、半导体漂移区(5)、半导体阱区(8)，其中半导体阱区(8)中包括半导体源区(6)和半导体体接触区(7)，以及位于半导体漂移区(5)和半导体源区(6)之间的沟道区(15)；鳍部的两侧及表面均覆有介质材料形成介质区(9)，三栅电极(10)设于沟道区(15)的两侧及顶部，三栅电极(10)与沟道区(15)之间设有栅介质层，栅介质层即为介质区(9)的一部分；该鳍式横向双扩散功率器件还包括位于鳍式有源区(3)上方的漏极金属(11)和源极金属(12)，且漏极金属(11)与半导体漏区(4)接触，源极金属(12)与半导体源区(6)及半导体体接触区(7)接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种鳍式横向双扩散功率器件，其特征在于：包括位于最下方的半导体衬底(1)、位于衬底上方的埋层(2)、位于埋层上方的鳍式有源区(3)；鳍式有源区(3)包括鳍部，鳍部包括半导体漏区(4)、半导体漂移区(5)、半导体阱区(8)，其中半导体阱区(8)中包括半导体源区(6)和半导体体接触区(7)，以及位于半导体漂移区(5)和半导体源区(6)之间的沟道区(15)；鳍部的两侧及表面均覆有介质材料形成介质区(9)，三栅电极(10)设于沟道区(15)的两侧及顶部，三栅电极(10)与沟道区(15)之间设有栅介质层，栅介质层即为介质区(9)的一部分；该鳍式横向双扩散功率器件还包括位于鳍式有源区(3)上方的漏极金属(11)和源极金属(12)，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佳飞，张振宇，郭宇锋，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32