[发明专利]一种凹陷沟道的横向和纵向扩散型场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体涉及一种半导体场效应晶体管及其制造方法，特别涉及一种凹陷沟道的横向和纵向扩散型场效应晶体管（U-LDVMOS)及其制造方法。

背景技术

随着微电子技术的不断发展，功率MOS晶体管以其输入阻抗高、低损耗、开关速度快、无二次击穿、安全工作区宽、动态性能好、易与前极耦合实现大电流化、转换效率高等优点，逐渐替代双极型器件成为当今功率器件发展的主流。功率器件目前主要有沟槽型MOS晶体管（UMOSFET）、横向双扩散金属氧化物半导体（LDMOS）和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。

图1a为现有技术的一种LDMOS结构，该LDMOS包括p型衬底区101、n型外延层102 、n型漂移区103、p型掺杂阱104。n型源区106和n型漏区107分别形成于p型掺杂阱104和n型漂移区103之中。高掺杂浓度的p型掺杂区105将p型掺杂阱104引出到半导体衬底顶部。栅氧化层108和多晶硅栅极109形成于n型漂移区103之上且位于源区106和漏区107之间。与传统的晶体管相比，LDMOS具有更加优越的热稳定性、频率稳定性、更高的增益、更低的噪音和更低的反馈电容等特性。但是，LDMOS是采用双扩散工艺制备而成，具有共平面的源极和漏极区域，因此占用芯片面积大。

UMOSFET的栅极结构不是与衬底表面平行，而是构建在垂直于衬底表面的沟道里，因此沟道占用的空间减小。图1b为现有技术的一种UMOSFET的简化结构，该UMOSFET包括n型漏区201、n型外延层202。源区205、206分别形成在p型掺杂阱203、204中。栅氧化层207为SiO₂或者其为它绝缘介质，多晶硅栅极208形成于栅氧化层207之上。UMOSFET由于采用了垂直的沟道结构，沟道的侧壁可以制作栅极，其所占用面积比平面扩散型MOS晶体管小，可以进一步提高器件的面积，并有效减少导通电阻、降低驱动电压。但是，由于UMOSFET的栅极和漏极的重合面积比较大，导致栅极的寄生电容增大，这使得UMOSFET在导通、关闭时的功耗上升，难于满足器件缩微的需求，并且影响器件的响应频率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型的半导体功率器件及其制备方法，该功率器件在缩小器件尺寸的同时，也可以减小栅极的寄生电容，提高器件的响应频率。

本发明提出的半导体功率器件，是一种凹陷沟道的横向和纵向扩散型场效应晶体管。该场效应晶体管结构组成包括：

一个具有第一种掺杂类型的半导体衬底；

位于所述半导体衬底底部的具有第二种掺杂类型的漏区；

位于所述半导体衬底内的凹槽结构；

覆盖在所述凹槽之内的栅区；

位于所述半导体衬底内所述栅区一侧的具有第二种掺杂类型的源区；

位于所述源区之上的具有第一种掺杂类型的掺杂区；

位于所述半导体衬底内所述栅区的非源区侧形成的具有第二种掺杂类型的漂移区，所述漂移区穿过衬底与漏区相连接。

进一步地，所述的栅区包括至少一个导电层和一个将所述导电层与所述半导体衬底隔离的绝缘层；所述的导电层为多晶硅、钨金属、氮化钛、氮化钽或者为金属硅化物；所述的绝缘层为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者为高介电常数的绝缘材料。

更进一步地，所述的第一种掺杂类型为n型掺杂，第二种掺杂类型为p型掺杂；或者，所述的第一种掺杂类型为p型掺杂，第二种掺杂类型为n型掺杂。

本发明所提出的凹陷沟道的横向和纵向扩散型场效应晶体管，采用了凹陷沟道和纵向扩散工艺，大大减小了器件尺寸，抑制了短沟道效应，并且在抑制漏致源端势垒降低的同时，也减小了器件结构中栅漏的寄生电容，从而降低了开关功耗，提高了器件的响应频率，也就是在提高芯片集成度的同时增强了器件的响应频率。

同时，本发明还提出了上述凹陷沟道的横向和纵向扩散型场效应晶体管的制造方法，具体步骤包括：

提供一个具有第一种掺杂类型的半导体衬底；

在所述半导体衬底内形成具有第一种掺杂类型的高浓度掺杂区；

在所述半导体衬底上形成第一层绝缘薄膜；

淀积第一层光刻胶；

掩膜、曝光、刻蚀所述第一层绝缘薄膜暴露出硅衬底；

刻蚀硅衬底以去除部分所述具有第一种掺杂类型的高浓度掺杂区；

剥除第一层光刻胶；

形成第二层绝缘薄膜；

形成第三层绝缘薄膜；

刻蚀所述第三层绝缘薄膜形成侧墙；

刻蚀所述第二层绝缘薄膜；