一種soiresurf超結器件結構及其製作方法

2023-09-21 16:47:55

專利名稱：一種soi resurf超結器件結構及其製作方法
技術領域：
本發明介紹了ー種橫向SOI RESURF超結器件結構,屬於微電子與固體電子學技術領域。
背景技術：
功率集成電路有時也稱高壓集成電路，是現代電子學的重要分支，可為各種功率變換和能源處理裝置提供高速、高集成度、低功耗和抗輻照的新型電路，廣泛應用於電カ控制系統、汽車電子、顯示器件驅動、通信和照明等日常消費領域以及國防、航天等諸多重要領域。其應用範圍的迅速擴大，對其核心部分的高壓器件也提出了更高的要求。對功率器件MOSFET而言，在保證擊穿電壓的前提下，必須儘可能地降低器件的導
通電阻來提高器件性能。但擊穿電壓和導通電阻之間存在ー種近似平方關係，形成所謂的「矽限」。為了解決這ー矛盾，前人提出了基於三維RESURF (降低表面電場)技術的漂移區由P、N柱相間構成的超結結構用於優化高壓器件的漂移區電場分布。該結構在保持導通電阻不變的前提下，提高擊穿電壓，打破傳統功率MOS器件理論的極限。該技術的理論基礎是電荷補償理論，當漂移區施加電壓達到一定值時，漂移區達到完全耗盡，電場分布更加均勻，提高了器件的抗擊穿能力。在保證擊穿電壓不變的前提下，可以大幅提高漂移區的摻雜濃度，減小導通電阻。超結結構的提出打破了傳統功率MOSFET器件的「矽極限」。超結結構最初應用於垂直VDMOS器件，後來擴展到橫向LDMOS器件。橫向結構更有利於新一代的高密度功率集成應用，是當代功率器件研究的熱點。但是超結結構用於橫向器件也帶來了新的問題。第一，理想的能完全耗盡的P、n柱區エ藝上難於形成。第二，襯底參與超結柱區的耗盡導致襯底輔助耗盡效應，而且耗盡層的寬度在器件的漏端到源端方向的不同位置不等，這就帶來了漂移區電場分布不均的問題，需要對器件製作エ藝和結構進行優化。

發明內容
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供ー種SOI RESURF超結器件結構及其製備方法，用於解決現有技術中漂移區電場分布不均的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供ー種SOI RESURF超結器件結構的製備方法，該方法包括以下步驟提供一 SOI襯底；在該SOI襯底的頂層矽上形成漂移區並在該漂移區兩側預設源端和漏端；提供ー設有若干第一窗ロ的第一掩膜版，所述第一窗ロ的寬度沿源端到漏端方向依次増大；將該第一掩膜版放置於所述漂移區之上，該掩膜版在該漂移區的垂直投影左側距離所述漂移區左側具有一定距離，自上述第一窗ロ向所述漂移區進行N型離子注入；退火，在該漂移區形成沿源端到漏端方向N型載流子濃度呈線性增加的N型漂移區；提供一放置於漂移區之上並橫向設有若干第二窗ロ的第二掩膜版；其中，所述第二窗ロ自所述漂移區左側平齊起始，截止於所述第一掩膜版的起始位置；自該第二窗ロ向所述N型漂移區採用三次能量和劑量依次減小的方式進行P型離子注入，形成間隔的P柱和N柱；且P柱不和漏端相連；最後形成溝道、源區、漏區和柵區域。優選地，所述退火時間為600 1000分鐘。優選地，所述退火溫度為1000 1400度。優選地，所述P型離子注入的劑量為N型離子注入的1. 5-2. 5倍，優選2倍。優選地,所述漏區為重摻雜N。本發明還提供ー種SOI RES URF超結器件結構，該結構包括SOI襯底；位於該襯底上的漂移區；位於該漂移區上方的柵區域、位於該漂移區兩端的源端、漏端以及位於該源端和漏端之間間隔設置的若干P柱和N柱；所述漂移區除若干P柱和N柱以外的區域為線性N型漂移區。優選地，所述柵區域包括柵介質層以及位於柵介質層上的柵極。本發明ー種具有半線性漂移區的SOI RESURF超結器件，橫向SOI超結器件由於存在襯底輔助耗盡效應，導致從器件源端到漏端，P型柱區的剩餘電荷逐漸增加，P型剩餘電荷的存在，降低了器件耐壓。因此，本發明中在橫向超結功率器件結構中引入線性漂移區，將傳統的超結漂移區靠近漏極的一段採用SOI RESURF結構，超結區的高濃度可以保證器件具備較低的開態電阻，RESURF區可以保證器件具備較高的耐壓，改善了器件耐壓和開態電阻之間的折衷關係，同時還可以降低器件耐壓對於電荷不平衡的敏感度，提高器件可靠性。


圖1a顯示為本發明線性N型漂移區形成示意圖。圖1b顯示為第一掩膜版放置於漂移區上的俯視圖。圖2顯示為經退火再分布形成的線性N型漂移區結構示意圖。圖3a顯示為形成P柱區結構示意圖。圖3b顯示為第一、第二掩膜版放置於漂移區上的俯視圖。圖4顯示為P阱注入形成溝道的結構示意圖。圖5顯示為柵極形成的結構示意圖。圖6顯示為形成重摻雜P區的結構示意圖。圖7顯示為形成重摻雜N區的結構示意圖。元件標號說明
權利要求
1.一種SOI RESURF超結器件結構的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟提供一 SOI襯底；在該SOI襯底的頂層矽上形成漂移區並在該漂移區兩側預設源端和漏端；提供一設有若干第一窗口的第一掩膜版，所述第一窗口的寬度沿源端到漏端方向依次增大；將該第一掩膜版放置於所述漂移區之上，該掩膜版在該漂移區的垂直投影左側距離所述漂移區左側具有一定距離，自上述第一窗口向所述漂移區進行N型離子注入；退火，在該漂移區形成沿源端到漏端方向N型載流子濃度呈線性增加的N型漂移區；提供一放置於漂移區之上並橫向設有若干第二窗口的第二掩膜版；其中，所述第二窗口自所述漂移區左側平齊起始，截止於所述第一掩膜版的起始位置；自該第二窗口向所述N型漂移區採用三次能量和劑量依次減小的方式進行P型離子注入，形成間隔的P柱和N柱；且P柱不和漏端相連；最後形成溝道、源區、漏區和柵區域。
2.根據權利要求1所述的SOIRESURF超結器件結構的製備方法，其特徵在於，所述退火時間為600 1000分鐘。
3.根據權利要求1所述的SOIRESURF超結器件結構的製備方法，其特徵在於，所述退火溫度為1000 1400度。
4.根據權利要求1所述的SOIRESURF超結器件結構的製備方法，其特徵在於，所述P型離子注入的劑量為N型離子注入的1. 5-2. 5倍，優選2倍。
5.根據權利要求1所述的SOIRESURF超結器件結構的製備方法，其特徵在於，所述漏區為重摻雜N。
6.一種SOI RESURF超結器件結構，其特徵在於，該結構包括SOI襯底；位於該襯底上的漂移區；位於該漂移區上方的柵區域、位於該漂移區兩端的源端、漏端以及位於該源端和漏端之間間隔設置的若干P柱和N柱；所述漂移區除若干P柱和N柱以外的區域為線性N型漂移區。
7.根據權利要求6所述的SOIRESURF超結器件結構，其特徵在於，所述柵區域包括柵介質層以及位於柵介質層上的柵極。
全文摘要
本發明提供一種SOI RESURF超結器件結構及其製作方法，首先提供一SOI襯底；在該襯底的頂層矽上形成漂移區及源、漏端；提供一設有若干第一窗口的第一掩膜版，所述第一窗口的寬度沿源端到漏端方向依次增大；該掩膜版在該漂移區的垂直投影左側距離所述漂移區左側具有一定距離，自上述第一窗口進行N型離子注入；退火；提供一橫向設有若干第二窗口的第二掩膜版；自該第二窗口向所述N型漂移區進行P型離子注入，形成間隔的P柱和N柱；且P柱不和漏端相連。本發明超結區的高濃度可以保證器件具備較低的開態電阻，RESURF區可以保證器件具備較高的耐壓，改善了器件耐壓和開態電阻之間的折衷關係，同時還可以降低器件耐壓對於電荷不平衡的敏感度，提高器件可靠性。
文檔編號H01L29/78GK103021864SQ20121053327
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者程新紅, 夏超, 王中健, 曹鐸, 鄭理, 賈婷婷, 俞躍輝 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所