專利名稱：橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，并且更具體地，涉及金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
與雙極型晶體管相比較高功率MOS場效應(yīng)晶體管(下面稱為“MOSFET”)具有相對高的輸入阻抗，其可導(dǎo)致相對高功率增益。此外，MOSFET可為單極型器件，當(dāng)器件關(guān)閉時它們具有很小的由于少數(shù)載流子積累和/或復(fù)合(reunion)導(dǎo)致的時間延遲。因此，MOSFET可廣泛用于開關(guān)模式電源、燈鎮(zhèn)流器和/或電機驅(qū)動電路。使用平面擴散技術(shù)形成的雙擴散MOSFET結(jié)構(gòu)可用于提供這樣的高功率的MOSFET。例如，美國專利Nos.5,059,547和5,378,912公開了傳統(tǒng)橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體(LateralDouble-Diffused Metal Oxide SemiconductorLDMOS)晶體管的結(jié)構(gòu)。
圖1是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底上的傳統(tǒng)LDMOS晶體管的橫斷面圖。現(xiàn)參考圖1，埋藏氧化物層(buried oxide layer)103(用作埋藏絕緣層)形成在P型半導(dǎo)體襯底101的上表面上。N型漂移區(qū)(drift region)105和P型體區(qū)(body region)107形成在埋藏氧化物層103的上表面來提供有源區(qū)。在N型漂移區(qū)105中形成摻雜N+型雜質(zhì)離子的漏區(qū)109，在P型體區(qū)107中形成摻雜N+型雜質(zhì)離子的源區(qū)113。與源區(qū)113相鄰形成P+型源接觸區(qū)111。并且，半導(dǎo)體襯底101上在柵絕緣層117上形成柵電極115?？捎米魈岣咂骷舸╇妷旱膱鼋^緣層119形成在漂移區(qū)105表面上。溝道區(qū)可形成在體區(qū)107的表面部分，該表面部分位于源區(qū)113與在施加合適電壓到柵電極115時體區(qū)107遇到漂移區(qū)105處的接觸表面之間。
圖2是曲線圖，示出了注入到圖1所示的傳統(tǒng)LDMOS晶體管的漂移區(qū)105中的N+型雜質(zhì)離子的濃度分布。
再次參考圖1，漂移區(qū)105通過注入雜質(zhì)離子例如磷離子到將形成漂移區(qū)105的半導(dǎo)體襯底101的表面、并且在相對高溫擴散雜質(zhì)離子一段時間而形成。擴散過程相對冗長，并且可能使得半導(dǎo)體襯底101表面上的磷離子擴散到表面下的塊區(qū)(bulk region)。鄰近場氧化物層在半導(dǎo)體襯底101表面處雜質(zhì)離子濃度可最高。這樣，如圖2中所示，雜質(zhì)濃度分布可遵循高斯(Gaussian)分布。
因此，當(dāng)足夠的偏壓施加到柵電極115和漏區(qū)109時，鄰近半導(dǎo)體襯底101表面處電阻相對較低，但在體區(qū)中可相對較高。因此，大多數(shù)電流會通過半導(dǎo)體襯底101表面在源區(qū)113和漏區(qū)109之間流動。這樣，電場會在N+漏區(qū)109的側(cè)壁周圍集中。對于相對小量的電流，出現(xiàn)的問題可能相對小。但是，對于側(cè)壁部分處的大量的電流，由于碰撞電離導(dǎo)致空穴和電子會增加，會使器件的擊穿電壓惡化。
因此，在傳統(tǒng)LDMOS晶體管中，當(dāng)相對高的偏壓施加到柵電極115來增加飽和電流時，擊穿電壓可能降低，這可使器件的安全操作區(qū)(SOA)特性變壞?？梢栽龃笃茀^(qū)105的長度來改善SOA特性；但是，這會增加器件的物理尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實施例提供橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)晶體管，其包括增強的電流特性和/或擊穿特性以及安全操作區(qū)(SOA)特性。
本發(fā)明的一些實施例還提供制造具有增強的電流特性、擊穿特性和/或SOA特性的LDMOS晶體管的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，LDMOS晶體管可包括半導(dǎo)體襯底中溝道區(qū)和漏區(qū)之間的漂移區(qū)。漂移區(qū)可具有雜質(zhì)離子密度比半導(dǎo)體襯底表面的大的后退區(qū)。
漂移區(qū)中的雜質(zhì)離子的密度分布從半導(dǎo)體襯底表面降低并可在后退區(qū)中增加到峰值。沿垂直方向在漏區(qū)的底部下面可形成后退區(qū)。另外，在橫向上后退區(qū)可延伸到漏區(qū)末端，并且后退區(qū)中對應(yīng)峰值雜質(zhì)濃度的點/位置可位于距離半導(dǎo)體襯底表面約1-3μm的范圍中。
根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，LDMOS晶體管可包括半導(dǎo)體襯底。半導(dǎo)體襯底的上表面之下形成的第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)可具有雜質(zhì)離子密度比半導(dǎo)體襯底表面的大的后退區(qū)。另外，第二導(dǎo)電類型的體區(qū)可與漂移區(qū)形成接觸面，并且可形成在半導(dǎo)體襯底表面之下?？稍隗w區(qū)中形成與接觸面間隔開的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，并且可在漂移區(qū)中形成與接觸面間隔開的第一導(dǎo)電類型的漏區(qū)。源區(qū)和接觸面之間可形成溝道區(qū)，且溝道區(qū)上可形成柵電極。
在一些實施例中，半導(dǎo)體襯底可以是SOI(絕緣體上半導(dǎo)體)襯底，其包括在其中間部分的埋藏絕緣層。另外，體區(qū)和漂移區(qū)可接觸埋藏絕緣層的上表面，并且后退區(qū)可與埋藏絕緣層上表面間隔開。此外，在漂移區(qū)之內(nèi)半導(dǎo)體襯底上表面中且在漏區(qū)與溝道區(qū)之間可形成場絕緣層，并且柵電極可部分覆蓋場絕緣層。另外，后退區(qū)可與體區(qū)間隔開。
根據(jù)本發(fā)明的再其它的實施例，一種LDMOS(橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管的制造方法可包括在半導(dǎo)體襯底中注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子來形成第一導(dǎo)電類型漂移區(qū)。在半導(dǎo)體襯底的部分中注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子來形成第二導(dǎo)電類型體區(qū)，其可與漂移區(qū)形成接觸面。在漂移區(qū)中可注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子從而形成具有比半導(dǎo)體襯底表面的雜質(zhì)離子密度大的雜質(zhì)離子密度的后退區(qū)。在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極之后，對應(yīng)于柵電極可形成在體區(qū)內(nèi)與接觸面間隔開的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)。在漂移區(qū)中可形成從接觸面分離的第一導(dǎo)電類型的漏區(qū)。
后退區(qū)可使用大約2000-7000KeV的離子注入能量、及大約5×1011到大約2×1012離子/cm2的注入劑量來形成。雜質(zhì)離子的第一導(dǎo)電類型可以是P型且第二導(dǎo)電類型可以是N型，或反之。后退區(qū)可以是漂移區(qū)中在預(yù)定深度具有峰值密度剖面的埋藏雜質(zhì)區(qū)。LDMOS晶體管還可包括漏區(qū)兩邊的半導(dǎo)體襯底的上表面上的絕緣圖案從而避免電場集中。
根據(jù)本發(fā)明的另外實施例，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管包括半導(dǎo)體襯底，其包括鄰近襯底表面的源區(qū)和漏區(qū)、以及源區(qū)和漏區(qū)之間的漂移區(qū)。漂移區(qū)具有一雜質(zhì)濃度分布使得漂移區(qū)的峰值雜質(zhì)濃度從襯底表面轉(zhuǎn)移。
在某些實施例中，漂移區(qū)可以是在襯底表面下面且并通過預(yù)定距離與其間隔開的后退區(qū)。漂移區(qū)的峰值雜質(zhì)濃度可提供在后退區(qū)的部分中。例如，漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度可在漂移區(qū)的鄰近襯底表面的部分和后退區(qū)之間降低。此外，漂移區(qū)雜質(zhì)濃度可在后退區(qū)和襯底的與源區(qū)和漏區(qū)相對的表面之間降低。
在其它實施例中，后退區(qū)可在襯底表面下面的預(yù)定距離且在漏區(qū)之下橫向延伸。另外，后退區(qū)的一邊緣可與漏區(qū)的邊緣對齊。
在某些實施例中，半導(dǎo)體襯底還可包括鄰近襯底表面在漂移區(qū)和源區(qū)之間的體區(qū)。源區(qū)、漏區(qū)和漂移區(qū)可以是第一導(dǎo)電類型，且體區(qū)可以是第二導(dǎo)電類型。此外，后退區(qū)可與體區(qū)間隔開。
在其它的實施例中，晶體管可包括在襯底表面上鄰近漂移區(qū)且在源區(qū)和漏區(qū)之間的場絕緣層。后退區(qū)可在襯底表面下面的預(yù)定距離處且在漏區(qū)和場絕緣層之下橫向延伸。晶體管可還包括在襯底表面上鄰近漂移區(qū)且在源區(qū)和漏區(qū)之間的的柵絕緣層、及柵絕緣層上的柵電極。
根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管包括半導(dǎo)體襯底、鄰近襯底表面的第一導(dǎo)電類型源區(qū)、和鄰近襯底表面的第一導(dǎo)電類型漏區(qū)。在源區(qū)和漏區(qū)之間的襯底中提供第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)。漂移區(qū)在其中包括襯底表面下面的后退區(qū)。后退區(qū)具有比漂移區(qū)的鄰近襯底表面的部分的雜質(zhì)濃度大的雜質(zhì)濃度。第二導(dǎo)電類型的體區(qū)設(shè)置在在襯底中并鄰近其表面且在漂移區(qū)和源區(qū)之間，并被配置為在源區(qū)和漂移區(qū)之間提供溝道區(qū)。在溝道區(qū)上提供柵電極。
根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括鄰近襯底表面的源區(qū)和漏區(qū)以及源區(qū)和漏區(qū)之間的漂移區(qū)。漂移區(qū)包括襯底表面下的后退區(qū)。后退區(qū)具有一雜質(zhì)濃度分布使得后退區(qū)的雜質(zhì)濃度相對于漂移區(qū)的鄰近部分的雜質(zhì)濃度增加。
根據(jù)本發(fā)明的再其它實施例，形成金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的方法包括在半導(dǎo)體襯底中鄰近其表面形成源區(qū)和漏區(qū)、及在半導(dǎo)體襯底中形成漂移區(qū)。漂移區(qū)具有一雜質(zhì)濃度分布使得漂移區(qū)的峰值雜質(zhì)濃度從襯底表面轉(zhuǎn)移。
在一些實施例中，形成漂移區(qū)可包括在襯底表面下且與其間隔開預(yù)定距離形成后退區(qū)。后退區(qū)可具有比漂移區(qū)的鄰近襯底表面的部分的雜質(zhì)濃度大的雜質(zhì)濃度。漂移區(qū)的峰值雜質(zhì)濃度可在后退區(qū)的部分中提供。例如，漂移區(qū)雜質(zhì)濃度可在漂移區(qū)的鄰近襯底表面的部分和后退區(qū)之間降低。另外，漂移區(qū)雜質(zhì)濃度可在后退區(qū)和襯底的與源區(qū)和漏區(qū)相對的表面之間降低。
在其它實施例中，可鄰近襯底表面且鄰近漂移區(qū)來形成體區(qū)。例如，漂移區(qū)可為第一導(dǎo)電類型，且體區(qū)可通過在襯底中注入第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子來形成。后退區(qū)可形成為與體區(qū)間隔開。
在一些實施例中，為了形成漂移區(qū)，以第一注入能量可注入第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子到襯底中從而提供初始雜質(zhì)濃度分布。初始雜質(zhì)濃度分布鄰近襯底表面可具有峰值雜質(zhì)濃度。以大于第一注入能量的第二注入能量注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子到襯底中從而提供具有從襯底表面轉(zhuǎn)移的峰值雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度分布。例如，在第二注入能量以大約5×1011離子/cm2到大約2×1012離子/cm2的注入劑量可注入雜質(zhì)離子。另外，可使用大約2000keV到大約7000keV的注入能量注入雜質(zhì)離子。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，通過形成具有高密度且埋藏在漂移區(qū)中的后退區(qū)，電流特性、擊穿電壓特性和/或SOA特性可得到改善。


圖1是傳統(tǒng)LDMOS晶體管的橫斷面視圖；圖2是曲線圖，示出了圖1所示的傳統(tǒng)LDMOS晶體管的漂移區(qū)的密度分布；圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實施例LDMOS晶體管的截面圖；圖4是曲線圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的圖3的LDMOS晶體管的漂移區(qū)的密度分布；圖5到9是橫斷面視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的LDMOS晶體管的制造方法；圖10是曲線圖，示出了傳統(tǒng)LDMOS晶體管和根據(jù)本發(fā)明一些實施例的LDMOS晶體管的Id-Vd特性。
具體實施例方式
接下來，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。
應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由稀⑴c之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。
空間關(guān)系術(shù)語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。
在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該規(guī)格書中使用時，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項目的任何及所有組合。
這里參考作為本發(fā)明的理想實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的橫截面圖來描述發(fā)明的實施例。這樣，可以預(yù)期由于例如制造技術(shù)和/或容差導(dǎo)致的從所示形狀的變化。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)當(dāng)局限于在此所示的區(qū)的特定形狀，而是包括由于例如制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入?yún)^(qū)在其邊緣通常具有圓的或彎曲特征和/或注入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元改變。同樣，通過注入形成的埋藏區(qū)可導(dǎo)致該埋藏區(qū)和注入進行時所經(jīng)過的表面之間的區(qū)中的一些一些注入。因此，圖中顯示的區(qū)實質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不意圖顯示器件的區(qū)的實際形狀并且不意圖限定本發(fā)明的范圍。
除非另外定義，在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的相同的含義。還將理解，諸如普通使用的字典中所定義的術(shù)語應(yīng)當(dāng)理解為具有與它們在相關(guān)領(lǐng)域和/或本規(guī)格書的環(huán)境中的含義一致的含義，而不能在理想的或過度正式的意義上解釋，除非這里明示地這樣定義。
圖3是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的LDMOS晶體管的橫截面圖。LDMOS晶體管可形成在單晶襯底或絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底上。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例LDMOS晶體管形成在SOI襯底上。
現(xiàn)參考圖3，LDMOS晶體管包括第二導(dǎo)電類型(例如P型)的半導(dǎo)體襯底301。另外，埋藏絕緣層303例如埋藏氧化物層設(shè)置在半導(dǎo)體襯底301的表面上。第一導(dǎo)電類型(例如N型)的漂移區(qū)305設(shè)置在埋藏絕緣層303的上表面上。例如，漂移區(qū)305可被注入以磷離子。第一導(dǎo)電類型的后退區(qū)(retrograde region)321形成在漂移區(qū)305中，漏區(qū)309設(shè)置在漂移區(qū)305的表面部分。后退區(qū)321可具有比漂移區(qū)305的鄰近襯底301表面的部分的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)濃度。鄰近漂移區(qū)305設(shè)置第二導(dǎo)電類型的體區(qū)307從而提供接觸面/區(qū)。在體區(qū)307中設(shè)置N+源區(qū)313，并在體區(qū)307中鄰近N+源區(qū)313設(shè)置P+源接觸區(qū)311。半導(dǎo)體襯底301上還設(shè)置柵電極315，在柵電極315和體區(qū)307之間包括柵絕緣層317。
在體區(qū)307表面處且在源區(qū)313與當(dāng)合適的偏壓施加到柵電極309時體區(qū)307接觸漂移區(qū)305處的接觸面之間設(shè)置溝道區(qū)。此外，在漂移區(qū)305的漏區(qū)309與所述接觸平面之間的表面處，場絕緣層319例如場氧化物層可被設(shè)置來接觸漏區(qū)309的側(cè)壁。柵電極315可部分地覆蓋場絕緣層319。
圖4是曲線圖，示出了圖3中示出的LDMOS晶體管中的場絕緣層319和埋藏絕緣層303之間漂移區(qū)305的雜質(zhì)濃度分布?，F(xiàn)參考圖4，濃度密度從漂移區(qū)305的鄰近場絕緣層319(例如，場氧化物層)的表面逐漸下降，在后退區(qū)321附近的特定深度增加到峰值，并向埋藏絕緣層303(例如，埋藏氧化物層)再次下降。
后退區(qū)321可包括預(yù)定長度和/或被定位于例如距離漂移區(qū)305表面的預(yù)定深度處從而比漂移區(qū)305的表面處提供更低電阻的電流路徑。根據(jù)圖3所示的本發(fā)明的實施例，后退區(qū)321可相對于襯底301設(shè)置在漂移區(qū)305的位于漏區(qū)309之下和/或下面的部分中。另外，后退區(qū)321的一側(cè)可橫向延伸至對齊漏區(qū)309的邊緣。后退區(qū)321的另一側(cè)可設(shè)置在距離體區(qū)307的預(yù)定距離處。例如，漏區(qū)309大約0.5μm厚，后退區(qū)321的峰值濃度(即，最大雜質(zhì)濃度點)可形成在距離半導(dǎo)體襯底301上表面大約1-3μm的深度處。
在圖4所示的濃度分布中，由于N型雜質(zhì)離子例如磷離子可注入到半導(dǎo)體襯底301的表面中并然后擴散來形成漂移區(qū)305，所以漂移區(qū)305的雜質(zhì)濃度會從半導(dǎo)體襯底301表面朝向漂移區(qū)305的下部分降低。另外，后退區(qū)321可以以一注入能量被離子注入，該注入能量足以在距離半導(dǎo)體襯底301表面的一預(yù)定深度提供峰值雜質(zhì)濃度。在雜質(zhì)密度小于峰值處，后退區(qū)321的其它部分也可包括比半導(dǎo)體襯底301表面處的雜質(zhì)濃度大的雜質(zhì)濃度。
比較如圖3所示的本發(fā)明一些實施例與圖1所示的傳統(tǒng)N型漂移區(qū)的濃度分布剖面時，傳統(tǒng)器件中電流通常鄰近漂移區(qū)105表面從源區(qū)113流到漏區(qū)109，而圖3的器件中電流可從漂移區(qū)305的表面區(qū)流向距離漂移區(qū)305表面預(yù)定深度處的較高雜質(zhì)濃度的后退區(qū)321。這樣，施加在漏區(qū)309和漂移區(qū)305表面的結(jié)處的電場濃度會被分散到漏區(qū)309的其它部分。更具體地，由于根據(jù)本發(fā)明一些實施例的后退區(qū)321的影響，傳統(tǒng)器件中可能集中在漏區(qū)309的側(cè)壁的一個部分上的電場沿著漏區(qū)309的側(cè)壁和底部分布，由此可改善擊穿電壓特性。由于電流傾向于流經(jīng)低電阻區(qū)，例如后退區(qū)321，所以電場可被分散。
現(xiàn)將結(jié)合圖5到9描述制造根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的LDMOS晶體管的方法?，F(xiàn)參考圖5，絕緣體上硅(SOI)襯底包括三層結(jié)構(gòu)，其中半導(dǎo)體層305a由其中具有有源區(qū)的單晶硅層構(gòu)成。半導(dǎo)體層305a形成在埋藏絕緣層303的上表面上，該埋藏絕緣層303由例如埋藏氧化物(BOX)層構(gòu)成且設(shè)置在由例如硅構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底301上。半導(dǎo)體層305a為晶體管提供有源層。該有源層可以通過處理常見晶片而結(jié)合，或可以外延生長。也可使用其它的SOI技術(shù)。使用具有前述結(jié)構(gòu)的SOI襯底制造的器件特征在于低的襯底偏置效應(yīng)(biasing effect)和短溝道效應(yīng)控制。此外，SOI襯底提供隔離結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)塊硅器件(bulk silicon device)相比可以減小寄生電容(例如結(jié)電容和/或互聯(lián)電容)。在集成電路/器件中這些特性在獲得低功率損耗和高性能中是有效的。在圖5到9的實施例中有源層可外延生長。
參考圖6，在半導(dǎo)體層305a中注入雜質(zhì)離子來形成漂移區(qū)305和體區(qū)307。更具體地，N型雜質(zhì)離子例如磷離子可以大約2×1012離子/cm2的劑量注入到半導(dǎo)體層305a的上表面，并且可在預(yù)定的溫度執(zhí)行雜質(zhì)擴散一預(yù)定時間，例如在大約1100-1200℃進行約7-9小時，從而形成漂移區(qū)305?？赏ㄟ^擴散雜質(zhì)離子至到達埋藏絕緣層303的上表面來形成漂移區(qū)305，使得漂移區(qū)305從漂移區(qū)305的上表面延伸至埋藏絕緣層303的上表面。此外，可使用預(yù)定離子注入掩模(未示出)來以預(yù)定劑量選擇性注入P型雜質(zhì)離子例如硼(B)離子，從而形成與漂移區(qū)305具有接觸面/結(jié)的體區(qū)307。P型體區(qū)307可部分地充當(dāng)稍后將描述的LDMOS的溝道區(qū)。
參考圖7，在漂移區(qū)305的預(yù)定部分中形成后退區(qū)321。例如，可通過使用通過光刻形成的離子注入掩模(未示出)以大約5×1011到大約2×1012離子/cm2的劑量并以大約2000-7000KeV的注入能量注入磷離子來形成后退區(qū)321。例如在一些實施例中，離子注入能量可為大約4000到大約5000KeV，雜質(zhì)離子劑量可為大約在1×1012離子/cm2。使用雜質(zhì)濃度的峰值位置作為參考，后退區(qū)321可形成為具有大約1-3μm的深度。例如，后退區(qū)321可形成為具有在100V級LDMOS器件中的大約1-2μm的深度和/或在200V LDMOS器件中的大約2-3μm的深度。
后退區(qū)321可提供為在漂移區(qū)305中延伸。更具體地，后退區(qū)321可具有沿橫向以預(yù)定距離從P型體區(qū)307分開的一端，并可通過預(yù)定距離設(shè)置在場絕緣層319(其將形成在漂移區(qū)305的上表面中)的下部之下。此外，后退區(qū)301的另一端可延伸至對齊漏區(qū)309的邊緣。這樣，在垂直方向，后退區(qū)321可設(shè)置在漏區(qū)309的底部之下。
參考圖8，使用硅的局部氧化(LOCOS)技術(shù)形成場絕緣層319(例如，由場氧化物層構(gòu)成)。如圖8所示，場絕緣層319可形成在漂移區(qū)305的上表面中且在后退區(qū)321之上，并以預(yù)定的距離與體區(qū)307分開。
參考圖9，形成柵電極315。更具體地，柵絕緣材料例如氧化硅、及柵電極材料例如多晶硅可沉積在形成場絕緣層319的半導(dǎo)體襯底301的表面上，并可以使用光刻來形成包括柵絕緣層317和柵電極315的柵圖案。如圖9所示，柵電極315的第一端延伸到體區(qū)307的表面上，并且第二端可延伸到場絕緣層319上。
再次參考圖3，使用柵電極315和場絕緣層319作為離子注入掩模注入N+型雜質(zhì)離子到體區(qū)307和漂移區(qū)305的暴露部分中，從而形成源區(qū)313和漏區(qū)309至例如大約0.5μm的預(yù)定深度。通過鄰近源區(qū)313注入P+雜質(zhì)離子可形成源接觸區(qū)311。在柵電極315上施加合適的電壓時在源區(qū)313和漂移區(qū)305之間的體區(qū)307中可形成溝道區(qū)。
圖10是曲線圖，示出了關(guān)于在圖3中示出的根據(jù)本發(fā)明一些實施例的LDMOS晶體管和圖1中示出的傳統(tǒng)LDMOS晶體管的漏電壓Vd與漏電流Id之間的關(guān)系的特性。在圖10中，虛線表示傳統(tǒng)LDMOS晶體管的Vd-Id特性，實線表示根據(jù)本發(fā)明一些實施例的LDMOS晶體管的Vd-Id特性。該結(jié)果在2V、3V、4V和5V的柵電壓獲得。
如圖10中所示，傳統(tǒng)LDMOS晶體管和本發(fā)明一些實施例的LDMOS晶體管的擊穿電壓BV都是200V。但是，在傳統(tǒng)LDMOS晶體管中，當(dāng)柵電壓高于約2V時導(dǎo)通擊穿電壓(on-breakdown voltageon-BV)小于約180V，當(dāng)柵電壓達到約5V時導(dǎo)通擊穿電壓下降到大約135V。根據(jù)本發(fā)明一些實施例，直到柵電壓接近約4V以前導(dǎo)通擊穿電壓不會下降，但是當(dāng)柵電壓為約5V時下降到約170V，其顯著高于傳統(tǒng)技術(shù)的導(dǎo)通擊穿電壓(135V)。此外，當(dāng)柵電壓為約5V時根據(jù)本發(fā)明一些實施例的LDMOS晶體管的飽和電流大于傳統(tǒng)LDMOS晶體管。
因此，根據(jù)本發(fā)明一些實施例，在LDMOS晶體管漂移區(qū)的表面處的電流路徑可因為在漂移區(qū)中形成的高雜質(zhì)密度后退區(qū)而被分散。這樣，源區(qū)和漏區(qū)之間的電流路徑可從鄰近柵電極的漂移區(qū)的表面轉(zhuǎn)移。因此，LDMOS晶體管的電流特性和/或擊穿電壓特性可加強，并且可改善LDMOS晶體管的SOA特性而不增加漂移區(qū)長度。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參考其示例性實施例被具體顯示和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離通過權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，其中可進行各種形式和細節(jié)上的改變。
該申請要求2005年10月25日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的申請?zhí)枮?0-2005-0100892的韓國專利的優(yōu)先權(quán)，其公開在此被整體引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，包括半導(dǎo)體襯底，包括鄰近所述襯底的表面的源區(qū)和漏區(qū)、以及所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)具有使得所述漂移區(qū)的峰值雜質(zhì)濃度從所述襯底的所述表面轉(zhuǎn)移的雜質(zhì)濃度分布。
2.如權(quán)利要求1的晶體管，其中所述漂移區(qū)包括位于所述襯底的所述表面下面并與之分開預(yù)定距離的后退區(qū)，其中在所述后退區(qū)的部分中提供所述漂移區(qū)的所述峰值雜質(zhì)濃度。
3.如權(quán)利要求2的晶體管，其中所述漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度在所述漂移區(qū)的鄰近所述襯底的所述表面的部分和所述后退區(qū)之間下降。
4.如權(quán)利要求2的晶體管，其中所述漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度在所述后退區(qū)和所述襯底的與所述源區(qū)和所述漏區(qū)相對的表面之間下降。
5.如權(quán)利要求2的晶體管，其中所述后退區(qū)的具有所述峰值雜質(zhì)濃度的所述部分從所述襯底的所述表面位移大約1微米(μm)到大約3微米(μm)的距離。
6.如權(quán)利要求2的晶體管，其中所述后退區(qū)在所述襯底的所述表面下方的所述預(yù)定距離處且在所述漏區(qū)之下橫向延伸。
7.如權(quán)利要求6的晶體管，其中所述后退區(qū)的一邊緣與所述漏區(qū)的邊緣對齊。
8.如權(quán)利要求2的晶體管，其中所述半導(dǎo)體襯底在所述漂移區(qū)和所述源區(qū)之間鄰近所述襯底的所述表面還包括體區(qū)，其中所述后退區(qū)與所述體區(qū)間隔開。
9.如權(quán)利要求8的晶體管，其中所述源區(qū)、所述漏區(qū)和所述漂移區(qū)包括第一導(dǎo)電類型，并且其中所述體區(qū)包括第二導(dǎo)電類型。
10.如權(quán)利要求2的晶體管，還包括所述襯底的所述表面上的場絕緣層，鄰近所述漂移區(qū)且在所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間，其中所述后退區(qū)在所述襯底的所述表面下面的所述預(yù)定距離處且在所述漏區(qū)和所述場絕緣層之下橫向延伸。
11.如權(quán)利要求1的晶體管，還包括所述襯底的所述表面上的柵絕緣層，鄰近所述漂移區(qū)并在所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間；及所述柵絕緣層上的柵電極。
12.如權(quán)利要求1的晶體管，其中所述襯底是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底，其包括鄰近所述襯底的與所述源區(qū)和所述漏區(qū)相對的表面的埋藏氧化物層。
13.一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，包括半導(dǎo)體襯底；鄰近所述襯底的表面的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；鄰近所述襯底的所述表面的所述第一導(dǎo)電類型的漏區(qū)；在所述襯底中所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間的所述第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)中包括在所述襯底的所述表面下面的后退區(qū)，所述后退區(qū)具有比鄰近所述襯底的所述表面的所述漂移區(qū)的部分雜質(zhì)濃度大的雜質(zhì)濃度；所述襯底中鄰近所述襯底的所述表面的第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，位于所述漂移區(qū)和所述源區(qū)之間且配置為在所述源區(qū)和所述漂移區(qū)之間提供溝道區(qū)；及所述溝道區(qū)上的柵電極。
14.一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，包括半導(dǎo)體襯底，包括鄰近所述襯底的表面的源區(qū)和漏區(qū)以及所述源區(qū)與所述漏區(qū)之間的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)包括在所述襯底的所述表面下面的后退區(qū)并具有一雜質(zhì)濃度分布使得所述后退區(qū)的雜質(zhì)濃度相對所述漂移區(qū)的鄰近部分的雜質(zhì)濃度增加。
15.一種形成金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底中鄰近其表面形成源區(qū)和漏區(qū)；及在所述半導(dǎo)體襯底中形成漂移區(qū)，其具有一雜質(zhì)濃度分布使得所述漂移區(qū)的峰值雜質(zhì)濃度從所述襯底的所述表面轉(zhuǎn)移。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中形成所述漂移區(qū)包括在所述襯底的所述表面下面并與其以預(yù)定距離分開地形成后退區(qū)，其中所述后退區(qū)具有比所述漂移區(qū)的鄰近所述襯底的所述表面的部分的雜質(zhì)濃度大的雜質(zhì)濃度，且其中所述漂移區(qū)的所述峰值雜質(zhì)濃度提供在所述后退區(qū)的部分中。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中所述漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度在所述漂移區(qū)的鄰近所述襯底的所述表面的部分與所述后退區(qū)之間下降。
18.如權(quán)利要求16的方法，其中所述漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度在所述后退區(qū)和所述襯底的與所述源和漏區(qū)相對的表面之間下降。
19.如權(quán)利要求16的方法，其中形成所述后退區(qū)包括形成所述后退區(qū)使得所述后退區(qū)的具有所述峰值雜質(zhì)濃度的部分從所述襯底的所述表面位移大約1微米(μm)到大約3微米(μm)的距離。
20.如權(quán)利要求16的方法，其中形成所述后退區(qū)包括形成所述后退區(qū)從而在所述襯底的所述表面下面的所述預(yù)定距離處且在所述漏區(qū)之下橫向延伸。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中形成所述后退區(qū)還包括形成所述后退區(qū)使得所述后退區(qū)的一邊緣與所述漏區(qū)的邊緣對齊。
22.如權(quán)利要求16的方法，還包括鄰近所述漂移區(qū)且在所述源區(qū)與所述漏區(qū)之間在所述襯底的所述表面上形成場絕緣層，其中所述后退區(qū)在所述襯底的所述表面下面的預(yù)定距離處且在所述漏區(qū)與所述場絕緣層之下橫向延伸。
23.如權(quán)利要求16的方法，還包括鄰近所述漂移區(qū)且鄰近所述襯底的所述表面形成體區(qū)，其中形成所述后退區(qū)包括形成與所述體區(qū)分開的所述后退區(qū)。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中所述漂移區(qū)包括第一導(dǎo)電類型，且其中形成所述體區(qū)包括注入第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子到所述襯底中。
25.如權(quán)利要求15的方法，其中形成所述漂移區(qū)包括以第一注入能量注入第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子到所述襯底中從而提供初始雜質(zhì)濃度分布；及以比所述第一注入能量大的第二注入能量注入所述第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子到所述襯底從而提供具有從所述襯底的所述表面轉(zhuǎn)移的所述峰值雜質(zhì)濃度的所述雜質(zhì)濃度分布。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中所述初始雜質(zhì)濃度分布鄰近所述襯底的所述表面具有峰值雜質(zhì)濃度。
27.如權(quán)利要求25的方法，其中以所述第二注入能量注入所述雜質(zhì)離子包括使用大約2000keV到大約7000keV的注入能量注入所述雜質(zhì)離子。
28.如權(quán)利要求25的方法，其中以所述第二注入能量注入所述雜質(zhì)離子包括以約5×1011離子/cm2到大約2×1012離子/cm2的劑量注入所述雜質(zhì)離子。
29.如利要求15的方法，還包括在所述襯底的所述表面上鄰近所述漂移區(qū)且在所述源區(qū)與所述漏區(qū)之間形成柵絕緣層；及在所述柵絕緣層上形成柵電極。
30.如利要求15的方法，還包括形成埋藏絕緣層；及在所述埋藏絕緣層上形成所述半導(dǎo)體襯底從而定義絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括半導(dǎo)體襯底的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，所述襯底包括鄰近襯底表面的源區(qū)和漏區(qū)以及源區(qū)和漏區(qū)之間的漂移區(qū)。所述漂移區(qū)具有一雜質(zhì)濃度分布使得所述漂移區(qū)的峰值雜質(zhì)濃度從襯底表面轉(zhuǎn)移。漂移區(qū)的峰值雜質(zhì)濃度可提供在漂移區(qū)中的后退區(qū)中，該后退區(qū)在襯底表面下面且通過預(yù)定的距離與之分開。還討論了相關(guān)制造方法。
文檔編號H01L21/336GK1983632SQ200610063940
公開日2007年6月20日 申請日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月25日
發(fā)明者李孟烈 申請人:三星電子株式會社