CN101872786B - 带浮置埋层的碳化硅高压n型金属氧化物半导体管及方法 - Google Patents
带浮置埋层的碳化硅高压n型金属氧化物半导体管及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101872786B CN101872786B CN2010101985074A CN201010198507A CN101872786B CN 101872786 B CN101872786 B CN 101872786B CN 2010101985074 A CN2010101985074 A CN 2010101985074A CN 201010198507 A CN201010198507 A CN 201010198507A CN 101872786 B CN101872786 B CN 101872786B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type
- silicon carbide
- source
- buried layer
- floating buried
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 238000007667 floating Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- -1 phosphorous ion Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 claims description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7833—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's
- H01L29/7835—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's with asymmetrical source and drain regions, e.g. lateral high-voltage MISFETs with drain offset region, extended drain MISFETs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
一种带浮置埋层的碳化硅高压N型金属氧化物半导体管，包括P型碳化硅衬底，在P型碳化硅衬底上设P型外延层，在P型外延层内设源和N型漂移区，在N型漂移区内设有漏和P型保护环，在源上设源的金属引线，在漏上设源漏的金属引线，在源与N型漂移区之间的P型外延层的上方设栅氧化层且与源的金属引线邻接，在P型保护环的表面、漏的表面以及P型外延层的表面设有场氧化层，在栅氧化层上设有栅，在漏的金属引线上设金属场极板，在P型碳化硅衬底与P型外延层之间设N型浮置埋层，且所述N型浮置埋层位于P型碳化硅衬底与P型外延层交界面上。其制备方法是选择P型碳化硅衬底后，采用注入磷离子的方法制备N型浮置埋层，再进行其它常规操作。
Description
一、技术领域
本发明是一种碳化硅金属氧化物半导体管及方法，尤其是碳化硅高压金属氧化物半导体管及方法。
二、背景技术
金属氧化物半导体型功率集成器件具有开关特性好、功耗小等优点，更为重要的是金属氧化物半导体型功率器件易于兼容标准低压金属氧化物半导体工艺，降低芯片的生产成本。在MOS型功率集成器件的研究中以横向双扩散、偏置栅等结构较多。其中横向金属氧化物半导体场效应管具有良好的短沟道特性和负的迁移率温度系数，而且通过RESURF技术可以得到很高的击穿电压。因此其应用广泛：特别适用于CDMA、W-CDMA、TETRA、数字地面电视等需要宽频率范围、高线性度和使用寿命要求高的应用。
目前，碳化硅作为一种宽禁带半导体材料，其击穿电场强度高、热稳定性好，还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，可以用来制造各种耐高温、高频大功率器件，应用于硅器件难以胜任的场合。碳化硅功率MOS器件具有很高的临界电场，在阻断电压保持不变的条件下，可以采用更薄的重掺杂漂移区，因此碳化硅金属氧化物半导体管的开态导通电阻比硅基金属氧化物半导体管大大减小。碳化硅晶体生长技术和器件制造技术正在进一步完善，今后几年内各种碳化硅电力电子器件的成品率、可靠性和价格将获较大改善。基于碳化硅材料的横向金属氧化物半导体场效应管的击穿电压大、导通电阻小，因此非常具有研究价值和应用前景。
三、技术内容
技术问题 本发明提供一种击穿电压在2000V以上的带有浮置N型埋层碳化硅高压N型金属氧化物半导体管及方法。
技术方案
本发明所述的一种带浮置埋层的碳化硅高压N型金属氧化物半导体管，包 括：P型碳化硅衬底，在P型碳化硅衬底上设有P型外延层，在P型外延层内设有源和N型漂移区，在N型漂移区内设有漏和P型保护环，在源上设有源的金属引线，在漏上设有源漏的金属引线，在源与N型漂移区之间的P型外延层的上方设有栅氧化层且与源的金属引线邻接，在P型保护环的表面、漏的漏的金属引线以外的表面、N型漂移区的漏和P型保护环以外的表面以及P型外延层的源的金属引线和栅氧化层以外的表面设有场氧化层，在栅氧化层上设有栅，在漏的金属引线上设有金属场极板，在P型碳化硅衬底与P型外延层之间设有N型浮置埋层，且所述N型浮置埋层位于P型碳化硅衬底与P型外延层交界面上。
本发明所述的一种制备上述带浮置埋层的碳化硅高压N型金属氧化物半导体管的方法，
1.)首先选择P型碳化硅衬底，然后采用注入磷离子的方法制备N型浮置埋层，N型浮置埋层的杂质浓度为1×1017到1×1018cm-3，
2.)掺入硼离子制备P型外延层，
3.)在室温下进行多次的氮离子注入以形成N型漂移区，掺杂计量为1×1012到18×1012cm-2之间，
4.)注入1.5×1013cm-2到3.6×1013cm-2的硼离子形成P型保护环，注入能量为200Kev，
5.)采用PECVD方法积淀SiO2场氧化层，
6.)在300℃下，采用磷离子注入形成源漏区，并在1500℃～1700℃的高温下退火，
7.)在1300℃干燥的N2O中热氧化，然后在1300℃的N2中退火30min形成栅氧化层，
8.)利用铝制备栅和源、漏极的金属接触，并同步制备漏端的金属场极板。
有益效果 本发明碳化硅金属氧化物半导体管结构与传统碳化硅金属氧化物半导体管结构相比，击穿电压提高了近一倍，如图3所示。(1)本发明引入了N型浮置埋层，由于埋层具有等电位作用，漏端高电场被重新分配。同时，埋层与外延层、衬底形成了两个平行平面PN结。其中与衬底所形成的平行平面PN结被耗尽后，可以和N型漂移区与外延层的PN结共同承担漏端的纵向电压，从而提高器件的纵向击穿电压。(2)本发明在N型漂移区中引入了P型保护环，这使N型漂移区不但与P型外延之间形成耗尽区，而且与P型保护环之间同样形成耗尽区，因此大大增强了N型漂移区的耗尽程度，降低了碳化硅和氧化层 界面的电场强度，从而提高了器件的横向击穿电压。(3)与漏同电位的场极板可以增加N+漏与P型保护环之间的曲率半径，从而降低了该PN结的表面电场，提高了器件的表面击穿电压。(4)本发明的制备工艺兼容标准碳化硅CMOS工艺，因此本发明的碳化硅金属氧化物半导体管结构可以应用于碳化硅功率集成电路。
四、附图说明
图1是传统碳化硅器件结构方案，图2是本实施例的结构示意图。图3是击穿电压模拟图。
五、具体实施方式
实施例1
一种带浮置埋层的碳化硅高压N型金属氧化物半导体管，包括：P型碳化硅衬底1，在P型碳化硅衬底1上设有P型外延层2，在P型外延层2内设有源4和N型漂移区3，在N型漂移区3内设有漏5和N型保护环7，在源4上设有源的金属引线12，在漏5上设有源漏的金属引线11，在源4与N型漂移区3之间的P型外延层2的上方设有栅氧化层6且与源的金属引线12邻接，在P型保护环7的表面、漏5的漏的金属引线11以外的表面、N型漂移区3的漏5和P型保护环7以外的表面以及P型外延层2的源的金属引线12和栅氧化层6以外的表面设有场氧化层8，在栅氧化层6上设有栅10，在漏的金属引线11上设有金属场极板9，在P型碳化硅衬底1与P型外延层2之间设有N型浮置埋层13，且所述N型浮置埋层13位于P型碳化硅衬底1与P型外延层2交界面上。
实施例2(工艺流程)
1.)首先选择P型碳化硅衬底，然后采用注入磷离子的方法制备N型浮置埋层，N型浮置埋层的杂质浓度为1×1017到1×1018cm-3，本实施例中的N型浮置埋层的杂质浓度具体为1×1017、5×1017或1×1018cm-3，
2.)掺入硼离子制备P型外延层，
3.)在室温下进行多次的氮离子注入以形成N型漂移区，掺杂计量为1×1012到18×1012cm-2之间，在本实施例中，在室温下进行3次的氮离子注入以形成N型漂移区，掺杂计量为1×1012、7×1012或18×1012cm-2，
4.)注入1.5×1013cm-2到3.6×1013cm-2的硼离子形成P型保护环，注入能量为200Kev，在本实施例中，具体可选择注入1.5×1013cm-2、2×1013cm-2或3.6×1013cm-2的的硼离子形成P型保护环，
5.)采用PECVD方法积淀SiO2场氧化层，
6.)在300℃下，采用磷离子注入形成源漏区，并在1500℃～1700℃的高温下退火，
7.)在1300℃干燥的N2O中热氧化，然后在1300℃的N2中退火30min形成栅氧化层，
8.)利用铝制备栅和源、漏极的金属接触，并同步制备漏端的金属场极板。
Claims (1)
1.一种制备带浮置埋层的碳化硅高压N型金属氧化物半导体管的方法，其特征在于，
1.)首先选择P型碳化硅衬底，然后采用注入磷离子的方法制备N型浮置埋层，N型浮置埋层的杂质浓度为1×1017到1×1018cm-3，
2.)掺入硼离子制备P型外延层，
3.)在室温下进行多次的氮离子注入以形成N型漂移区，掺杂计量为1×1012到18×1012cm-2之间，
4.)注入1.5×1013cm-2到3.6×1013cm-2的硼离子形成P型保护环，注入能量为200Kev，
5.)采用PECVD方法积淀SiO2场氧化层，
6.)在300℃下，采用磷离子注入形成源漏区，并在1500℃～1700℃的高温下退火，
7.)在1300℃干燥的N2O中热氧化，然后在1300℃的N2中退火30min形成栅氧化层，
8.)利用铝制备栅和源、漏极的金属接触，并同步制备漏端的金属场极板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101985074A CN101872786B (zh) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | 带浮置埋层的碳化硅高压n型金属氧化物半导体管及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101985074A CN101872786B (zh) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | 带浮置埋层的碳化硅高压n型金属氧化物半导体管及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101872786A CN101872786A (zh) | 2010-10-27 |
| CN101872786B true CN101872786B (zh) | 2012-06-27 |
Family
ID=42997549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010101985074A Expired - Fee Related CN101872786B (zh) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | 带浮置埋层的碳化硅高压n型金属氧化物半导体管及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101872786B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103094337B (zh) * | 2011-10-27 | 2015-08-19 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Ldnmos结构及其制造方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62217659A (ja) * | 1986-03-19 | 1987-09-25 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| US5378912A (en) * | 1993-11-10 | 1995-01-03 | Philips Electronics North America Corporation | Lateral semiconductor-on-insulator (SOI) semiconductor device having a lateral drift region |
| US5543637A (en) * | 1994-11-14 | 1996-08-06 | North Carolina State University | Silicon carbide semiconductor devices having buried silicon carbide conduction barrier layers therein |
| US6882023B2 (en) * | 2002-10-31 | 2005-04-19 | Motorola, Inc. | Floating resurf LDMOSFET and method of manufacturing same |
| CN1208839C (zh) * | 2003-01-08 | 2005-06-29 | 东南大学 | 内置保护n型高压金属氧化物半导体管 |
| US7791161B2 (en) * | 2005-08-25 | 2010-09-07 | Freescale Semiconductor, Inc. | Semiconductor devices employing poly-filled trenches |
| US8389366B2 (en) * | 2008-05-30 | 2013-03-05 | Freescale Semiconductor, Inc. | Resurf semiconductor device charge balancing |
| CN101540339A (zh) * | 2009-05-05 | 2009-09-23 | 浙江大学 | 高边nldmos结构 |
-
2010
- 2010-06-11 CN CN2010101985074A patent/CN101872786B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101872786A (zh) | 2010-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101840933B (zh) | 带表面缓冲环终端结构的超结金属氧化物场效应晶体管 | |
| CN101969073B (zh) | 快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管 | |
| CN102201406B (zh) | 一种基于n型外延层的bcd集成器件及其制造方法 | |
| CN102194818B (zh) | 一种基于p型外延层的bcd集成器件及其制造方法 | |
| CN101950759A (zh) | 一种Super Junction VDMOS器件 | |
| CN102376762B (zh) | 超级结ldmos器件及制造方法 | |
| CN101916779B (zh) | 可完全消除衬底辅助耗尽效应的soi超结ldmos结构 | |
| CN102254946B (zh) | 一种射频横向扩散n型mos管及其制造方法 | |
| CN106024863A (zh) | 一种高压功率器件终端结构 | |
| CN104409507B (zh) | 低导通电阻vdmos器件及制备方法 | |
| CN105576025A (zh) | 一种浅沟槽半超结vdmos器件及其制造方法 | |
| CN100394616C (zh) | 可集成的高压vdmos晶体管结构及其制备方法 | |
| CN103035525B (zh) | 高压隔离n型ldmos器件的制造方法 | |
| CN103928309A (zh) | N沟道碳化硅绝缘栅双极型晶体管的制备方法 | |
| CN101872785B (zh) | 带浮置埋层的碳化硅高压p型金属氧化物半导体管及方法 | |
| CN103035674B (zh) | 射频横向双扩散场效应晶体管及其制造方法 | |
| CN106298943B (zh) | 一种具有体电场调制的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管 | |
| CN201741700U (zh) | 带浮置埋层的碳化硅高压p型金属氧化物半导体管 | |
| CN101872786B (zh) | 带浮置埋层的碳化硅高压n型金属氧化物半导体管及方法 | |
| CN111244177A (zh) | 一种沟槽型mos器件的结构、制作工艺以及电子装置 | |
| CN201766079U (zh) | 带浮置埋层的碳化硅高压n型金属氧化物半导体管 | |
| CN201749852U (zh) | 快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管 | |
| CN105826195A (zh) | 一种超结功率器件及其制作方法 | |
| CN104347403A (zh) | 一种绝缘栅双极性晶体管的制造方法 | |
| CN114141877A (zh) | 一种碳化硅ldmos及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120627 |