CN110176500A - 平面结构沟道金氧半场效晶体管及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面结构沟道金氧半场效晶体管及其加工方法。平面结构沟道金氧半场效晶体管包括基体，基体自下而上分别包括第一基板和第二基板，第一基板为P型晶圆基板，第二基板经过深N‑阱工艺处理。第二基板的上表面形成有多个相互间隔的沟道，沟道中形成有栅极，沟道的相邻两侧分别形成有源极和漏极，栅极、源极和漏极位于基体的同侧。本发明中沟道型栅极和同侧设置的栅极、源极和漏极结构可以提高导通性能，减小单元间距，从而降低集成电源芯片的单位导通电阻，提高导通性能，并将同性能条件下的晶体管面积减小一半左右，同时便于在同一基体上集成多个晶体管结构。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路半导体领域，尤其涉及一种平面结构沟道金氧半场效晶体管及其加工方法。
背景技术
现有技术LDMOS是集成电源芯片中的MOSFET器件，它可以很容易的同CMOS工艺集成在一块晶片上，提供较好的单位导通阻值(RdsA)和高开关速度。沟道型MOSFET可以提供更小的晶圆占用面积，因为沟道型MOSFET可以实现更小的单元间距和更高的电流密度。
例如在耐压等级(BV)为34V的工艺下，沟道型MOSFET可以达到单位导通阻值RdsA(Vgs＝5V)3～4mOhm-mm2，同样耐压等级的LDMOS则只能达到RdsA(Vgs＝5V)～7mOhm-mm2(数字越小说明单位导通阻值越低，MOSFET的效率越高)。
但是因为沟道型MOSFET的电极分布在晶圆上下两端，所以无法同CMOS工艺集成在一起。
发明内容
本发明实施方式提供的一种平面结构沟道金氧半场效晶体管，包括基体，所述基体自下而上分别包括第一基板和第二基板，所述第一基板为P型晶圆基板，所述第二基板经过深N-阱工艺处理，
所述第二基板的上表面形成有多个相互间隔的沟道，所述沟道中形成有栅极，所述沟道的相邻两侧分别形成有源极和漏极，所述栅极、源极和漏极位于所述基体的同侧。
本发明中沟道型栅极和同侧设置的栅极、源极和漏极结构可以提高导通性能，减小单元间距，从而降低集成电源芯片的单位导通电阻，提高导通性能，并将同性能条件下的晶体管面积减小一半左右，同时便于在同一基体上集成多个晶体管结构。
在某些实施方式中，所述第二基板上表面覆盖有氧化层。
在某些实施方式中，所述沟道表面形成均匀或不均匀的氧化层侧壁。
在某些实施方式中，所述沟道内填充有多晶材料。
在某些实施方式中，所述源极自下而上形成N+扩散区域和P-扩散区域。
在某些实施方式中，所述漏极形成N+扩散区域。
本发明所述方式提供一种平面结构沟道金氧半场效晶体管的加工方法，包括以下步骤：
S1：在基体上表面形成氧化层，
S2：蚀刻所述氧化层形成凹槽，
S3：对所述凹槽进行硅蚀刻形成沟道，
S4：在所述沟道中生长氧化层，
S5：蚀刻所述沟道中的氧化层形成深沟，
S6：在所述深沟和所述基体上表面的氧化层上生长栅极多晶，
S7：蚀刻所述多晶，去除所述基体上表面的多晶，并通过氧化层覆盖所述沟道，
S8：在所述基体上进行P体植入与激活和N源植入和激活。
本平面结构沟道金氧半场效晶体管的加工方法加工得到的平面结构沟道金氧半场效晶体管的沟道型栅极和同侧设置的栅极、源极和漏极结构可以提高导通性能，减小单元间距，从而降低集成电源芯片的单位导通电阻，提高导通性能，并将同性能条件下的晶体管面积减小一半左右，同时便于在同一基体上集成多个晶体管结构。
本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施方式的平面结构沟道金氧半场效晶体管的平面截面结构示意图；
图2是本发明实施方式的平面结构沟道金氧半场效晶体管的加工方法的流程示意图；
图3是本发明实施方式的平面结构沟道金氧半场效晶体管的另一平面截面结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-图3，本发明实施方式提供的一种平面结构沟道金氧半场效晶体管，包括基体，基体自下而上分别包括第一基板10和第二基板20，第一基板10为P型晶圆基板，第二基板20经过深N-阱工艺处理。第二基板20的上表面形成有多个相互间隔的沟道，沟道中形成有栅极30，沟道的相邻两侧分别形成有源极40和漏极50，栅极30、源极40和漏极50位于基体的同侧。
本发明中沟道型栅极30和同侧设置的栅极30、源极40和漏极50结构可以提高导通性能，减小单元间距，从而降低集成电源芯片的单位导通电阻，提高导通性能，并将同性能条件下的晶体管面积减小一半左右，同时便于在同一基体上集成多个晶体管结构。
具体地，将MOSFET和IC集成使用可以降低电容/电感/电阻，从而实现更高的性能和更快的开关速度。
而横向扩散MOS晶体管(LDMOS)因其易于与CMOS电路集成、相对较低的电阻率(RdsA)和开关速度快的优点，与IC广泛集成。
而与LDMOSFET相比，由于更窄的单元间距和更高的电流密度，沟槽MOSFET的使用效果更好，能达到更低的RdsA。例如，BV＝34V时，沟槽MOSFET可以实现RdsA(Vgs＝5V)＝3～4mOhm-mm2。使用相同的BVDSS，LDMOS可以实现RdsA(Vgs＝5V)～7mOhm-mm2。
因此，沟槽MOSFET可以实现比LDMOSFET低一半的RdsA，或者在达到相同Rdson的前提下能做成更小尺寸，取得更大的经济效益。
但是，传统的沟槽MOSFET把源极和栅极设计在顶部，把漏极设计在底部位置，因此很难将这种传统的沟槽MOSFET与CMOS工艺集成在一起。
本发明提供了一种使用沟槽DMOS结构的晶体管，Rdson性能得到改进且保持较小的晶体管面积易于和IC电路集成。
具体地，本发明实施方式中的平面结构沟道金氧半场效晶体管的电流流向如图1中所示。
在某些实施方式中，第二基板10上表面覆盖有氧化层。
在某些实施方式中，沟道表面形成均匀或不均匀的氧化层侧壁。
在某些实施方式中，沟道内填充有多晶材料。
在某些实施方式中，源极40自下而上形成N+扩散区域和P-扩散区域。
在某些实施方式中，漏极50形成N+扩散区域。
此外，如图3，深沟中的栅极多晶还能通过填充的氧化层分隔成2段，分别自上而下分别形成栅聚体和源聚体，从而形成分流栅结构。
如此，由于漂移区电荷平衡，进一步降低了比电阻(RdsA)。
本发明方式提供一种平面结构沟道金氧半场效晶体管的加工方法，包括以下步骤：
S1：在基体上表面形成氧化层，
S2：蚀刻氧化层形成凹槽，
S3：对凹槽进行硅蚀刻形成沟道，
S4：在沟道中生长氧化层，
S5：蚀刻沟道中的氧化层形成深沟，
S6：在深沟和基体上表面的氧化层上生长栅极多晶，
S7：蚀刻多晶，去除基体上表面的多晶，并通过氧化层覆盖沟道，
S8：在基体上进行P体植入与激活和N源植入和激活。
具体地，步骤S5中，利用PR掩膜进行氧化物刻蚀，形成深沟，并去除PR掩膜。
本平面结构沟道金氧半场效晶体管的加工方法加工得到的平面结构沟道金氧半场效晶体管的沟道型栅极30和同侧设置的栅极30、源极40和漏极50结构可以提高导通性能，减小单元间距，从而降低集成电源芯片的单位导通电阻，提高导通性能，并将同性能条件下的晶体管面积减小一半左右，同时便于多个晶体管结构集成到单个半导体管芯上，使得半导体元件可以轻松地集成到高端驱动器中。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种平面结构沟道金氧半场效晶体管，其特征在于，包括基体，所述基体自下而上分别包括第一基板和第二基板，所述第一基板为P型晶圆基板，所述第二基板经过深N-阱工艺处理，
所述第二基板的上表面形成有多个相互间隔的沟道，所述沟道中形成有栅极，所述沟道的相邻两侧分别形成有源极和漏极，所述栅极、源极和漏极位于所述基体的同侧。
2.根据权利要求1所述的平面结构沟道金氧半场效晶体管，其特征在于，所述第二基板上表面覆盖有氧化层。
3.根据权利要求1所述的平面结构沟道金氧半场效晶体管，其特征在于，所述沟道表面形成均匀或不均匀的氧化层侧壁。
4.根据权利要求1所述的平面结构沟道金氧半场效晶体管，其特征在于，所述沟道内填充有多晶材料。
5.根据权利要求1所述的平面结构沟道金氧半场效晶体管，其特征在于，所述源极自下而上形成N+扩散区域和P-扩散区域。
6.根据权利要求5所述的平面结构沟道金氧半场效晶体管，其特征在于，所述漏极形成N+扩散区域。
7.一种平面结构沟道金氧半场效晶体管的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在基体上表面形成氧化层，
S2：蚀刻所述氧化层形成凹槽，
S3：对所述凹槽进行硅蚀刻形成沟道，
S4：在所述沟道中生长氧化层，
S5：蚀刻所述沟道中的氧化层形成深沟，
S6：在所述深沟和所述基体上表面的氧化层上生长栅极多晶，
S7：蚀刻所述多晶，去除所述基体上表面的多晶，并通过氧化层覆盖所述沟道，
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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