一种具有倾斜表面漂移区的绝缘体上硅横向功率晶体管制造技术

具有倾斜表面漂移区的绝缘体上硅横向功率晶体管，该晶体管至少包含依次相连的三个半导体掺杂区。其中位于一端的掺杂区为第一类导电类型，构成器件的沟道区（或阳极区），另一端的掺杂区为第二类导电类型，构成器件的漏区（或阴极区），夹在中间的半导体区为第二类导电类型，构成器件的漂移区。漂移区的下部与埋氧层相接，上部与场氧层相接。漂移区的厚度沿从沟道区（阳极）到漏区（阴极）的方向以线性或平方根形式逐渐增加，从而形成倾斜的漂移区表面。采用该结构制造横向扩散场效应晶体管ＬＤＭＯＳ、横向ＰＮ二极管或横向绝缘栅双极型晶体管ＬＩＧＢＴ，具有导通电阻小、击穿电压高、工艺简单、成本低廉等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体功率器件
，它特别涉及大功率和高压应用的绝缘体上硅 (Semiconductor On Insulator,简称SOI)横向功率器件，如横向扩散场效应晶体管LDMOS、 横向高压二极管、横向绝缘栅双极型晶体管LIGBT等。
技术介绍
SOI技术具有隔离性能好、工作速度高、抗闭锁能力强等优点，在智能功率集成电路和 功率片上系统中具有广泛的应用前景。作为决定智能功率集成电路和功率片上系统性能的关 键器件，SOI横向功率器件技术受到了众多学者的广泛研究。在横向功率器件的设计中，必须综合考虑击穿电压、导通电阻、晶体管尺寸、制造成本 和可靠性等因素的折中。通常而言，某方面性能的改善往往会导致其它性能的退化。特别是 击穿电压的提高通常是以导通电阻的增加为代价的。SOI横向功率器件的基本结构是RESURF (Reduced Surface Field)结构。图1给出了 一个典型常规SOI横向扩散场效应晶体管(Lateral Double Diffusion Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,简称LDMOS)的示意图。它由半导体衬底100, 埋氧层102，半导体SOI层120,场氧层112a，栅氧化层U2b，和栅金属114组成。其中所 述的SOI层120包括具有第一类导电类型的半导体区域106,具有高掺杂浓度的第二类导电 类型的半导体区域104和108，以及具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域110。 这里104构成LDMOS的源区104， 106构成LDMOS的沟道区，108构成LDMOS的漏区，110 构成LDMOS的漂移区。大量研究表明当漂移区的浓度和厚度的乘积约为1012cm—2，器件具有 最高的击穿电压。此时漂移区两端表面处的电场达到最髙值，而中部电场仍较低，从而限制 了器件的耐压能力。为了改善RESURF结构的击穿特性，美国专利5246870和5412241提出了一种横向线性 掺杂的SOI高压器件结构，如图2所示。它由半导体衬底IOO,埋氧层102,半导体S0I层 120，场氧层112a，栅氧化层112b，和栅金属114组成。其中所述的SOI层120包括具有第 一类导电类型的半导体区域106,具有高掺杂浓度的第二类导电类型的t半导体区域104和 108，以及具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域110。这里1'04构成LDMOS的源 区104, 106构成LDMOS的沟道区，108构成LDMOS的漏区，110构成LDMOS的漂移区。所述 的低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域110的掺杂浓度从沟道区一侧向漏区一侧线 性增加。通过优化线性分布函数的斜率和起始浓度，可以实现漂移区表面电场为常数分布， 从而大幅度提高器件的击穿电压。但是其代价是临近沟道处的漂移区掺杂浓度必须大幅度降 低，从而使导通电阻增加，限制了该器件的应用范围。比如在需要承受大电流和高电压的源跟随模式下，该器件不能有效地工作。同时，为了获得线性变化的漂移区浓度，必须增加一 次细槽掩模光刻和高温长时间退火。这增加了工艺的复杂性，提高了制造成本。为了提高线性掺杂漂移区器件的电流能力，降低导通损耗，美国专利5969387对上述结 构进行了改进。其基本结构如图3所示。它由半导体衬底100,埋氧层102，半导体SOI层 120，场氧层112,栅氧化层112，和栅金属114组成。其中所述的SOI层120包括具有第一 类导电类型的半导体区域106,具有高掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域104和108， 以及具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域110。这里104构成LDM0S的源区，.106 构成LDMOS的沟道区，108构成LDMOS的漏区，110构成LDMOS的漂移区。所述的低掺杂浓 度的第二类导电类型的半导体区域110的掺杂浓度从沟道区一侧向漏区一侧线性增加。为了 降低导通电阻，该结构在临近沟道区的地方，增加了漂移区厚度(110b)而减薄了场氧层厚 度(112b)，同时延长了了栅场板，将其完全覆盖在减薄了的场氧层表面。该结构可以在保 持击穿电压不受影响的情况下， 一定程度上增大饱和电流。但是改善程度不大，而且进一步 增加了工艺复杂性，提高了制造成本。
技术实现思路
技术问题本项专利技术的目的是提供一种新的具有倾斜表面漂移区的SOI功率器件结构， 采用该结构， 一方面可以大幅度提高漂移区浓度，大大降低导通电阻，增大工作电流，另一 方面，可以获得近似为常数的漂移区表面电场分布，从而提高关态和开态击穿电压、增大安 全工作区。此外，该结构制作工艺比线性横向掺杂简单，无需高温过程，在某些情况下，.甚 至可以采用完全CMOS工艺而无需增加掩模板和附加工艺步骤，从而降低制造成本。技术方案本专利技术提供了一种具有倾斜表面漂移区的SOI功率器件结构。如图4所示， 它包括半导体衬底层、在衬底上方的埋氧层，埋氧层上方的半导体SOI层，和半导体SOI 层上方的场氧化层,所述的SOI层包含一个具有第一类导电类型的半导体区域和一个具有高 掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域，二者之间通过一个具有低掺杂浓度的第二类导电 类型的半导体区域隔开，具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域构成了功率器件的 漂移区，其厚度沿着从第一类导电类型的半导体区域到具有高掺杂浓度第二类导电类型的半导体区域的方向由薄到厚逐渐增加，从而形成倾斜表面。作为漂移区的具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域，其厚度的增加方式是线 性的、平方根的，或其它递增函数形式，其最厚和最薄处的漂移区高度比大于2。作为漂移区的具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域，其浓度分布是均匀分' 布、横向非均匀分布、纵向非均匀分布或纵向和横向均为非均匀分布。场氧化层是均匀厚度的，或是沿第一类导电类型的半导体区域到高掺杂浓度的第二类导 电类型的半导体区域的方向逐渐变薄的。 '半导体SOI层是硅、碳化硅、砷化镓或锗硅。埋氧层是二氧化硅、兰宝石或氮化硅材料。所述的功率晶体管的具体形式是横向扩散场效应晶体管LDM0S、横向PN 二极管、横向 绝缘栅双极型晶体管LIGBT、或横向晶闸管。有益效果本专利技术所述的倾斜表面漂移区可以采用两种方式制造。第一，采用常规半导体工艺中的光刻、各向异性腐蚀、氧化、淀积等工艺实现。这种方法得到的场氧化厚度均匀， 但要增加掩模版和工艺步骤。第二，采用类似美国专利6221737的所述的方法，通过改变场 氧的光刻掩模图形，在靠近漏端(阴极)的地方采用窄槽掩模，在靠近源端(阳极)的区域 采用宽槽掩模,从而一次氧化即可获得变厚度的漂移区。这种方法有望完全和常规工艺兼容， 无需增加新的掩模版和工艺步骤，但所得到的场氧化厚度从漏到源逐渐减小。附图说明图1是常规SOI RESURF LDMOS结构示意图。图2是线性掺杂漂移区SOI LDM0S结构示意图。图3是一种改进的线性掺杂漂移区SOI LDM0S的结构示意图。图4是本专利技术的具有倾斜表面漂移区的SOI LDM0S结构的一种形式。图5是本专利技术的具有倾斜表面漂移区SOI LDM0S结构的一种形式。图6是本专利技术的具有倾斜表面漂移区SOI LDM0S结构的一种形式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有倾斜表面漂移区的绝缘体上硅横向功率晶体管，其特征是：它包括半导体衬底层（１００）、在衬底上方的埋氧层（１０２），埋氧层（１０２）上方的半导体ＳＯＩ层（１２０），和半导体ＳＯＩ层（１２０）上方的场氧化层（１１２），所述的ＳＯＩ层（１２０）包含一个具有第一类导电类型的半导体区域（１０６）和一个具有高掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域（１０８），二者之间通过一个具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域（１１０）隔开，具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域（１１０）构成了功率器件的漂移区，其厚度沿着从第一类导电类型的半导体区域（１０６）到具有高掺杂浓度第二类导电类型的半导体区域（１０８）的方向由薄到厚逐渐增加，从而形成倾斜表面。

【技术特征摘要】
1. 一种具有倾斜表面漂移区的绝缘体上硅横向功率晶体管，其特征是它包括半导体衬底层(100)、在衬底上方的埋氧层(102)，埋氧层(102)上方的半导体SOI层(120)，和半导体SOI层(120)上方的场氧化层(112)，所述的SOI层(120)包含一个具有第一类导电类型的半导体区域(106)和一个具有高掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域(108)，二者之间通过一个具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域(110)隔开，具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域(110)构成了功率器件的漂移区，其厚度沿着从第一类导电类型的半导体区域(106)到具有高掺杂浓度第二类导电类型的半导体区域(108)的方向由薄到厚逐渐增加，从而形成倾斜表面。2. 根据权利要求1所述的具有倾斜表面漂移区的绝缘体上硅横向功率晶体管，其特征 是作为漂移区的具有低掺杂浓度的第二类导电类型的半导体区域(110)，其厚度的增加方 式是线性的、平方根的，或其它递增函数形式，其最厚和最薄处的漂移区高度比大于2。3. 根据权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇锋，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：84[]