[发明专利]一种横向功率器件结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件和半导体工艺技术领域，尤其涉及一种横向功率器件结构及其制备方法，如横向扩散场效应晶体管LDMOS、横向高压二极管、横向绝缘栅双极型晶体管LIGBT等。

背景技术

功率器件是现代电力电子系统的核心，它对提高系统的各项技术指标和性能起着至关重要的作用。理想的功率器件，应当具有下列理想的静态和动态特性：在截止状态时能承受高电压；在导通状态时具有大电流和很低的压降；在开关转换时具有短的开、关时间。

功率半导体器件按工作方式可分为两类:一类是传统的双极型器件，它是电流控制型器件，包括晶闸管（SCR）、功率双极型晶体管（GTR）等；另一类是新型的电压控制型器件，包括金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和MOS控制晶闸管（MCT）等。功率MOS晶体管与功率双极型晶体管有相似的输出伏安特性，但功率MOS晶体管没有少子存贮效应的影响，因而工作频率比双极型晶体管的高；而且功率MOS晶体管是电压控制器件，其驱动电流非常小，故其驱动电路也比双极型器件简单得多。并且功率MOS管具有负的电流温度系数，它不存在功率双极型晶体管的二次击穿现象，其安全工作区也比功率双极型晶体管宽。正是因为功率MOS器件具有胜过功率双极型器件的一系列优点，以MOSFET为主的压控型功率器件得到了快速发展，在电力电子装置中获得了广泛的应用。

MOS功率晶体管可以分成两种基本类型：垂直导电的功率MOS和横向高压功率MOS。H.W.Collins等人在1979年发表的文章“Power MOSFET technology”（Proceedings of International Electron Devices Meeting,pp.79-85）中提出了垂直双扩散功率MOS（Vertical Double Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，VDMOS），其结构图1所示，结构底部为具有高掺杂浓度的n型半导体区域103，结构顶部包括一个具有高掺杂浓度的n型半导体区域104和p型半导体区域101，半导体区域101和半导体区域103二者之间通过一个具有低掺杂浓度的n型半导体区域102隔开，这里，半导体区域104构成VDMOS的源区，半导体区域103构成VDMOS的漏区，半导体区域101构成VDMOS的沟道区，半导体区域102构成VDMOS的漂移区。采用该种垂直结构，可减小器件尺寸，降低器件的导通电阻。

虽然VDMOS器件的工艺简单，但由于其采用垂直结构，难以应用于硅的平面集成工艺中，James Victory等人在1997年9月发表的文章“A3D,Physically Based Compact Model for IC VDMOS Transistors”（Proc.21^st International Conference on Microelecs,vol.1,pp.14-17）中提出了适用于IC集成工艺的VDMOS结构，如图2所示。它主要由p型半导体衬底区域100、p型半导体区域101、重掺杂的p型半导体区域105、轻掺杂n型半导体区域102、重掺杂n型的半导体区域103、104等组成。这种结构与VDMOS结构的主要区别在于在底部n+埋氧层上连接了一个深沟槽n+区，以提供表面漏极接触，将漏极从器件底部转移到了器件表面。但是这种IC VDMOS结构的深沟槽n+区在实际工艺中难以精确制作，增加了工艺的复杂和成本，同时容易影响器件的性能。

和VDMOS器件不同，横向扩散场效应晶体管（Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，LDMOS）是一种和集成电路工艺完全兼容的器件结构，如图3所示。该结构包括一个具有高掺杂浓度的n型半导体区域103、104以及p型半导体区域101，半导体区域101和半导体区域103二者之间通过一个具有低掺杂浓度的n型半导体区域102隔开，这里，半导体区域104构成VDMOS的源区，半导体区域103构成VDMOS的漏区，半导体区域101构成VDMOS的沟道区，半导体区域102构成VDMOS的漂移区。LDMOS结构通过横向双扩散技术形成导电沟道区，很好地解决了提高耐压与增大电流之间的矛盾，是目前十分常用的一类功率器件。