一种横向SOI功率半导体器件制造技术

一种横向SOI功率半导体器件，属于功率半导体器件技术领域。器件元胞结构包括衬底、绝缘介质层及绝缘介质层上方的器件有源层，器件有源层包括源区、漏区、栅和漂移区；其中源区和漏区之间的漂移区由两个平行于器件横向方向的第一半导体掺杂区中间夹一个第二半导体掺杂区形成三明治结构，其中第一半导体掺杂区的导电类型与源区结构中的第一导电类型半导体体区的导电类型不同；在两个第一半导体掺杂区的外侧面分别具有一层高k介质层。本发明专利技术能够缓解横向超结SOI功率半导体器件存在的衬底辅助耗尽效应，不存在超结功率半导体器件中需要考虑的超结结构的电荷平衡问题，具有更高的反向耐压性能和更低的正向导通电阻，且制作工艺难度和成本相对较低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种横向SOI功率半导体器件，属于功率半导体器件
。器件元胞结构包括衬底、绝缘介质层及绝缘介质层上方的器件有源层，器件有源层包括源区、漏区、栅和漂移区；其中源区和漏区之间的漂移区由两个平行于器件横向方向的第一半导体掺杂区中间夹一个第二半导体掺杂区形成三明治结构，其中第一半导体掺杂区的导电类型与源区结构中的第一导电类型半导体体区的导电类型不同；在两个第一半导体掺杂区的外侧面分别具有一层高k介质层。本专利技术能够缓解横向超结SOI功率半导体器件存在的衬底辅助耗尽效应，不存在超结功率半导体器件中需要考虑的超结结构的电荷平衡问题，具有更高的反向耐压性能和更低的正向导通电阻，且制作工艺难度和成本相对较低。【专利说明】一种横向SOI功率半导体器件
本专利技术属于功率半导体器件
，涉及SOI功率半导体器件。
技术介绍
SOI (silicon-on-1nsulator)电路的有源层与衬底之间、高压单元与低压单元之间通过绝缘层完全隔开。与体硅技术相比，SOI技术具有高速、低功耗、高集成度以及便于隔离等优点，并减弱了闭锁效应和具备很强的抗辐照能力，使SOI集成电路的可靠性和抗软失效能力大大提闻。功率MOSFET(metaloxide semiconductor Field-Effect Transistor)是多子导电型器件，具有输入阻抗高、易驱动、速度快、频率高、导通电阻具有正温度系数、安全工作区宽以及可并联使用等诸多优点。器件耐高压需要漂移区较长且漂移区掺杂浓度低。然而，随着漂移区长度的增加和掺杂浓度的降低，漂移区的电阻将超线性关系升高，导致器件的导通电阻(RJ增加，开态功耗增大。器件导通电阻Rm正比例于击穿电压BV的2.5次方，即 RmBV2 5。1988年飞利浦公司的D.J.Coe在美国专利US4754310 (专利技术名称=High voltagesemiconductor device)中提出在横向高压MOSFET (LDM0SFET)结构中米用交替的P柱区和N柱区作为耐压区，以代替传统功率器件中单一导电类型(N型或P型)的低掺杂的漂移区作为耐压层的方法。1993年电子科技大学的陈星弼教授提出，在纵向功率器件(尤其是纵向M0SFET)中采用交替的P柱区和N柱区 结构作为漂移层的思想，并称其为“复合缓冲层"(composite buffer layer)。1997年Tatsuhiko等人在对上述概念的总结下提出了“超结理论” (super junction, SJ)。超结MOSFET的耐压层除了沿源-漏区方向的耗尽之外，耐压层中P柱区和N柱区之间也相互耗尽，使得在较高的漏极电压下，整个耐压层便完全耗尽，类似于一个本征耐压层，从而使器件的耐压得以提高。同时，超结中的N柱区可以采用较高的浓度，这样有利于降低导通电阻。陈星弼院士在他的美国专利US7，230, 310B2,(专利技术名称:super junctionvoltage sustaining layer with alternating semiconductor and high-K dielectricregions)中提出，利用高k (k为相对介电系数)介质来提高器件电学性能的思想。这种结构能够避免常规的超结P柱和N柱相互扩散的问题，而且在大电流时提高了器件的安全工作区，降低了器件的导通电阻。将超结引入横向SOI功率MOSFET (SOI LDM0S)，在提高耐压的基础上降低导通电阻；但为了获得高性能的超结SOI LDM0S，其实现难度较大。首先，“超结”器件的电学性能对电荷非平衡很敏感，工艺上须精确控制P柱区和N柱区的宽度和浓度，否则导致器件电学性能退化；其次，为了获得较好的电学性能，需要P柱区和N柱区具有较大的深宽比，即采用多次外延，多次注入及退火。以上两点均增加了工艺难度及成本。再次，超结SOI LDMOS存在衬底辅助耗尽效应，影响了 P柱区和N柱区之间的电荷平衡，导致击穿电压下降。
技术实现思路
为了解决现有横向超结SOI功率半导体器件所存在的制作工艺难度大、成本高以及存在衬底辅助耗尽效应的技术问题，本专利技术提供一种横向SOI功率半导体器件。该器件能够缓解横向超结SOI功率半导体器件所存在的衬底辅助耗尽效应，不存在超结功率半导体器件中需要考虑的超结结构的电荷平衡问题，具有更高的反向耐压性能和更低的正向导通电阻，且制作工艺难度和成本相对较低。本专利技术技术方案如下:一种横向SOI功率半导体器件，其元胞结构如图2至图7所示，包括:绝缘介质层9、位于绝缘介质层9下方且与绝缘介质层9相接触的衬底10、位于绝缘介质层9上方且与绝缘介质层9相接触的器件有源层；所述器件有源层包括源区结构、漏区结构、栅结构和漂移区结构；所述源区结构位于器件有源层横向方向的一侧，包括第一导电类型半导体体区4、位于第一导电类型半导体体区4表面且相互独立的重掺杂第二导电类型半导体源区2和重掺杂第一导电类型半导体体接触区3，所述重掺杂第二导电类型半导体源区2和重掺杂第一导电类型半导体体接触区3表面与金属化源极S相连；所述漏区结构位于器件有源层横向方向的另一侧，包括一个重掺杂半导体漏区1，所述重掺杂半导体漏区I表面与金属化漏极D相连；所述源区结构和漏区结构之间的器件有源层形成漂移区结构，所述漂移区结构由两个平行于器件横向方向的第一半导体掺杂区11中间夹一个第二半导体掺杂区7形成三明治结构，其中所述第一半导体掺杂区11的导电类型与所述源区结构中的第一导电类型半导体体区4的导电类型不同；所述两个第一半导体掺杂区11的外侧面分别具有一层高k介质层8，所述高k介质层(8)的相对介电常数大于半导体漂移区的相对介电常数，且所述高k介质层(8)的临界击穿电场大于30V/ μ m ;所述栅结构由栅介质层6和栅极导电材料5构成，其中栅极导电材料5与重掺杂第二导电类型半导体源区2、第一导电类型半导体体区4和漂移区结构之间隔着栅介质层6。上述技术方案中:1)所述第一半导体掺杂区11的宽度尺寸小于第二半导体掺杂区7的宽度尺寸，但第一半导体掺杂区11的掺杂浓度大于第二半导体掺杂区7的掺杂浓度。2)进一步地，所述第一半导体掺杂区11的导电类型与第二半导体掺杂区7的导电类型可以相同或不相同。当第一半导体掺杂区11的导电类型与第二半导体掺杂区7的导电类型不相同时，两个第一半导体掺杂区11和第二半导体掺杂区7形成超结结构。进一步地，如图4所述，上述器件在两个第一半导体掺杂区11和第二半导体掺杂区7形成超结结构的情况下，所述漂移区结构和漏区结构之间还可具有一层半导体缓冲层14 ;所述半导体缓冲层14的导电类型与第一半导体掺杂区11的导电类型相同，但掺杂浓度小于第一半导体掺杂区11的掺杂浓度。半导体缓冲层14的引入可进一步缓解器件在反向阻断时，由于衬底辅助耗尽带来的电荷不平衡问题。上述技术方案中:I)所述衬底10材料可以是半导体材料(包括P型半导体或N型半导体)，也可以是非半导体材料。2)所述栅结构可以是平面栅结构，也可以是沟槽栅结构。当栅结构为平面栅结构时，所述栅介质层6位于第一导电类型半导体体区4表面、且分别与部分重掺杂第二导电类型半导体源区2和部分漂移区结构表面相接触，所述栅极导电材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横向SOI功率半导体器件，其元胞结构包括：绝缘介质层（9）、位于绝缘介质层（9）下方且与绝缘介质层（9）相接触的衬底（10）、位于绝缘介质层（9）上方且与绝缘介质层（9）相接触的器件有源层；所述器件有源层包括源区结构、漏区结构、栅结构和漂移区结构；所述源区结构位于器件有源层横向方向的一侧，包括第一导电类型半导体体区（4）、位于第一导电类型半导体体区（4）表面且相互独立的重掺杂第二导电类型半导体源区（2）和重掺杂第一导电类型半导体体接触区（3），所述重掺杂第二导电类型半导体源区（2）和重掺杂第一导电类型半导体体接触区（3）表面与金属化源极（S）相连；所述漏区结构位于器件有源层横向方向的另一侧，包括一个重掺杂半导体漏区（1），所述重掺杂半导体漏区（1）表面与金属化漏极（D）相连；所述源区结构和漏区结构之间的器件有源层形成漂移区结构，所述漂移区结构由两个平行于器件横向方向的第一半导体掺杂区（11）中间夹一个第二半导体掺杂区（7）形成三明治结构，其中所述第一半导体掺杂区（11）的导电类型与所述源区结构中的第一导电类型半导体体区（4）的导电类型不同；所述两个第一半导体掺杂区（11）的外侧面分别具有一层高k介质层（8），所述高k介质层（8）的相对介电常数大于半导体漂移区的相对介电常数，且所述高k介质层（8）的临界击穿电场大于30V/μm；所述栅结构由栅介质层（6）和栅极导电材料（5）构成，其中栅极导电材料（5）与重掺杂第二导电类型半导体源区（2）、第一导电类型半导体体区（4）和漂移区结构之间隔着栅介质层（6）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小蓉，王骁玮，范叶，范远航，尹超，魏杰，蔡金勇，周坤，张彦辉，张波，李肇基，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：