横向半导体器件及制造方法与流程

专利2025-12-27  5


本发明涉及半导体领域,具体地涉及一种横向半导体器件及制造方法。


背景技术:

1、随着集成电路技术与应用的发展,功率半导体器件作为功率集成电路(powerintegrated circuit)的核心部件,具有整流、逆变、变频和功率放大等能力,广泛应用于新能源、智能家电和物联网等领域。

2、横向扩散金属氧化物半导体器件(laterally diffused metal oxidesemiconductor,简称ldmos)作为一种功率半导体器件,具有高可靠性、高集成度和快开关速度等特点,广泛应用于栅驱动集成电路、模拟开关集成电路和电源管理集成电路等功率集成电路中。传统的横向半导体器件通过减小漂移区的掺杂浓度,即增大漂移区电阻率来提高器件击穿电压,但是这样会导致器件导通电阻急剧增加。为了解决导通电阻与击穿电压的矛盾,表面电场降低(reduced surface field,简称resurf)技术被引入横向器件结构中。但是,采用resurf技术的横向器件具有以下缺陷:在实际的工艺过程中,由于工艺波动导致横向器件耐压偏差较大,器件工艺窗口比较小,为了获得更高、更稳定的击穿电压,需要精确控制漂移区的掺杂浓度;此外,衬底在横向器件承受耐压时,衬底掺杂浓度会产生辅助耗尽效应,会对器件的击穿电压产生影响。


技术实现思路

1、为了解决上述技术缺陷,本发明提供一种横向半导体器件及制造方法。

2、本发明提供的一种横向半导体器件,包括半导体衬底,形成于半导体衬底上的阱区、漂移区、源区及漏区,以及形成于阱区和源区上方的栅极,还包括位于漂移区一侧的浮空场板结构;

3、所述浮空场板结构包括形成于半导体衬底上的级联的多晶硅场板,级联的多晶硅场板中相邻两级的多晶硅场板之间通过层间介质层相连,级联的多晶硅场板中第一级多晶硅场板与栅极相连,级联的多晶硅场板中最后一级多晶硅场板与漏极相连。

4、本发明实施例中,所述浮空场板结构还包括场氧介质层,所述场氧介质层包括第一场氧化层以及第二场氧化层,所述第一场氧化层位于所述半导体衬底与所述级联的多晶硅场板之间,所述第二场氧化层位于所述漂移区与所述级联的多晶硅场板之间。

5、本发明实施例中,所述半导体衬底与所述漂移区之间通过隔离氧化层进行隔离。

6、本发明实施例中,所述级联的多晶硅场板结构中不同级多晶硅场板之间的间距依次递增再依次递减。

7、本发明实施例中,第一级多晶硅场板通过接触孔与栅极相连,最后一级多晶硅场板通过接触孔与漏极相连。

8、本发明实施例中,所述级联的多晶硅场板中相邻两级的多晶硅场板之间通过层间介质层相连后呈z型。

9、本发明实施例中,所述层间介质层的材料为绝缘材料。

10、本发明实施例中,最后一级多晶硅场板通过集电极与漏极相连。

11、本发明实施例中,所述横向半导体器件还包括位于漂移区上方的第二场板,所述第二场板的底部与第一场氧化层相接,所述第二场板的侧壁和顶部与所述第二场氧化层的外侧壁和顶表面相接,所述第二场氧化层的内侧壁和顶底面与所述漂移区相接。

12、本发明实施例中,横向半导体器件为横向扩散金属氧化物半导体器件、横向绝缘栅双极晶体管、横向超结绝缘栅双极性晶体管中一种。

13、本发明另一方面提供上述的横向半导体器件的制造方法,包括:

14、在半导体衬底上形成漂移区、阱区、源区及漏区;

15、在漂移区刻蚀形成沟槽,使沟槽的底部与半导体衬底相接;

16、在沟槽内热生长氧化层,对氧化层进行刻蚀,保留沟槽底部和侧壁的氧化层作为场氧介质层;

17、在沟槽内形成级联的多晶硅场板,同时形成多晶硅栅;

18、在源区和漏区淀积金属,形成源极金属电极和漏极金属电极。

19、本发明实施例中,所述在半导体衬底上外延形成漂移区,形成阱区、源区及漏区,包括:在半导体衬底上通过外延方式形成漂移区;在半导体衬底上光刻定义阱区的区域,注入硼离子并高温退火,形成阱区;在半导体衬底上光刻定义源区和漏区的区域,注入砷离子并推结,形成源极和漏极的n+区域。

20、本发明实施例中,所述在沟槽内形成级联的多晶硅场板,同时形成多晶硅栅,包括:在衬底热氧化生长栅氧化层;在沟槽内淀积介电材料形成层间介质,对层间介质进行刻蚀形成接触孔并进行硼离子注入;淀积多晶硅,对多晶硅进行刻蚀,形成多晶硅栅和多晶硅场板。

21、本发明实施例中,所述方法还包括:在形成源区和漏区之后,在半导体衬底上光刻定义集电极的区域并注入硼离子,进行退火工艺,形成p+集电极。

22、本发明还提供一种芯片,该述芯片包括上述的横向半导体器件。

23、本发明在漂移区侧向或(和)表面增加级联的多晶硅场板结构,通过级联的多晶硅场板将栅极与漏极连接起来。当器件承受反向电压时,漏极通过级联的多晶硅场板逐级反向传递到多晶硅栅极,由于不同级多晶硅场板之间的顶部和底部的相互强耦合作用,漏极高电位可以均匀分布在整个漂移区,从而调制漂移区表面及内部的电场,使漂移区的电场峰值得到有效降低,击穿电压得到提高,同时衬底辅助耗尽效应得以减弱,漂移区离子掺杂工艺窗口得以扩展,降低了横向半导体器件的制造难度。

24、本发明技术方案的其它特征和优点将在下文的具体实施方式部分予以详细说明。



技术特征:

1.一种横向半导体器件,包括:半导体衬底,形成于半导体衬底上的阱区、漂移区、源区及漏区,以及形成于阱区和源区上方的栅极,其特征在于,还包括:位于漂移区一侧的浮空场板结构;

2.根据权利要求1所述的横向半导体器件,其特征在于,所述浮空场板结构还包括场氧介质层,所述场氧介质层包括第一场氧化层以及第二场氧化层;

3.根据权利要求2所述的横向半导体器件,其特征在于,所述半导体衬底与所述漂移区之间通过隔离氧化层进行隔离。

4.根据权利要求1所述的横向半导体器件,其特征在于,所述级联的多晶硅场板结构中不同级多晶硅场板之间的间距依次递增再依次递减。

5.根据权利要求1所述的横向半导体器件,其特征在于,第一级多晶硅场板通过接触孔与栅极相连,最后一级多晶硅场板通过接触孔与漏极相连。

6.根据权利要求1所述的横向半导体器件,其特征在于,所述级联的多晶硅场板中相邻两级的多晶硅场板之间通过层间介质层相连后呈z型。

7.根据权利要求1所述的横向半导体器件,其特征在于,所述层间介质层的材料为绝缘材料。

8.根据权利要求1所述的横向半导体器件,其特征在于,最后一级多晶硅场板通过集电极与漏极相连。

9.根据权利要求2所述的横向半导体器件,其特征在于,还包括:位于漂移区上方的第二场板,所述第二场板的底部与第一场氧化层相接,所述第二场板的侧壁和顶部与所述第二场氧化层的外侧壁和顶表面相接,所述第二场氧化层的内侧壁和顶底面与所述漂移区相接。

10.根据权利要求1所述的横向半导体器件,其特征在于,横向半导体器件为横向扩散金属氧化物半导体器件、横向绝缘栅双极晶体管、横向超结绝缘栅双极性晶体管中一种。

11.一种横向半导体器件的制造方法,其特征在于,该横向半导体器件为权利要求1所述的横向半导体器件,所述方法包括:

12.根据权利要求11所述的横向半导体器件的制造方法,其特征在于,所述在半导体衬底上外延形成漂移区,形成阱区、源区及漏区,包括:

13.根据权利要求11所述的横向半导体器件的制造方法,其特征在于,所述在沟槽内形成级联的多晶硅场板,同时形成多晶硅栅,包括:

14.根据权利要求11所述的横向半导体器件的制造方法,其特征在于,所述方法还包括:

15.一种芯片,其特征在于,所述芯片包括权利要求1-10任一项所述的横向半导体器件。


技术总结
本发明涉及半导体领域,提供一种横向半导体器件及制造方法。横向半导体器件包括半导体衬底、阱区、漂移区、源区、漏区、栅极,以及位于漂移区一侧的浮空场板结构;浮空场板结构包括形成于半导体衬底上的级联的多晶硅场板,级联的多晶硅场板中相邻两级的多晶硅场板之间通过层间介质层相连,第一级多晶硅场板与栅极相连,最后一级多晶硅场板与漏极相连。本发明在漂移区侧向增加级联的多晶硅场板结构,通过级联的多晶硅场板将栅极与漏极连接起来,从而调制漂移区表面及内部的电场,使漂移区的电场峰值得到有效降低,击穿电压得到提高,同时衬底辅助耗尽效应得以减弱,漂移区离子掺杂工艺窗口得以扩展,降低了横向半导体器件的制造难度。

技术研发人员:肖超,陈燕宁,付振,张泉,田俊,张文敏,要文波,刘型志
受保护的技术使用者:北京智芯微电子科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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