专利名称：P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率半导体器件领域，更具体的说，是关于一种适用于高压应 用的绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管(SOI LDMOS)的新 结构。
背景技术：
功率半导体器件是电力电子系统进行能量控制和转换的基本电子元件，电 力电子技术的不断发展为半导体功率器件开拓了广泛的应用领域，而半导体功 率器件的导通电阻和击穿电压等特性则决定了电力电子系统的效率、功耗等基 本性能。以横向双扩散金属氧化物半导体晶体管为代表的现代电力电子器件和 相关产品在工业、能源、交通等用电的场合发挥着日益重要的作用，是机电一 体化设备、新能源技术、空间和海洋技术、办公自动化及家用电器等实现高性 能、高效率、轻量小型的技术基础。
随着绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的出现，它以普通 横向双扩散金属氧化物半导体晶体管无法比拟的优点(功耗低、抗干扰能力强、 集成密度高、速度快、消除闩锁效应)而得到学术界和工业界的广泛垂青。为 使绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管有更好的应用，提高绝缘 体上硅器件的击穿电压、进一步降低绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导 体晶体管的导通电阻是个重要的研究课题。
在相关的技术中，有人提出可以减少N型掺杂半导体区的掺杂浓度，这样 不但可以减少纵向电场的峰值，提高器件的纵向耐压值，而且同时可以提高横 向的器件耐压值，但是这样的做法会使得器件的导通电阻大为增加，增加了器 件的功耗。
还有人提出在P型衬底中埋入一个高掺杂的N型浮空层，这样就可以在纵 向上形成两个反向耐压的PN结，从而提高了纵向的耐压值，但是这种结构是将漏区的高电场重新分配到源区和器件的中间区域，所以不利于源区和中间区 域的耐压。
发明内容
本发明提供一种能够有效提高器件的耐压，并且可以降低器件导通电阻的N 型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管。 本发明采用如下技术方案
一种P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括半导体 衬底，在半导体衬底上面设置有埋氧化层，在埋氧化层上设有P型掺杂半导体区， 在P型掺杂半导体区上设有N阱和P型漏区，在N阱上设有P型源区和N型接 触区，在N阱的表面设有栅氧化层且栅氧化层自N阱延伸至P型掺杂半导体区， 在N阱表面的P型源区、N型接触区和栅氧化层的以外区域及P型掺杂半导体 区表面的P型漏区以外区域设有场氧化层，在栅氧化层的表面设有多晶硅栅且多 晶硅栅延伸至场氧化层的表面，在场氧化层、N型接触区、P型源区、多晶硅栅 及P型漏区的表面设有氧化层，在P型源区、N型接触区、多晶硅栅和P型漏 区上分别连接有金属层，在N阱和P型漏区之间的P型掺杂半导体区上设有上 槽区，在P型掺杂半导体区和埋氧化层的接触的地方设有下槽区。
与现有技术相比，本发明具有如下优点
(1) 本发明中的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的N 阱6和P型漏区10之间的P型掺杂半导体区7上设有上槽区13，在P型掺杂半 导体区7和埋氧化层8的接触的地方设有下槽区14。在器件P型漏区10接高电 压时，上槽区13和下槽区14可以辅助漂移区纵向耗尽，使得漂移区(图中的P 型掺杂半导体区7)可以在更高浓度下完全耗尽且不增加漂移区中的横向电场， 从而使得器件导通电阻大幅降低的同时击穿电压显著提高，参照附图3，可以看 出器件的击穿电压大大提高了。
(2) 本发明中的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的N 阱6和P型漏区10之间的P型掺杂半导体区7上设有上槽区13，它可以承担较 大的横向电压，提高器件的总体耐压。
(3) 本发明中的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的N
5阱6和P型漏区10之间的P型掺杂半导体区7上设有上槽区13，它可以承担较 大的横向电压，因而可以在同样的横向击穿电压条件下，减小P型掺杂半导体区 7的长度，从而有效地减少了器件所占的面积，同时可以有效的降低器件导通电 阻，参照图4，可以看到在相同的栅极电压和漏极电压条件下所述的器件的漏极 电流明显增大，说明所述器件的导通电阻降低了。
(4)本发明中的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的 P型掺杂半导体区7和埋氧化层8的接触的地方设有下槽区14，它可以将埋氧层 8上表面感应的正电荷限制在漏区下方，防止因感应的正电荷在横向电场的作用 下被扫入P型源区11而与表面沟道一起形成"双沟"现象。
图1是没有加上槽区13和下槽区14结构的常规结构的高压P型绝缘体上硅 的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管结构示意图。
图2是加上槽区13和下槽区14结构的高压P型绝缘体上硅的横向双扩散金 属氧化物半导体晶体管结构示意图。
图3是没有加上槽区13和下槽区14结构的常规结构的高压P型绝缘体上硅 的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管和加上槽区13和下槽区14结构的高压P 型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的击穿电压与外延硅层厚 度关系的模拟结果图。
图4是没有加上槽区13和下槽区14结构的常规结构的高压P型绝缘体上硅 的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管和加上槽区13和下槽区14结构的高压P 型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的漏极电流随漏极电压变 化的模拟结果图(栅极电压保持-5V)。
具体实施例方式
参照图2， 一种P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管， 包括半导体衬底9，在半导体衬底9上面设置有埋氧化层8，在埋氧化层8 上设有P型掺杂半导体区7，在P型掺杂半导体区7上设有N阱6和P型漏 区10，在N阱6上设有P型源区11和N型接触区12，在N阱6的表面设有栅氧化层3且栅氧化层3自N阱6延伸至P型掺杂半导体区7，在N阱6表 面的P型源区11、 N型接触区12和栅氧化层3的以外区域及P型掺杂半导体 区7表面的P型漏区10以外区域设有场氧化层1，在栅氧化层3的表面设有 多晶硅栅4且多晶硅栅4延伸至场氧化层1的表面，在场氧化层1、 N型接触 区12、 P型源区ll、多晶硅栅4及P型漏区10的表面设有氧化层5，在P型 源区ll、 N型接触区12、多晶硅栅4和P型漏区10上分别连接有金属层2， 在N阱6和P型漏区10之间的P型掺杂半导体区7上设有上槽区13，在P 型掺杂半导体区7和埋氧化层8的接触的地方设有下槽区14。在本实施例中，
所述的上槽区13和下槽区14的位置上下完全对齐；
所述的上槽区13和下槽区14中填充的物质为二氧化硅；
所述的上槽区13和下槽区14的形状为矩形或梯形；
所述的上槽区13和下槽区14的左端距离栅氧化层3的右端大于0.5wm且 小于2Am，上槽区13和下槽区14的右端距离N型漏区10的左端大于0.5/ n 且小于2/nn;
所述的上槽区13和下槽区14深度介于N型掺杂半导体区7总厚度的1/4 至1/3。
本发明采用如下方法来制备
1、选择一块P型的硅片，在表面热生长一层薄氧化膜，淀积光刻胶，然后 利用一块掩膜版进行光刻，接着刻蚀出所需的一定宽度和深度的沟槽，再通过生 长垫氧、淀积氧化层的方法填满沟槽，形成下槽区，最后用化学机械抛光法使其 平坦化。
2、取另一块硅片热生长氧化层，然后经过抛光处理后与前一块硅片在高温 下完成键合。接着将第一块硅片减薄、磨平，使之达到所需的绝缘体上硅有源层 厚度。
3、是常规的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的制作，它包括N型阱注 入，P型掺杂半导体区上表面的上槽区的刻蚀和二氧化硅的填充，场氧的制备， 栅氧的生长，刻蚀，多晶硅的淀积、刻蚀，然后就是高浓度源漏注入区和衬底接 触注入区制备，最后是引线孔，铝引线的制备及钝化处理。
权利要求
1、一种P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括半导体衬底(9)，在半导体衬底(9)上面设置有埋氧化层(8)，在埋氧化层(8)上设有P型掺杂半导体区(7)，在P型掺杂半导体区(7)上设有N阱(6)和P型漏区(10)，在N阱(6)上设有P型源区(11)和N型接触区(12)，在N阱(6)的表面设有栅氧化层(3)且栅氧化层(3)自N阱(6)延伸至P型掺杂半导体区(7)，在N阱(6)表面的P型源区(11)、N型接触区(12)和栅氧化层(3)的以外区域及P型掺杂半导体区(7)表面的P型漏区(10)以外区域设有场氧化层(1)，在栅氧化层(3)的表面设有多晶硅栅(4)且多晶硅栅(4)延伸至场氧化层(1)的表面，在场氧化层(1)、N型接触区(12)、P型源区(11)、多晶硅栅(4)及P型漏区(10)的表面设有氧化层(5)，在P型源区(11)、N型接触区(12)、多晶硅栅(4)和P型漏区(10)上分别连接有金属层(2)，其特征在于在N阱(6)和P型漏区(10)之间的P型掺杂半导体区(7)上设有上槽区(13)，在P型掺杂半导体区(7)和埋氧化层(8)的接触的地方设有下槽区(14)。
2、根据权利要求1所述的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导 体晶体管，其特征在于所述的上槽区(13)和下槽区(14)的位置上下完全对 齐。
3、 根据权利要求1所述的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导 体晶体管，其特征在于所述的上槽区(13)和下槽区(14)中填充的物质为二 氧化硅。
4、 根据权利要求1所述的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导 体晶体管，其特征在于所述的上槽区(13)和下槽区(14)的形状为矩形或梯 形。
5、 根据权利要求1所述的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导 体晶体管，其特征在于所述的上槽区(13)和下槽区(14)的左端距离栅氧化 层(3)的右端大于0.5//m且小于2/an，上槽区(13)和下槽区(14)的右端 距离N型漏区(10)的左端大于0.5^m且小于2/mi。
6、根据权利要求1所述的P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导 体晶体管，其特征在于所述的上槽区(13)和下槽区(14)深度介于N型掺 杂半导体区(7)总厚度的1/4至1/3。
全文摘要
一种P型绝缘体上硅的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管，包括衬底，其上设埋氧化层，埋氧化层上设P型掺杂半导体区，P型掺杂半导体区上设N阱和P型漏区，N阱上设P型源区和N型接触区，P阱表面设栅氧化层且自N阱延伸至P型掺杂半导体区，N阱表面的P型源区、N型接触区和栅氧化层以外区域及P型掺杂半导体区表面的P型漏区以外区域设场氧化层，栅氧化层表面设多晶硅栅且延伸至场氧化层的表面，场氧化层、N型接触区、P型源区、多晶硅栅及P型漏区的表面设氧化层，P型源区、N型接触区、多晶硅栅和P型漏区上连金属层，在N阱和P型漏区之间的P型掺杂半导体区上设上槽区，在P型掺杂半导体区和埋氧化层的接触的地方设下槽区。
文档编号H01L21/336GK101587909SQ20091003275
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者孙伟锋, 时龙兴, 李海松, 侃 贾, 钱钦松, 陆生礼 申请人:东南大学