一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝VDMOS器件制造技術(shù)

一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝VDMOS器件，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)利用掩埋層溝道結(jié)構(gòu)大大降低了溝道電阻，并利用金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面電場效應(yīng)，正向電壓時(shí)形成積累層而反向電壓時(shí)形成耗盡層。金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵氧化層非常薄，在很小的正向柵電壓下柵氧化層的下半導(dǎo)體表面發(fā)生電子或者空穴積累，從而獲得極低的導(dǎo)通電阻。采用淺槽結(jié)構(gòu)金屬源極，使得工藝版次減少。該結(jié)構(gòu)器件可廣泛應(yīng)用于便攜式電源和CPU電源系統(tǒng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝VDMOS器件，屬于半導(dǎo)體器件

技術(shù)介紹
功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)是在MOS集成電路工藝基礎(chǔ)上發(fā) 展起來的新一代電力開關(guān)器件。垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(VDM0Q器件具有輸入阻抗 高、開關(guān)速度快、工作頻率高、電壓控制、熱穩(wěn)定性好等一系列獨(dú)特特點(diǎn)，目前已在開關(guān)穩(wěn)壓 電源、高頻加熱、計(jì)算機(jī)接口電路以及功率放大器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。VDMOS器件在低壓應(yīng)用領(lǐng)域，可以得到較理想的導(dǎo)通電阻和開關(guān)特性，但是隨著集 成電路應(yīng)用的電源電壓不斷降低，由功率器件導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗成為制約整個(gè)電路 系統(tǒng)能效的一個(gè)瓶頸，所以使低壓功率器件獲得較低的導(dǎo)通損耗一直是功率器件不斷向前 發(fā)展的一個(gè)方向。傳統(tǒng)的VDMOS器件，如圖1所示，其中多晶硅柵8采用的是平面柵結(jié)構(gòu)，電流在流 向與表面平行的溝道11時(shí)，柵極下面P型體區(qū)5由于半導(dǎo)體表面反型形成的反型層溝道是 電流的必經(jīng)之路，它成為電流通道上的一個(gè)串聯(lián)電阻，并且在低壓時(shí)VDMOS溝道電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于JFET電阻，成為VDMOS導(dǎo)通電阻最大組成部分。正是由于這個(gè)反型層溝道形成的溝道 電阻的存在，使得傳統(tǒng)低壓VDMOS器件難以獲得較低的導(dǎo)通損耗。文獻(xiàn) B. Jayant Baliga,Fellow IEEE, Tsengyou Syau and Prasad Venkatraman, TheAccumulation-Mode Field-Effect Transistor A New Ultralow On—Resistance MOSFET，IEEEELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 13, NO. 8, AUGUST 1992，提供了一種溝槽柵積 累型超低導(dǎo)通電阻MOSFET器件，其中多晶硅柵采用了溝槽柵結(jié)構(gòu)代替平面柵結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu) 中不存在P型體區(qū)并且溝槽柵一直延伸到N+漏區(qū)，通過側(cè)壁氧化等一系列特殊加工，側(cè)壁 氧化層外側(cè)的N-外延層區(qū)內(nèi)形成了垂直于硅片表面的溝道。工作時(shí)電流從N+源區(qū)直接 流進(jìn)垂直溝道而進(jìn)入N+漏區(qū)，使得原胞密度增加，改善了器件的導(dǎo)通特性，降低了導(dǎo)通電 阻，從而獲得了較低的導(dǎo)通損耗。但是此種結(jié)構(gòu)對(duì)制造工藝提出了更高的要求，并且反向泄 漏電流大° 文獻(xiàn) Syotaro 0no, Yusuke Kawaguchi, and Akio Nakagawa, New Fine Trench MOSFET with UltraLow On-Resis tance, ISPSD 2003, April 14-17，對(duì)上述文件提出的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在耐壓能夠達(dá)到33V的條件下，雖然能得到當(dāng)時(shí)最低的比導(dǎo)通電阻ΙΟπιΩ. mm2，但是此文獻(xiàn)提出的器件結(jié)構(gòu)仍然采用槽柵型，且泄漏電流仍較大。文獻(xiàn)Baoxing Duan, Yintang Yang,Bo Zhang,andXufeng Hong,Folded-Accumulation LDMOST :New Power MOS Transistor With Very LowSpecific On-Resistance, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 30,NO. 12，DECEMBER2009，提出了一種新型的橫向低壓器件結(jié)構(gòu)，在滿足耐壓為27. 4V, 且能夠獲得當(dāng)時(shí)最低的比導(dǎo)通電阻4. 6m Ω. mm2，但此文獻(xiàn)提出的器件結(jié)構(gòu)工藝實(shí)現(xiàn)也較為 復(fù)雜。所提出的一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝金屬氧化物半導(dǎo)體，采用埋溝結(jié)構(gòu)、簡單的 工藝、極少的掩模板，在滿足耐壓31. 3V和泄漏電流水平與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本相當(dāng)?shù)那闆r下，可以實(shí)現(xiàn)極低的比導(dǎo)通電阻9. 5m Ω . mm2。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝VDMOS器件，采用埋溝結(jié)構(gòu)和淺槽金屬源 電極結(jié)構(gòu)，在不影響器件耐壓的情況下，用簡單的工藝，獲得極低的導(dǎo)通電阻，同時(shí)能夠提 高器件的散熱性能。本專利技術(shù)技術(shù)方案如下一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝VDMOS器件，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括金屬化漏極 1、N+襯底區(qū)2、N—外延層3、深P體區(qū)5、N型重?fù)诫s區(qū)6、柵氧化層7、多晶硅柵電極8、隔離 介質(zhì)9、淺槽結(jié)構(gòu)金屬源電極10。金屬化漏極1位于N+襯底2背面，N"外延層3位于N+襯 底2正面；兩個(gè)深P體區(qū)5位于N—外延層3上部的兩側(cè)，深P體區(qū)5的外側(cè)部分直接與淺槽 結(jié)構(gòu)金屬源電極10相連；深P體區(qū)5的內(nèi)側(cè)部分通過N型重?fù)诫s區(qū)6與淺槽結(jié)構(gòu)金屬源電 極10 ；兩個(gè)N型重?fù)诫s區(qū)6之間的N—外延層3的表面是柵氧化層7，柵氧化層7的表面是 多晶硅柵電極8，多晶硅柵電極8與金屬化源極10之間是隔離介質(zhì)9。所述深P體區(qū)5采 用高能離子注入工藝制作；所述柵氧化層8的厚度在十納米數(shù)量級(jí)，所述柵氧化層7至深P 體區(qū)5之間的距離在深亞微米數(shù)量級(jí)。上述技術(shù)方案中所述淺槽結(jié)構(gòu)金屬源電極10采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)制備，首先在深P體區(qū)5外側(cè) 的上方刻蝕出較淺的U形槽，槽底部刻蝕至深P體區(qū)5內(nèi)，然后在U形槽中填充金屬，使得 源金屬與P體區(qū)5和N型重?fù)诫s區(qū)6相接觸；為使金屬與深P體區(qū)5形成良好歐姆接觸，可 在填充金屬之前，通過刻蝕的槽在深P體區(qū)5注入P型重?fù)诫s區(qū)12(如圖3所示)。深P體區(qū)( 采用高能硼離子注入，注入能量為SOKeV 150KeV且注入劑量在 IXlO13 2X1013cm_2之間，N型重?fù)诫s區(qū)(6)采用砷離子注入或砷離子擴(kuò)散，砷離子能量 為IOKeV 30KeV且劑量為2 X IO19 9 X IO19CnT3之間。本專利技術(shù)所提供的一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝VDMOS器件，采用簡單的工藝，在滿 足耐壓且泄漏電流很小的情況下，可得到極低的比導(dǎo)通電阻。現(xiàn)以圖2為例，說明本專利技術(shù)的工作原理。本專利技術(shù)所提供的一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝VDMOS器件中，存在一個(gè)由柵氧化層 7和深P體區(qū)5上方的N—外延層3構(gòu)成的MIS結(jié)構(gòu)-埋溝區(qū)11為；也存在一個(gè)常規(guī)結(jié)型場 效應(yīng)晶體管區(qū)4-由兩個(gè)深P體區(qū)5和兩個(gè)深P體區(qū)5之間的N—外延層3構(gòu)成；由于柵氧 化層7厚度非常薄(僅有幾納米到幾十納米)，埋溝11的厚度也非常薄(深亞微米量級(jí))， 而結(jié)型場效應(yīng)晶體管區(qū)4相對(duì)較寬(1微米左右)。這樣在不加任何電壓時(shí)，埋溝11被上 下兩個(gè)耗盡區(qū)完全交疊耗盡上面為二氧化硅柵氧化層7、多晶硅柵電極8、N外延層3構(gòu)成 的MIS結(jié)構(gòu)耗盡區(qū)，下面為P體區(qū)5和其上方N外延層3所構(gòu)成的PN結(jié)自耗盡區(qū)。這樣當(dāng) 多晶硅柵電極8和淺槽金屬化源極10接地，金屬化漏極1加正電壓測(cè)試耐壓時(shí)，埋溝11和 結(jié)型場效應(yīng)晶體管區(qū)4 一起起作用，使得漏到源的電流通路被完全夾斷，泄漏電流很小，擊 穿發(fā)生在P體區(qū)5和其下方N外延層3構(gòu)成的PN結(jié)處；當(dāng)金屬化源極10接地，多晶硅柵電 極8加上正電壓時(shí)，埋溝11中形成積累區(qū)，溝道開啟，金屬化漏極1加正電壓時(shí)，形成正向 導(dǎo)通。由于結(jié)型場效應(yīng)晶體管區(qū)4相對(duì)較寬(1微米左右)，所以在器件不加任何偏置的 情況下，結(jié)型場效應(yīng)晶體管區(qū)4是沒有被耗盡，即此區(qū)可為載流子提供通路；由于埋溝區(qū)11 非常薄，所以此區(qū)在器件不加任何偏置下完全耗盡，載流子不能通過，對(duì)于埋溝區(qū)11，其耗 盡情況取決于二氧化硅柵氧化層7的厚度和N外延層3及P體區(qū)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種極低導(dǎo)通電阻淺槽埋溝ＶＤＭＯＳ器件，包括金屬化漏極（１）、Ｎ＋襯底區(qū)（２）、Ｎ－外延層（３）、深Ｐ體區(qū)（５）、Ｎ型重?fù)诫s區(qū)（６）、柵氧化層（７）、多晶硅柵電極（８）、隔離介質(zhì)（９）、淺槽結(jié)構(gòu)金屬源電極（１０）；金屬化漏極（１）位于Ｎ＋襯底（２）背面，Ｎ－外延層（３）位于Ｎ＋襯底（２）正面；兩個(gè)深Ｐ體區(qū)（５）位于Ｎ－外延層（３）上部的兩側(cè)，深Ｐ體區(qū)（５）的外側(cè)部分直接與淺槽結(jié)構(gòu)金屬源電極（１０）相連；深Ｐ體區(qū)（５）的內(nèi)側(cè)部分通過Ｎ型重?fù)诫s區(qū)（６）與淺槽結(jié)構(gòu)金屬源電極（１０）；兩個(gè)Ｎ型重?fù)诫s區(qū)（６）之間的Ｎ－外延層（３）的表面是柵氧化層（７），柵氧化層（７）的表面是多晶硅柵電極（８），多晶硅柵電極（８）與金屬化源極（１０）之間是隔離介質(zhì)（９）；所述深Ｐ體區(qū)（５）采用高能離子注入工藝制作；所述柵氧化層（８）的厚度在十納米數(shù)量級(jí)，所述柵氧化層（７）至深Ｐ體區(qū)（５）之間的距離在深亞微米數(shù)量級(jí)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李澤宏，余士江，姜貫軍，謝加雄，李婷，任敏，張超，劉小龍，張波，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：90