一種絕緣層上硅ldmos功率器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體高壓功率集成電路使用的功率器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有N型娃島(N_island，NIS)的絕緣層上娃(Silicon-on-1nsulator，SOI)的橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Lateral Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor, LDM0S)功率器件，英文縮寫NIS SOI LDMOS0
【背景技術(shù)】
[0002]功率集成電路是半導(dǎo)體集成電路的重要組成部分，同時(shí)也為電動(dòng)汽車、雷達(dá)、基站以及航天事業(yè)等提供保障。在日新月異的今天，對(duì)于功率集成電路，其進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)最核心問題仍是如何進(jìn)一步提高高壓大功率器件的性能，也即兩個(gè)問題:①器件功率控制容量:擊穿電壓和工作電流；②器件性能參數(shù)指標(biāo):導(dǎo)通電阻、工作頻率以及開關(guān)速度等。因此，多種高壓LDMOS新結(jié)構(gòu)被提出，例如低K介質(zhì)埋層LDM0S、電荷埋層LDM0S、碳化硅LDMOS等。絕緣層上硅(SOI)結(jié)構(gòu)由于具有電流大、介質(zhì)隔離良好、開關(guān)速度高且與CMOS工藝兼容性好等特點(diǎn)，使得SOI結(jié)構(gòu)備受關(guān)注，而且S01-LDM0S可使得器件的擊穿電壓、工作電流、導(dǎo)通電阻等性能更加優(yōu)越。因此，本發(fā)明對(duì)改善高壓大功率器件性能和促進(jìn)半導(dǎo)體功率集成電路的發(fā)展有積極作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，如何提供一種絕緣層上硅LDMOS功率器件，具有更高擊穿電壓、更低導(dǎo)通電阻和更高驅(qū)動(dòng)能力，從而能夠改善高壓大功率器件的性能并促進(jìn)半導(dǎo)體功率集成電路的進(jìn)一步發(fā)展。
[0004]本發(fā)明的上述技術(shù)問題這樣解決:構(gòu)建一種絕緣層上硅LDMOS功率器件，其特征在于，所述LDMOS功率器件從下到上包括底部由硅材料形成的襯底層、中間由氧化物形成的埋氧層和上面由硅材料形成的硅膜層；所述硅膜層包括位于左側(cè)的硅體和源區(qū)以及位于右側(cè)的漏區(qū)、N型硅島和漂移區(qū)；所述源區(qū)除上表面在外外被所述硅體(2)全部包圍，所述漏區(qū)位于所述硅膜層右側(cè)上角，所述N型硅島位于所述硅膜層右側(cè)下角，所述硅膜層右側(cè)除所述漏區(qū)和N型硅島的剩余部分為漂移區(qū)，所述漏區(qū)和N型硅島的長(zhǎng)度都小于所述漂移區(qū)的長(zhǎng)度，所述漏區(qū)和N型硅島的厚度之和也小于所述漂移區(qū)的厚度；溝道由所述硅體中位于所述源區(qū)和漂移區(qū)之間的部分提供；所述N型硅島摻雜濃度大于所述漂移區(qū)摻雜濃度；所述溝道上方是由氧化物形成的柵氧化層，所述漂移區(qū)上方是由氧化物形成的擴(kuò)展場(chǎng)板，所述擴(kuò)展場(chǎng)板的厚度大于所述柵氧化層的厚度；所述柵氧化層被由金屬形成的柵電極全部覆蓋，所述擴(kuò)展場(chǎng)板只有靠近所述溝道的部分才被由金屬形成的柵電極場(chǎng)板覆蓋，形成梯步柵電極。
[0005]按照本發(fā)明提供的絕緣層上硅LDMOS功率器件，該絕緣層上硅LDMOS功率器件中的眾多參數(shù)可調(diào):
[0006]1、其漏區(qū)長(zhǎng)度可調(diào)；
[0007]2、其源區(qū)長(zhǎng)度可調(diào)；
[0008]3、其溝道的長(zhǎng)度可調(diào)；
[0009]4、其漂移區(qū)總長(zhǎng)度可調(diào)；
[0010]5、其漂移區(qū)上方的柵電極場(chǎng)板長(zhǎng)度可調(diào)；
[0011]6、其源區(qū)的摻雜材料、摻雜濃度可調(diào)；
[0012]7、其漏區(qū)的摻雜材料、摻雜濃度可調(diào)；
[0013]8、其溝道區(qū)(P型硅體)的摻雜材料、摻雜濃度可調(diào)；
[0014]9、其漂移區(qū)的摻雜材料、摻雜濃度可調(diào)；
[0015]10、其襯底的摻雜材料、摻雜濃度可調(diào)；
[0016]11、其柵氧化層的材料、厚度可調(diào)；
[0017]12、其擴(kuò)展場(chǎng)板的材料、厚度可調(diào)；
[0018]13、其埋氧層的材料、厚度可調(diào)；
[0019]14、其硅膜層厚度可調(diào)；
[0020]14、其硅島的摻雜材料、摻雜濃度、長(zhǎng)度、厚度可調(diào)。
[0021]本發(fā)明提供的絕緣層上硅LDMOS功率器件，在源區(qū)、漏區(qū)、硅體、漂移區(qū)和襯底的長(zhǎng)度、材料、摻雜類型和摻雜濃度都相同，頂層硅膜相同，埋氧層厚度相同，以及所有的絕緣氧化物材料參數(shù)都一致的條件下，與傳統(tǒng)的絕緣層上娃LDMOS (Convent1nalSi I icon-on-1nsulator LDMOS, CSOI LDM0S)進(jìn)行了比較。引入N型娃島使得高壓LDMOS器件的硅膜層容納載流子的能力更強(qiáng)，從而使得電流增大，導(dǎo)致器件的導(dǎo)通電阻(0n-resistance，Ron)降低；另一方面，N型娃島可以向漏區(qū)下方的埋氧層中引入更多的電場(chǎng)，從而所提出器件的其擊穿電壓(Breakdown Voltage，BV)得到提高。因此，本發(fā)明為高壓SOI LDMOS進(jìn)一步的性能優(yōu)化，并且為高壓集成電路設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的器件結(jié)構(gòu)選擇。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023]為了便于敘述，下面將傳統(tǒng)的絕緣層上硅的LDMOS功率器件(CS0I LDM0S)和本發(fā)明具有N型硅島絕緣層上硅的LDMOS功率器件(NIS SOI LDM0S)分別簡(jiǎn)記為:CS0I和NISSO10
[0024]圖1是本發(fā)明NIS SOI LDMOS的截面示意圖；
[0025]圖2是NIS SOI的硅島長(zhǎng)度為25微米，厚度為0.5微米，固定LDMOS晶體管的其他參數(shù)，具有N型硅島的絕緣層上硅結(jié)構(gòu)對(duì)器件漏端縱向電場(chǎng)分布的影響；
[0026]圖3是NIS SOI的硅島長(zhǎng)度為25微米，厚度為0.5微米，固定LDMOS晶體管的其他參數(shù)，具有N型硅島的絕緣層上硅結(jié)構(gòu)對(duì)器件漏端縱向電壓分布的影響；
[0027]圖4是NIS SOI的硅島長(zhǎng)度為10微米，固定LDMOS晶體管的其他參數(shù)，改變硅島厚度對(duì)器件擊穿電壓BV的影響；
[0028]圖5是NIS SOI的硅島厚度為0.5微米，固定LDMOS晶體管的其他參數(shù)，改變硅島厚度對(duì)器件擊穿電壓BV的影響；
[0029]圖6是固定LDMOS的其他參數(shù)，比較兩種器件結(jié)構(gòu)的擊穿電壓與導(dǎo)通電阻的折中關(guān)系O
[0030]其中附圖標(biāo)記:1_源、2_娃體、3-漂移區(qū)、4-娃島、5-漏、6_埋氧區(qū)、7-襯底、8-棚.氧化層、9-柵電極、10-柵電極場(chǎng)板、11-擴(kuò)展場(chǎng)板。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明包括但不限制于以下五個(gè)具體實(shí)施例:
[0032]首先，說明本發(fā)明五個(gè)具體實(shí)施例的共同特征:
[0033]如圖1所示，本發(fā)明的具有N型硅埋層的部分絕緣層上硅的LDMOS晶體管(BNLPS01-LDM0S)包括源區(qū)1，硅體2，漂移區(qū)3，硅島4，漏區(qū)5，埋氧層6，襯底7，柵氧化層8，柵電極9，柵電極場(chǎng)板，擴(kuò)展場(chǎng)板11 ;這些組成部分是硅材料、氧化物或金屬形成，圖中白色對(duì)應(yīng)硅材料，灰色對(duì)應(yīng)氧化物，黑色對(duì)應(yīng)金屬。
[0034]這些組成部分又主要分成四層:襯底層、埋氧層、硅膜層以及器件頂層:
[0035](I)晶體管底部為襯底層7，摻雜類型為P型，摻雜濃度為2X 1014cm-3的硅材料。
[0036](2)襯底層上面為埋氧層6，采用厚度為3m的二氧化硅。
[0037](3)埋氧層之上為硅膜層，厚度為5m，其中所有區(qū)域都為硅材料。硅膜層頂部左側(cè)為硅體2包圍著的源區(qū)I，右上角區(qū)域?yàn)槁﹨^(qū)5，右下角為N型硅島4，剩余部分則為漂移區(qū)3，其中，溝道由源區(qū)和漂移區(qū)之間的硅體提供，溝道長(zhǎng)為5 μπι，且硅島摻雜濃度大于漂移區(qū)。源區(qū)I和漏區(qū)5長(zhǎng)5μπι，摻雜類型為N型，摻雜濃度為lX102°cm3;娃體2摻雜類型為P型，摻雜濃度為I X 117Cm 3;漂移區(qū)3長(zhǎng)度為55 μ