应用于半导体器件的场板结构及其制作方法和应用与流程

1.本发明涉及一种半导体器件，特别涉及一种应用于半导体器件的场板结构及其制作方法和应用，属于半导体技术领域。


背景技术：

2.横向功率器件需要利用场板增强降低表面电场效应(resurf)，以实现击穿电压和导通电阻的最佳折中设计，以横向双扩散金属氧化物半导体晶体管(ldmos)为例，ldmos目前常用的器件的场板结构如图1所示，图1是一种ldmos器件的横截面示意图，图中，10是栅极，11是源极，12是漏极，13是体区接触，14是衬底，5是ldmos器件的漂移区，用来承担漏极的高电压，16是第一场板，17是第二场板，18是二氧化硅，图2是一种ldmos器件的俯视示意图，图中，20是栅极，21是第一场板，22是第二场板，23是第一场板的桥，24是第二场板的桥，25是通孔。
3.现有的器件场板结构中，两场板分别通过相同材料的桥跨过栅极，并经过通孔接地，位于漂移区上方的接地场板，通过调节漂移区的峰值电场强度，增强resurf效应，提高器件的击穿电压，从而实现击穿电压和导通电阻的最佳折中设计；该场板同时还能够降低漏极互连金属和栅极之间的耦合，从而降低栅极和漏极之间的寄生电容cgd。
4.然，现有的场板结构存在如下两个缺陷：首先，场板通过桥连接通孔接地，场板的电阻主要取决于桥的电阻，由于桥的数量有限，电阻较大；对于功率器件，尤其是射频应用的功率器件，在高频信号下，有很大的交流电流流过场板产生损耗，电阻越大损耗越大，电阻越大，场板跟不上高频信号的响应，进而导致场板的作用下降。
5.其次，场板没有完全盖住栅极，并没有非常有效的降低栅极和漏极之间的耦合，在射频功率器件中，栅极和漏极的耦合会降低器件的隔离度，影响器件增益和效率。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种应用于半导体器件的场板结构及其制作方法和应用，以克服现有技术中的不足。
7.为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
8.本发明实施例提供了一种应用于半导体器件的场板结构，所述半导体器件包括半导体基材及栅极，所述半导体基材内分布有体区和漂移区，所述体区、漂移区内分别形成有源区、漏区，所述源区、漏区分别与源极、漏极配合，所述体区内还设置有体区引出区，所述半导体基材上还覆盖有氧化物层，所述栅极设置于所述氧化物层内；所述场板结构包括第一场板、第二场板，所述第一场板设置在所述氧化物层内，所述第二场板覆盖在所述氧化物层上并将栅极完全掩盖，并且所述第二场板的局部区域直接与第一场板电性接触或电性结合，同时所述第二场板还经导电通孔接地。
9.进一步的，至少是所述第一场板的局部区域被掩盖。
10.进一步的，所述场板结构包括第二场板和多个第一场板，所述多个第一场板沿所
述氧化物层的厚度方向间隔设置在所述氧化物层内部，且相邻两个第一场板的局部区域之间电性接触或电性结合，其中，所述第二场板的局部区域直接与位于最顶层的第一场板电性接触或电性结合。
11.进一步的，所述第二场板通过通孔与接地金属连接。
12.进一步的，所述源区与体区引出区连接，所述漏区与漂移区连接。
13.本发明实施例还提供了所述应用于半导体器件的场板结构的制作方法，其包括：
14.提供半导体基材，所述半导体基材内分布有体区和漂移区，所述体区、漂移区内分别形成有源区、漏区，所述源区、漏区分别与源极、漏极配合，所述体区内还设置有体区引出区；
15.在所述半导体基材上制作栅极、第一场板和氧化物层，其中，所述栅极和第一场板位于所述氧化物层内，且使所述第一场板的局部自所述氧化物层的指定区域露出；
16.在所述氧化物层上形成第二场板，并使所述第二场板将栅极完全掩盖，且使所述第二场板的局部自所述氧化物层上的指定区域与第一场板电性接触或电性结合。
17.更进一步的，所述的制作方法具体包括：
18.至少在所述半导体基材上与栅极、第一场板对应的区域形成一层氧化物，并在该氧化物上分别制作栅极、第一场板，之后在所述半导体基材上再形成一层氧化物，并使所述氧化物覆盖所述栅极和第一场板，进而形成所述的氧化物层；
19.对所述氧化物层的指定区域进行刻蚀直至形成暴露第一场板的开口；
20.在所述氧化物层上和所述开口内形成第二场板，所述第二场板至少覆盖第一场板的部分，且所述第二场板自所述开口处与第一场板电性接触或电性结合。
21.更进一步的，所述的制作方法具体包括：
22.1)至少在所述半导体基材上与栅极、第一场板对应的区域形成第一层氧化物，并在该第一层氧化物上分别制作栅极、第一层第一场板，
23.2)至少在所述第一层第一场板上形成第二层氧化物，并对所述第二层氧化物的指定区域进行刻蚀直至形成暴露第一场板的开口，之后在所述第二层氧化物上制作第二层第一场板，并使第二层第一场板自所述开口处与第一层第一场板电性接触或电性结合；
24.3)重复步骤2)以制作形成多个叠层设置且间隔分布的第一场板，任意相邻两个第一场板之间均设置有氧化物且相邻两个第一场板的之间电性接触或电性结合；
25.4)在最顶层的第一场板以及半导体基材上在形成一层氧化物，进而形成所述的氧化物层，所述多个第一场板位于所述氧化层内部，对所述氧化物层的指定区域进行刻蚀直至形成暴露最顶层第一场板的开口，之后在所述氧化物层上制作第二场板，使所述第二场板将栅极完全掩盖，并使第二场板自所述开口处与最顶层的第一场板电性接触或电性结合。
26.更进一步的，所述氧化物层的材质包括二氧化硅。
27.更进一步的，所述体区和漂移区是通过离子注入和加热扩散的方式对所述半导体基材的局部加工形成。
28.更进一步的，所述源区是通过离子注入和加热扩散的方式对所述体区的局部加工形成，所述漏区是通过离子注入和加热扩散的方式对所述漂移区的局部加工形成。
29.本发明实施例还提供了一种半导体器件，其包括所述的场板结构。
semiconductor transistor)，其包括半导体基材14及栅极10，所述半导体基材14内分布有体区和漂移区15，所述体区、漂移区15内分别形成有源区11、漏区12，所述源区11、漏区12分别与源极、漏极配合，所述体区内还设置有体区引出区13，所述半导体基材14上还覆盖有氧化物层18，所述栅极10设置于所述氧化物层18内；以及，所述半导体件还具有场板结构，所述场板结构包括第一场板16和第二场板17，其中，所述第一场板16设置在所述氧化物层18内，所述第二场板17覆盖在所述氧化物层18上并将栅极10完全掩盖，且所述第二场板17的局部区域与第一场板16电性接触或电性结合，所述第二场板17自所述氧化物层18的表面跨过所述栅极10并通过多个通孔25实现接地。
44.具体的，该场板结构还可以包括多个第一场板，该多个第一场板沿氧化物层的厚度方向间隔设置在氧化物层18内，且相邻两个第一场板的局部之间电性接触或电性结合，其中，第二场板17的局部区域与位于最顶层的第一场板16电性接触或电性结合，至少是所述第一场板16的局部区域被掩盖。
45.具体的，该第二场板17作为接地场板，其通过多个通孔25与接地金属310连接，进而实现接地。其中，该多个第一场板可以是位于栅极的一侧，且该多个第一场板的结构可以相同也可以不同，具体可以根据不同的情况进行设置。
46.本发明实施例中提供的一种具有多场板结构的半导体器件，第二场板全部跨过栅极，并通过大面积的通孔接地，进而有效的屏蔽了栅极和漏极互连金属的耦合，降低了cgd；另一方面，第二场板和第一场板采用大面积接触实现互连，有效的降低了场板的电阻，从而降低了场板的损耗，提升了器件的高频响应。
47.具体的，请参阅图5，一种具有多场板结构的半导体器件的制作方法，其包括：
48.1)提供半导体基材14，并采用离子注入和加热扩散的方式在半导体基材14内加工形成体区和漂移区15，以及，采用离子注入和加热扩散的方式在体区内加工形成源区11、体区引出区13，采用离子注入和加热扩散的方式在漂移区内加工形成漏区12；
49.2)在半导体基材14上的全部区域或者在半导体基材14上的栅下区域和第一场板对应的区域沉积一层二氧化硅作为第一层氧化物，并在第一层氧化物层上分别制作栅极10和第一场板16；
50.3)在半导体基材14和第一场板16上再沉积一层二氧化硅作为第二层氧化物进而形成氧化物层18，所述栅极10和第一场板16设置在所述氧化物层18内，
51.4)对氧化物层18与第一场板16对应的区域进行刻蚀，以除去位于该区域的氧化物层18直至形成暴露第一场板16的开口或孔19；
52.5)在所述氧化物层18上制作形成第二场板17，该第二场板17连续跨过栅极10并自所述开口或孔处19与第一场板16直接电性接触或电性结合；
53.6)使第二场板17通过多个通孔与接地金属310连接，该通孔为导电通孔，其包括设置在半导体器件中的孔以及填充在孔中的导电材料，该导电材料的材质与第一场板或第二场板的材质相同，其具体的加工过程可以采用本领域技术人员所公知的技术实现，在此不再赘述。
54.本发明实施例中提供的一种具有多场板结构的半导体器件中，场板结构中的各场板无需连接桥连接，在漂移区一侧，制造第二场板之前刻开第一场板上方的部分氧化物层，在淀积第二场板时，将第二场板和第一场板连接在一起；在漂移区一侧，场板的有效结构未
有发生变化，不需要重新设计场板结构，同时实现了两场板的大面积互连，第二场板和通孔的大面积互连，降低了场板电阻。
55.具体的，对于多层场板的场板结构，该具有多层场板结构的半导体器件的制作方法可以包括：
56.1)提供半导体基材14，并采用离子注入和加热扩散的方式在半导体基材14内加工形成体区和漂移区15，以及，采用离子注入和加热扩散的方式在体区内加工形成源区11、体区引出区13，采用离子注入和加热扩散的方式在漂移区内加工形成漏区12；
57.2)在半导体基材14上的全部区域或者在半导体基材14上的栅下区域和第一场板对应的区域沉积一层二氧化硅作为第一层氧化物，并在第一层氧化物层上分别制作栅极10和第一层第一场板16；
58.3)至少在所述第一层第一场板16上再沉积一层二氧化硅作为第二层氧化物，并对所述第二层氧化物的指定区域进行刻蚀直至形成暴露第一层第一场板的开口，之后在所述第二层氧化物上制作第二层第一场板，并使第二层第一场板自所述开口处与第一层第一场板电性接触或电性结合；
59.4)重复步骤2)以间隔形成多层第一场板和多层氧化物，且使位于上层的第一场板和位于下层的第一场板电性接触或电性结合，任意相邻两层第一场板之间均形成有一层氧化物；
60.5)在最顶层的第n层第一场板以及半导体基材上沉积二氧化硅，进而形成氧化物层，对所述氧化物层的指定区域进行刻蚀直至形成暴露最顶层的第一场板的开口，之后在所述氧化物层上制作第二场板，该第二场板17连续跨过栅极且该第二场板自所述开口处与最顶层的第一场板电性接触或电性结合；
61.6)使第二场板通过多个通孔与接地金属310连接。
62.本发明实施例中提供的一种具有多场板结构的半导体器件，特别是横向的功率半导体器件，其具有多层场板结构，位于下层的场板通过直接接触和位于上层的场板互连，依次类推，位于最顶层的场板跨过栅极并通过通孔接地。
63.本发明实施例中提供的一种应用于半导体器件的场板结构，一方面能够增强对栅和漏之间耦合的屏蔽作用，降低cgd；另一方面能够降低场板的电阻，降低高频应用下的损耗，提升器件的高频响应。
64.本发明实施例中提供的一种应用于半导体器件的场板结构，最顶层场板完全跨过栅极，隔离了栅极和漏金属互连之间的耦合，有效的降低了cgd，由于是全部跨过栅极，因此可以通过更多的通孔接地，从而降低了场板的接地电阻，降低了场板在高频下的损耗。
65.应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。