本发明专利技术提出了带有改良漏极接头结构的横向双扩散金属氧化物半导体器件及其制备方法。这种半导体器件包括一个半导体衬底；一个位于半导体衬底上的半导体外延层；一个设置在外延层顶面上的漂流区；一个位于漂流层顶面上的源极区；一个位于源极区和漂流区之间的半导体外延层表面附近的沟道区；一个位于沟道区顶部的栅极电极上方的栅极；以及一个电连接漂流层和衬底的漏极接触沟道。接触沟道包括一个从漂流区垂直形成、穿过外延层、一直到衬底，并用导电漏极插塞填充的沟道；沿沟道的侧壁形成的电绝缘隔离片，以及一个位于漏极接触沟道上方的导电漏极带，用于将漏极接触沟道电连接到漂流区。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及横向金属氧化物半导体场效应管，更确切地说，是一种带有底部 漏极的高性能的横向金属氧化物半导体场效应管。
技术介绍
功率金属氧化物半导体场效应管典型应用于功率切换和功率放大的器件中。对于 功率切换，商业上通常使用双扩散金属氧化物半导体场效应管(DMOSFETs)器件。尽管平面 栅极结构的半导体功率器件更加适合于晶圆带工厂的制程，并且生产成本较低，但是传统 的用于制备带有面状栅极的金属氧化物半导体场效应管器件的生产工艺，仍然遇到许多技 术难题和技术局限。参见图1A，一个带有水平沟道的面状结构以及栅极的典型传统的垂直 双扩散金属氧化物半导体场效应管器件的单一元件100的横截面视图，其中，沟道从栅极 附近的源极区边缘开始扩散。典型的双扩散金属氧化物半导体场效应管包括多个这种的元 件。元件100的垂直场效应管结构位于N+衬底102上，N+衬底102作为漏极区域。N-外 延层或N-漂流层104位于衬底102上方。100结构还包括一个P-本体区106、N+源极区 108、N+多晶硅栅极区112以及设置在N+栅极112下方的栅极氧化物110。例如，图IA所 示的晶体管元件100为η-沟道金属氧化物半导体场效应管(NM0SFET)。一种结型场效应 管植入物，例如一种用于η-沟道金属氧化物半导体场效应管器件的N-型掺杂植入物，可用 于降低由于沟道区域106之间的漂流区104的本体区106，产生的侧方捏力引起的导通电阻 Rdson升高。但是，由于平面栅极穿过本体区之间的外延和漂流区耦合到漏极，使得栅漏电 容很高，因此这种器件在低偏压的高频器件应用方面有所局限。如果使用结型场效应管降 低导通电阻Rdson，则会增加栅漏电容。此外，由于单元间距很难再减小，带有平面栅极的双扩散金属氧化物半导体器件 仍然存在许多技术局限，尤其是当减小双扩散金属氧化物半导体器件的元件间距时，本体 区之间的微小距离，会产生很高的漏源之间的导通电阻Rds-on。在Baliga申请的美国专利 6，800，897和美国专利6，791，143中，提出了一种硅半导体公司场效应管(SSCFET)器件，如 图IB所示，硅半导体公司场效应管(SSCFET)元件结构120的横截面视图。对于n_沟道金 属氧化物半导体场效应管器件，硅半导体公司场效应管(SSCFET)元件结构120是通过深退 化N-型植入区114增大器件的导通电阻。然后，将结型场效应管植入区114与设置在P-本 体区106下面的嵌入式P-区116合并，屏蔽“传统的”横向扩散浅沟道。然而，由于设计竞 争要求，如图IB所示的硅半导体公司场效应管(SSCFET)结构并不能有效解决上述技术局 限。特别是为了获得低电阻，而采用的高剂量结型场效应管植入，会对P-本体和P-屏蔽植 入区进行补偿。因此，硅半导体公司场效应管(SSCFET)元件结构较难生产和改进。基于上 述原因，依靠传统工艺制造的带有平面栅极的半导体功率器件，并不能满足需要高性能、高 效率的功率器件的高频应用。如图IC所示，美国专利号为2007/0278571的专利提出了一个平面分裂栅极金属 氧化物半导体场效应管器件130。平面分裂栅极金属氧化物半导体场效应管器件130带有一个外延层104，位于衬底102上。金属氧化物半导体场效应管器件130含有一个分裂栅 极132，带隙为g。分裂栅极132设置在栅极氧化物层110上方，氧化物层110位于外延层 104上方。金属氧化物半导体场效应管器件还包括一个紧挨着栅极氧化层110下面的浅表 面掺杂区134，形成沟道区域。结型场效应管的垂直深扩散区138，例如N+扩散区，形成在 外延层104中，分裂栅极132的带隙g的下面。通过将这个N+区138从外延层104的顶面 延伸到底部(其底部比深本体区136的底部还深)，反向掺杂浅表面掺杂层，并将沟道末端 连接到漏极。用一种第二导电类型的掺杂物(例如P-型掺杂物)对深本体区136进行掺 杂，并将深本体区136从浅表面掺杂区134的底部，延伸到一定深度，这个深度要小于深结 型场效应管扩散区138的底部深度。用第一导电类型的掺杂物(例如N+掺杂物)对P-本 体区136进行掺杂，P-本体区136包围着源极区108。反向掺杂浅表面掺杂层134的源极 区108，形成在结型场效应管区138周围的外延层顶面附件近，结型场效应管区138位于分 裂栅极的带隙132下面。如图IC所示，由于在结型场效应管扩散138上面没有直接接触的 栅极电极，因此平面分裂栅极金属氧化物半导体场效应管结构的栅漏电容很低。但是，这些 器件会受到由本体区之间的电流通路引起的结型场效应管夹断现象的影响。原有技术制备的带有接地/衬底源极的横向双扩散金属氧化物半导体器件，含有 P+下沉区，用于将顶部源极连接到P+衬底上。G. Cao等人在IEEE电子器件(2004年8期 1296-1303页)发表的文章《在射频横向双扩散金属氧化物半导体场效应管中的漂流区设 计的比较性研究》中，提出了一种带有接地/衬底源极的射频横向双扩散金属氧化物半导体 器件150，其横截面视图如图ID所示。射频横向双扩散金属氧化物半导体器件150位于P+ 衬底(源极152)上，并且它上面带有一个P-外延层154。射频横向双扩散金属氧化物半导 体器件150含有P+下沉区，用于将顶部源极金属162连接到P+衬底(源极)152上。顶部 源极金属162通过氧化层160中的开口，将P+下沉物短接到N+顶部源极区159上。N+漂 流区156位于外延层154的顶面上，并通向N+漏极区158。栅极166设置在N+漂流层156 上方，并通过氧化物160实现电绝缘。顶部源极金属162和漏极金属164设置在此结构上 方。Ishiwaka 0等人于1985年12月1_4日在华盛顿举行的国际电子器件会议上的学 术文摘中(166-169页)发表的文章《通过V-槽式结合降低源极电感的2. 45GHz功率横向 双扩散金属氧化物半导体场效应管》，提出了一种带有V-槽式源极连接的横向双扩散金属 氧化物半导体场效应管，能够最小化源极电感(Ls)、栅漏电容(Cgd)以及沟道长度(Leff)。 V-沟槽穿入P-型外延层，到达P+型衬底，形成在有源区外的Si02区中。横向双扩散金属 氧化物半导体场效应管的N+型源极区通过镀金属，直接连接到V-沟槽上。由于器件源极 不需要焊线，因此源极电容Ls很小，以致于可以忽略。栅漏电容Cgd也仅占相同栅极宽度 的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDM0SFET)的栅漏电容的1/4。美国专利6，372，557提出的一种用于制备横向双扩散金属氧化物半导体晶体管方法，包括a)在第一导电类型的半导体衬底中，制备第一导电类型的第一掺杂区；b)在衬 底上制备一个外延层；c)在外延层中，制备第一导电类型的第二掺杂区；以及d)在外延层 中，制备第一导电类型的本体区。制备第一、第二掺杂区以及本体区的步骤，包括在这些区 域中热扩散掺杂物，以使第一和第二掺杂区逐渐扩散、相互融合。本体区也与第二掺杂区相 互融合，并通过第一和第二掺杂区，将本体区电耦合到衬底上。然后，在外延层中形成源极和漏极区。通过这种方法制备的晶体管，能够减小本体区和衬底之间的电阻，或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，包括：一个用作漏极的半导体衬底；一个位于半导体衬底上的半导体外延层；一个设置在外延层顶面上的漂流区；一个位于漂流层顶面上的源极区；一个位于源极区和漂流区之间的半导体外延层表面附近的沟道区；一个位于沟道区顶部的栅极介电层上方的导电栅极；一个位于漂流层和外延层中的漏极接触沟道，用于将漂流层电连接到半导体衬底上，漏极接触沟道包括：一个从漂流区的上表面开始、垂直穿过外延层、一直到半导体衬底，并用导电漏极插塞填充的沟道；沿漏极接触沟道的侧壁形成的电绝缘隔离片，用于从漂流层和外延层中将漏极插塞电绝缘、并阻止掺杂物扩散到漏极插塞或从漏极插塞中扩散出来；以及一个位于漏极接触沟道上方的导电漏极带，用于将漏极接触沟道电连接到漂流区。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗索瓦赫伯特，
申请(专利权)人：万国半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。