一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及半导体器件领域，公开了一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，其包括侧绝缘层，所述侧绝缘层位于漂移区的侧面，沿纵向延伸，且在延伸方向上的横向宽度不相同。通过设置位于所述侧绝缘层侧面的源极，可以辅助耗尽器件的漂移区，提高击穿电压，并在一定的击穿电压条件下，使更高掺杂浓度的漂移区耗尽，降低器件的比导通电阻。侧绝缘层在横向宽度变化处还可以产生新的电场峰，增强横向电场的调制效应，进一步提高击穿电压。同时，横向宽度较宽的侧绝缘层可以获得大的击穿电压。在满足一定击穿电压的条件下，横向宽度较窄的侧绝缘层有利于使更高掺杂浓度的漂移区耗尽，降低比导通电阻，实现了击穿电压与比导通电阻的更好折衷。
【专利说明】一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效 应管。
【背景技术】
[0002] 功率场效应管是在场效应管集成电路工艺基础上发展起来的新一代半导体功率 开关器件。其中，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管（Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor，简称VDM0S)因其具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、 电压控制、热稳定性好等一系列优点，目前已在开关稳态电源、高频加热、计算机接口电路 以及功率放大器等方面获得了广泛的应用。
[0003] 如图1所示，现有的VDM0S包括：半导体衬底100 ;形成在半导体衬底100正面的 漂移区101 ;依次形成在漂移区101表面上的栅绝缘层106和栅极107 ;依次形成在漂移区 101表面的基区103和位于基区103内的源区104,基区103和源区104位于栅极107的两 侦h形成在源区1〇4表面的源极金属层105 ;形成在半导体衬底100背面的漏极金属层108。
[0004] 为了满足功率开关的功能，VDM0S应当满足两个重要的要求：低的导通电阻和高 的击穿电压。前者需要承担击穿电压的漂移区为高掺杂，而后者需要漂移区为低掺杂。因 此，VDM0S的反向击穿电压与比导通电阻存在矛盾关系。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，用以解决不能同时保证 VDM0S具有高的击穿电压和低的比导通电阻的问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管， 包括：
[0007] 半导体衬底，所述半导体衬底包括正面及与所述正面相对的背面；
[0008] 漂移区，位于所述半导体衬底的正面；
[0009] 栅极结构，位于所述漂移区的表面，所述栅极结构包括栅绝缘层和栅极，所述栅绝 缘层位于所述栅极和漂移区之间，以及所述栅极和源极之间；
[0010] 基区和源区，位于所述栅极结构两侧的漂移区表面，所述源区位于所述基区内；
[0011] 源极，位于所述源区的表面；
[0012] 漏极，位于所述半导体衬底的背面，其中，所述垂直双扩散金属氧化物半导体场效 应管还包括：
[0013] 侧绝缘层，位于所述漂移区的侧面，所述侧绝缘层沿纵向延伸，且在延伸方向上的 横向宽度不相同；
[0014] 所述源极还位于所述侧绝缘层的侧面。
[0015] 优选的，所述侧绝缘层从所述半导体衬底的正面一侧到背面一侧的横向宽度依次 递增。
[0016] 优选的，所述侧绝缘层为阶梯结构或梯形结构。
[0017] 优选的，所述侧绝缘层为氧化层、氮化硅层或氮氧化硅层。
[0018] 优选的，所述源极为重掺杂的多晶硅。
[0019] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0020] 上述技术方案中，通过在漂移区的侧面形成沿纵向延伸的侧绝缘层，并设置源极 覆盖侧绝缘层的侧面，从而源极和栅极之间的电场可以辅助耗尽侧面的漂移区，提高击穿 电压，并在一定的击穿电压条件下，使更高掺杂浓度的漂移区耗尽，降低比导通电阻。通过 设置侧绝缘层在延伸方向上的横向宽度不相同，可以产生新的电场峰，增强横向电场的调 制效应，进一步提高击穿电压。同时，横向宽度较宽的侧绝缘层可以获得大的击穿电压。在 满足一定击穿电压的条件下，横向宽度较窄的侧绝缘层有利于使更高掺杂浓度的漂移区耗 尽，降低比导通电阻。由此侧绝缘层在延伸方向上的横向宽度不相同，可以实现击穿电压与 比导通电阻的更好折衷。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1表示现有技术中VDM0S的结构示意图；
[0023] 图2表示本发明实施例中VDM0S的结构示意图一；
[0024] 图3表示本发明实施例中VDM0S的结构示意图二。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实 施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0026] 为了满足功率开关的功能，VDM0S应当满足两个重要的要求：低的导通电阻和高 的击穿电压。前者需要承担击穿电压的漂移区为高掺杂，而后者需要漂移区为低掺杂。因 此，VDM0S的击穿电压与比导通电阻之间存在矛盾关系。
[0027] 而本发明为了克服击穿电压与比导通电阻之间的矛盾关系，实现击穿电压与比导 通电阻更好的折衷，提供一种VDM0S，其包括 ：
[0028] 半导体衬底，所述半导体衬底包括正面及与所述正面相对的背面；
[0029] 漂移区，位于所述半导体衬底的正面；
[0030] 栅极结构，位于所述漂移区的表面，所述栅极结构包括栅绝缘层和栅极，所述栅绝 缘层位于所述栅极和漂移区之间，以及所述栅极和源极之间；
[0031] 基区和源区，位于所述栅极结构两侧的漂移区内，所述源区位于所述基区内；
[0032] 侧绝缘层，位于所述漂移区的侧面，所述侧绝缘层沿纵向延伸，且在延伸方向上的 横向宽度不相同。
[0033] 源极和漏极，所述源极位于所述源区的表面和所述侧绝缘层的侧面，所述漏极位 于所述半导体衬底的背面。
[0034] 其中，所述半导体衬底为低阻重掺杂，所述漂移区为高阻轻掺杂，两者的导电类型 相同。所述漂移区由生长在所述半导体衬底正面的外延层构成。
[0035] 本发明的技术方案中，在漂移区的侧面形成沿纵向延伸的侧绝缘层，并设置源极 覆盖侧绝缘层的表面，从而源极和栅极之间的电场可以辅助耗尽侧面的漂移区，提高击穿 电压，并在一定的击穿电压条件下，使更高掺杂浓度的漂移区耗尽，降低导通电阻。通过设 置侧绝缘层在延伸方向上的横向宽度不相同，有窄有宽，使得侧绝缘层在横向宽度变化处 可以产生新的电场峰值，调制VDM0S高阻漂移区的电场分布，增强横向电场的调制效应，获 得一个更加均匀的电场分布，进一步提高击穿电压。同时，横向宽度较宽的侧绝缘层可以获 得大的击穿电压。在满足一定击穿电压的条件下，横向宽度较窄的侧绝缘层有利于使更高 掺杂浓度的漂移区耗尽，降低比导通电阻。由此侧绝缘层在延伸方向上的横向宽度不相同， 可以实现击穿电压与比导通电阻的更好折衷。
[0036] 需要说明的是，为便于描述，本发明中定义半导体衬底的正面和背面的延伸方向 为横向。对于其他结构，其与半导体衬底的正面相对的面为表面，位于其表面与半导体衬底 的正面之间的面为侧面。
[0037] 为了便于工艺制作，本实施例中的侧绝缘层从所述半导体衬底的正面一侧到背面 一侧的横向宽度依次递增，具体可以为阶梯结构或梯形结构。从而侧绝缘层的底部可以获 得大的击穿电压；在满足一定击穿电压的条件下，侧绝缘层的顶部有利于使更高掺杂浓度 的漂移区耗尽，降低比导通电阻。
[0038] 其中，侧绝缘层可以选择氧化物、氮氧化硅、氮氧化硅或其他绝缘材料。
[0039] 当侧绝缘层为氧化层时，形成侧绝缘层和源极的具体工艺过程可以为：
[0040] 首先，在所述半导体衬底正面的外延层上刻蚀深沟槽，所述深沟槽环绕所述漂移 区的外围；
[0041] 之后，在所述深沟槽内生长厚氧化层，具体可以通过热氧化法、化学气相沉积法或 物理气相沉积法方法在所述深沟槽内生长厚氧化层；
[0042] 然后，刻蚀所述厚氧化层的外侧，形成顶部窄底部宽的结构，如：阶梯结构，形成所 需的侧绝缘层；
[0043] 最后，用重掺杂的多晶硅(或其他导电材料）完全填充外延层和侧绝缘层之间的空 隙，形成源极。
[0044] 其中，所述侧绝缘层的厚度、长度、距离半导体衬底的距离、较宽侧绝缘层部分的 位置和侧绝缘层阶梯的个数根据器件所要求的击穿特性等做适当选择。
[0045] 下面以N沟道的VDM0S为例来具体介绍本发明实施例中VDM0S的结构。
[0046] 结合图2和图3所示，其包括：
[0047] N型重掺杂硅半导体衬底8,当然，也可以用碳化硅、砷化镓、磷化铟、或者锗硅等 半导体代替体硅；
[0048] 位于半导体衬底8正面的N型轻掺杂漂移区6 ;
[0049] 位于漂移区6表面的栅极结构，栅极结构包括栅绝缘层2和栅极3,其中，栅绝缘层 2位于栅极3和漂移区6之间，以及栅极3和源极1之间；
[0050] P型基区5和N型重掺杂源区4,位于所述栅极结构两侧的漂移区6表面，源区4 位于基区5内；
[0051] 位于漂移区6侧面的侧绝缘层7,侧绝缘层7沿纵向延伸，且横向宽度不相同，例 如：侧绝缘层7可以为阶梯结构，如图2所示，也可以为梯形结构，如图3所示，或其他类似 结构；
[0052] 位于源区4和侧绝缘层7表面的源极1 ;
[0053] 位于半导体衬底8背面的漏极9。
[0054] 当然，本发明中的VDM0S也可以为P沟道，其结构与N沟道VDM0S相同，在此不再 详述。
[0055] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括： 半导体衬底，所述半导体衬底包括正面及与所述正面相对的背面； 漂移区，位于所述半导体衬底的正面； 栅极结构，位于所述漂移区的表面，所述栅极结构包括栅绝缘层和栅极，所述栅绝缘层 位于所述栅极和漂移区之间，以及所述栅极和源极之间； 基区和源区，位于所述栅极结构两侧的漂移区表面，所述源区位于所述基区内； 源极，位于所述源区的表面； 漏极，位于所述半导体衬底的背面，其特征在于，所述垂直双扩散金属氧化物半导体场 效应管还包括： 侧绝缘层，位于所述漂移区的侧面，所述侧绝缘层沿纵向延伸，且在延伸方向上的横向 览度不相问； 所述源极还位于所述侧绝缘层的侧面。
2. 根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，所述 侧绝缘层从所述半导体衬底的正面一侧到背面一侧的横向宽度依次递增。
3. 根据权利要求2所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，所述 侧绝缘层为阶梯结构。
4. 根据权利要求2所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在于，所述 侧绝缘层为梯形结构。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在 于，所述侧绝缘层为氧化层、氮化硅层或氮氧化硅层。
6. 根据权利要求1-4任一项所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，其特征在 于，所述源极为重掺杂的多晶硅。
【文档编号】H01L29/78GK104112773SQ201410016090
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】段宝兴, 马剑冲, 董超, 范玮, 朱樟明, 杨银堂 申请人:西安后羿半导体科技有限公司, 西安电子科技大学