專利名稱：高壓半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種能 夠防止由高壓產(chǎn)生的襯底電流的高壓半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，在高壓半導(dǎo)體器件中，隨柵極電壓的增加，擊穿電壓將降低。從而， 為了給柵極提供高電壓，需要具有高擊穿電壓的半導(dǎo)體器件。通常，應(yīng)用雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(DMOS)結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)漂移區(qū)域是 由在漏極和源極擴(kuò)散區(qū)之間延伸的狹長橫向路徑形成。漂移區(qū)域?qū)碜杂蓶艠O 控制的溝道區(qū)域的高電壓降低至大約20V，其施加在漏極和源極之間。理想情 況下，漂移區(qū)域應(yīng)該是較長的并且濃度較低，從而可以最大化晶體管的電壓容 量。然而，應(yīng)用該漂移區(qū)域的一個(gè)困難是當(dāng)導(dǎo)通晶體管時(shí)，漂移區(qū)域促使各元 件具有相對較高的電阻。另外，使用漂移區(qū)域增加器件的尺寸同時(shí)降低每單元 寬度的電流。圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)的高壓晶體管的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，而圖2為示出 現(xiàn)有技術(shù)的高壓晶體管的問題的示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的NMOS半 導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底10、高壓P型阱區(qū)(HPWELL)12、柵極16、 N型 漂移區(qū)14，以及源極/漏極區(qū)域18。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底10是P型或 N型襯底，并且高壓P型阱區(qū)(HPWELL)12形成于半導(dǎo)體襯底10中。柵極16形成于半導(dǎo)體襯底10上并包括柵氧化薄膜16a、柵16b，以及 間隔墊16c。N型漂移區(qū)14形成于間隔墊16c下的半導(dǎo)體襯底10的有源區(qū)中。 源極/漏極區(qū)域18包括形成于N型漂移區(qū)14中的N"源極區(qū)18a和N+漏極區(qū) 18b?，F(xiàn)有技術(shù)的NMOS半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)為柵多晶和漂移結(jié)不交迭。
由于在測量器件的漏極電壓-電流特性曲線(Vd-Id曲線)時(shí)半導(dǎo)體器件耐受 高至10V的電壓，所以現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)電壓的極限為7V。相反，現(xiàn)有技術(shù)的高壓晶體管具有較低的操作耐電壓，其為當(dāng)導(dǎo)通晶體管 時(shí)，漏極必須耐受的電壓量。在柵極-源極電壓VgS較低而且漏極-源極電壓Vds較高的情況下，電場會聚在漏極邊緣上的襯底表面上。隨后，當(dāng)晶體管的溝道電流通路接觸電場會聚的部分時(shí)，會發(fā)生稱為碰撞電離的現(xiàn)象。由于碰撞電離現(xiàn)象，將產(chǎn)生稱做Isub的大襯底電流，并因此降低了器件的操作耐電壓。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明涉及一種高壓半導(dǎo)體器件及其制造方法，其基本避免現(xiàn)有技 術(shù)的一個(gè)或多個(gè)問題、局限或缺點(diǎn)。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有能夠改善襯底電流特性的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的高壓 半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供能夠降低襯底電流從而改善操作耐電 壓的高壓半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目的和特征部分將在下述說明書中得到闡明，并且部 分對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在研究說明書時(shí)將變得顯而易見或通過實(shí)施本 發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的及其它優(yōu)點(diǎn)可由在書面的說明書和權(quán)利要求書以及 附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)和獲得。為了達(dá)到這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)并依照本發(fā)明的目的，本發(fā)明一個(gè)方案是高壓半導(dǎo)體器件，其包括阱，其形成于半導(dǎo)體襯底的表面中； 一組漂移區(qū)，其通過將離子注入并擴(kuò)散進(jìn)阱中而在半導(dǎo)體襯底的表面下方形成；源極區(qū)域和漏極區(qū)域，其通過將離子注入漂移區(qū)域在半導(dǎo)體襯底表面下形成；以及柵極，其形成于半導(dǎo)體襯底表面上以與至少一個(gè)漂移區(qū)域的部分相交迭。本發(fā)明另一方案是一種制造高壓半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括在半導(dǎo)體襯底中形成阱，在部分半導(dǎo)體襯底中形成器件隔離薄膜，在半導(dǎo)體襯底的表面下方形成一組漂移區(qū)，在半導(dǎo)體襯底表面上形成柵極使得柵極與至少一個(gè)漂移區(qū)的部分相重疊，以及在半導(dǎo)體襯底的表面下在柵極的相對側(cè)上的漂移區(qū)中形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域。應(yīng)該理解，本發(fā)明的上述的一般性描述和以下的詳細(xì)描述為示例性的并用于對在權(quán)利要求中所要求的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。


附圖提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其包含在說明書中并構(gòu)成說明書的一部 分。附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施方式并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。 在附圖中圖1為示出了在現(xiàn)有技術(shù)中己知的高壓晶體管的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖； 圖2為解釋現(xiàn)有技術(shù)中已知的高壓晶體管的問題的示意圖； 圖3A至3F為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式形成高壓晶體管的方法的橫截面 視圖；圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的高壓晶體管的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖5為示出本發(fā)明的高壓晶體管的優(yōu)點(diǎn)的示意圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參照附圖描述一種高壓半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將通過下面的詳細(xì)描述和附圖變得更加顯 而易見。將參照附圖描述本發(fā)明各實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)和實(shí)施。圖中所示和描述的 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和實(shí)施構(gòu)成了本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式，并不是限制修改的權(quán) 利要求的精神和范圍。本發(fā)明的高壓半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法的描述將集中在高壓晶體管上進(jìn) 行描述，然而，本發(fā)明不限于晶體管。圖3A至3F為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式形成高壓晶體管的方法的橫 截面視圖。此外，圖3F為示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方案的高壓晶體管的結(jié)構(gòu) 橫截面視圖，以及圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的高壓晶體管的結(jié) 構(gòu)的橫截面視圖。如圖3F和圖4所示，本發(fā)明的高壓晶體管包括P型阱22，其通過將低 濃度P型摻雜劑注入到包括高壓晶體管形成區(qū)域和低壓晶體管形成區(qū)域的半 導(dǎo)體襯底20的表面中形成。高壓晶體管進(jìn)一步包括形成于半導(dǎo)體襯底上的 器件隔離薄膜24，其通過器件隔離工藝形成，以便隔離例如晶體管部件的元 件。在該實(shí)施例中，低壓晶體管形成區(qū)域并沒有示出，并且將省略其描述。通過將N型摻雜劑擴(kuò)散入阱22中，N型漂移區(qū)30形成于P型阱22中。
在該實(shí)施例中，根據(jù)后來柵極如何形成，N型漂移區(qū)30將重疊鄰近半導(dǎo)體襯底20的源極區(qū)域或漏極區(qū)域的部分溝道區(qū)域A。因此，其中漂移區(qū)域30不與 柵極的部分相交迭的結(jié)構(gòu)如圖3f所示，以及其中漂移區(qū)30與柵極的部分相交 迭的結(jié)構(gòu)如圖4所示。柵極32通過相繼在半導(dǎo)體襯底20上碾壓柵氧化薄膜32a和柵32b形成。 柵極32具有間隔墊32c。隨后，源極區(qū)域和漏極區(qū)域36通過將高濃度N型摻 雜劑注入到暴露的半導(dǎo)體襯底20的表面中而在N型漂移區(qū)30中形成?，F(xiàn)在將描述用于形成具有前面描述的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的半導(dǎo)體晶體管的工 藝。首先，如圖3A所示，將低濃度P型摻雜劑離子注入(ion-implant)到襯 底20的表面中并注入到高壓晶體管形成區(qū)域和低壓晶體管形成區(qū)域中以形成 P型阱22。隨后，執(zhí)行普通器件隔離工藝以形成用于隔離隨后形成于襯底20上的晶 體管元件的器件隔離薄膜24。這里，器件隔離薄膜24優(yōu)選情況下是應(yīng)用淺槽 隔離(STI)工藝形成。在該實(shí)施例中，未示出低壓晶體管形成區(qū)域。其后，如圖3B所示，離子注入掩模圖案26在器件隔離薄膜24上形成以 便產(chǎn)生高擊穿電壓。離子注入掩模圖案26也在高壓晶體管區(qū)的柵極將形成的 溝道區(qū)域A中形成。隨后，應(yīng)用形成于暴露的襯底20表面上的離子注入掩模圖案26，將N型 摻雜劑選擇性離子注入到暴露襯底20的表面中。利用離子注入掩模圖案26 作為掩模，N型摻雜層28在離子注入工藝中形成于暴露襯底20的表面下。隨 后，如圖3C所示，去除離子注入掩模圖案26并在1000°C和1200°C之間的 溫度下對具有N型摻雜層28的襯底20進(jìn)行退火。從而，N型摻雜劑將擴(kuò)散 進(jìn)襯底20中以形成N型漂移區(qū)30。根據(jù)本發(fā)明的離子注入掩模圖案26將形成以便遮蔽整個(gè)溝道區(qū)域A或暴 露部分溝道區(qū)域A。在一個(gè)實(shí)施方式中，離子注入掩模圖案26將形成以便暴 露鄰近源極區(qū)域的溝道區(qū)域A的部分，而在另一實(shí)施方式中，形成離子注入 掩模圖案以暴露鄰近漏極區(qū)域的溝道區(qū)域A。從而，當(dāng)隨后形成柵極時(shí)，N型 漂移區(qū)30將重疊溝道區(qū)域A的部分。如圖3D所示，隨后柵氧化薄膜和多晶硅層在包括N型漂移區(qū)30的半導(dǎo) 體襯底20的整個(gè)表面上形成。柵氧化薄膜和多晶硅層每個(gè)都具有適于供應(yīng)到
高壓器件的柵極的電壓的厚度。其后，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝和蝕刻工藝以選擇性地從將形成柵極的區(qū)域以外的表面去除多晶硅層和柵氧化薄膜。從而，柵極32通過相繼碾壓柵氧化膜32a 而形成柵32b來形成?？蛇x地，用于形成柵極的掩模圖案形成以與溝道區(qū)域A的尺寸匹配，或 與在溝道區(qū)域A的至少一側(cè)上的N型漂移區(qū)30的部分相重疊。在任一種情況 下，N型漂移區(qū)30將與溝道區(qū)域A的部分相重疊。在本發(fā)明中，將調(diào)整用于形成柵極的掩模圖案的寬度。從而，N型漂移區(qū) 域30與柵極相重疊的程度可通過調(diào)整離子注入掩模圖案26的寬度來調(diào)整。在柵極32形成以后，如圖3E所示，間隔墊32c通過在襯底20的整個(gè)表 面上沉積氧化膜而形成于柵極32的兩側(cè)壁上，以覆蓋柵極32。隨后，間隔墊 32c通過執(zhí)行回蝕工藝形成，以暴露柵32b。隨后，形成光刻膠圖案34，以便覆蓋柵極32和間隔墊32c。在該實(shí)施例 中，作為離子注入掩模的光刻膠圖案34用于形成源極和漏極區(qū)36。隨后，將 高濃度N型摻雜劑離子注入到被光刻膠圖案34暴露的襯底表面。利用這一工 藝，源極和漏極區(qū)域形成于N型漂移區(qū)30中。其后，如圖3F所示，執(zhí)行灰化/剝離工藝以去除用作離子注入掩模的光刻 膠圖案34。在本發(fā)明中，需要低摻雜的結(jié)以形成能夠在高壓下運(yùn)行的晶體管。從而， 在離子注入工藝之后執(zhí)行在高溫下擴(kuò)散摻雜離子的工藝。如前面論述的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，N型漂移區(qū)30在柵極32 下形成以便與溝道區(qū)域A的部分相重疊。因此，N型漂移區(qū)30在柵極32下 與柵氧化膜32a和柵32b的至少一側(cè)相重疊。另外，N型漂移區(qū)30將與柵極 32的間隔墊32c下的至少一個(gè)區(qū)域相重疊。因而，N型漂移區(qū)30將在半導(dǎo)體襯底20的表面下形成，以便與溝道區(qū)域 相重疊。因此，當(dāng)向晶體管提供高于柵極-源極電壓Vgs的漏極-源極電壓Vds 時(shí)，部分漏極區(qū)域的表面損耗，并防止流入晶體管的溝道電流與電場匯聚處的 漏極邊緣的表面部分接觸。由于溝道電流流入通過將低濃度摻雜劑離子注入到 耗盡層下的漏極層中形成的低濃度漏極層，所以襯底電流Isub減小，而且提 高了工作耐電壓。
圖5示出了測試本發(fā)明的高壓晶體管的特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖5所示，當(dāng)N型與柵極下的溝道區(qū)域的部分相重疊時(shí)，漏極-源極電壓Vds承受11.5V的電壓。因此，溝道電流在耗盡層下面遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底表面流動(dòng)，這意味著溝道 電流載子的表面散射降低。從而，改善了晶體管的驅(qū)動(dòng)特性?，F(xiàn)己參照說明書所述以及附圖中所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了根據(jù)本發(fā)明 的的高壓半導(dǎo)體器件及其制造方法。盡管應(yīng)用了特定的術(shù)語，這些術(shù)語是用于 簡化對本發(fā)明技術(shù)方案的解釋并促進(jìn)對本發(fā)明普遍常識的理解，并不意欲限定 和限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明的基本 屬性下可以對本發(fā)明做出各種變型。因此，本發(fā)明意圖覆蓋本發(fā)明的變型和修 改，只要它們落入所附權(quán)利要求及其等效物的范圍之內(nèi)。如上所述，由于N型漂移區(qū)的部分與柵極下面的溝道區(qū)域的部分相重疊， 所以襯底電流Isub降低并提高了工作耐電壓。從而，改善了晶體管的特性。
權(quán)利要求
1.一種高壓半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括阱，其形成于半導(dǎo)體襯底的表面中；一組漂移區(qū)，其通過將離子注入并擴(kuò)散入所述阱中而在所述半導(dǎo)體襯底的表面下面形成；源極區(qū)域和漏極區(qū)域，其通過將離子注入所述漂移區(qū)而在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面下面形成；以及柵極，其形成于所述半導(dǎo)體襯底的表面上，從而與一個(gè)漂移區(qū)的部分相重疊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述阱為通過 將低濃度P型摻雜劑離子注入所述半導(dǎo)體襯底的表面中形成的P型阱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述漂移區(qū)為 通過將N型摻雜劑離子注入由掩模圖案暴露的所述阱的表面的上部部分中而 形成的N型漂移區(qū)，以在所述阱的上側(cè)形成摻雜層并擴(kuò)散所述摻雜層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述柵極包括 柵氧化薄膜和柵，其相繼碾壓在所述半導(dǎo)體襯底的表面上，及間隔墊，形成于 所述碾壓的柵氧化薄膜和柵極的兩側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓半導(dǎo)體器件，其特征在于，至少一個(gè)所述 間隔墊與一個(gè)漂移區(qū)的部分相重疊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述碾壓的柵 氧化薄膜和柵的至少一側(cè)與至少一個(gè)漂移區(qū)的部分相重疊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓半導(dǎo)體器件，其特征在于，至少一個(gè)漂移 區(qū)是形成于所述柵極下面，以延伸至位于所述柵極下面的所述襯底的部分溝道 區(qū)域中。
8. —種制造高壓半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述方法包括在半導(dǎo)體襯底中形成阱；在部分所述半導(dǎo)體襯底中形成器件隔離薄膜； 在所述半導(dǎo)體襯底的表面下面形成一組漂移區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底的表面上形成柵極以與部分至少一個(gè)漂移區(qū)相重疊；以及在所述半導(dǎo)體襯底的表面下面在所述柵極的相對側(cè)的漂移區(qū)內(nèi)形成源極 區(qū)域和漏極區(qū)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成至少一個(gè)漂移區(qū)以在所述源極區(qū)域?qū)⑿纬傻乃鰱艠O一側(cè)上延伸至將形成所述柵極的下方的所述 襯底部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成至少一個(gè)漂移區(qū)以在 所述漏極將形成的所述柵極一側(cè)上延伸至將形成所述柵極的下方的所述襯底 部分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成兩個(gè)漂移區(qū)以在將形 成的所述源極和漏極區(qū)域的所述柵極的相對側(cè)上延伸至將形成所述柵極的下 方的所述襯底部分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，形成于所述源極區(qū)域?qū)?形成的所述襯底上的所述漂移區(qū)進(jìn)一步延伸至所述柵極將形成的下方的所述 襯底部分中而不是形成于所述漏極區(qū)域?qū)⑿纬傻乃鲆r底上的所述漂移區(qū)部 分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，形成于所述漏極區(qū)域?qū)?形成的所述襯底上的所述漂移區(qū)進(jìn)一步延伸至所述柵極將形成處的下方的所 述襯底部分中而不是形成于源極區(qū)域?qū)⑿纬傻乃鲆r底上的所述漂移區(qū)部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述阱是通過將低濃度P 型摻雜劑離子注入所述半導(dǎo)體襯底的表面中形成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述形成漂移區(qū)包括 形成掩模圖案用于將離子注入所述阱；將N型摻雜劑注入由所述已形成的掩模圖案暴露的所述表面中以形成摻 雜層；以及將所述摻雜層擴(kuò)散至所述柵極將形成的下方的所述表面部分。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底在1000°C 和1200。C之間的溫度下退火以擴(kuò)散所述摻雜層。
17. —種制造用于高壓半導(dǎo)體器件的晶體管的方法，其特征在于，所述方 法包括在半導(dǎo)體襯底中形成阱；在部分所述半導(dǎo)體襯底中形成器件隔離薄膜；通過形成用于將離子注入所述阱的掩模圖案、將N型摻雜劑注入由所述 己形成的掩模圖案暴露的所述表面中以形成摻雜層，以及將所述摻雜層擴(kuò)散至 所述柵極將形成的下方的所述表面部分，在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面下方形 成一組漂移區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面上形成柵極以與所述柵極的相對側(cè)上的兩 個(gè)漂移區(qū)部分相重疊；以及在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面下方在所述柵極的一側(cè)上的-.個(gè)漂移區(qū)中 和在所述半導(dǎo)體襯底表面下方在所述柵極相對側(cè)上的漂移區(qū)中形成源極區(qū)域。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，形成于所述源極區(qū)域?qū)?形成的所述襯底上的所述漂移區(qū)進(jìn)一步延伸至所述柵極將形成的下方的所述 襯底部分中而不是形成于所述漏極區(qū)域?qū)⑿纬傻乃鲆r底上的所述漂移區(qū)部 分中。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，形成于所述漏極區(qū)域?qū)?形成的所述襯底上的所述漂移區(qū)進(jìn)一歩延伸至所述柵極將形成的下方的所述 襯底部分中而不是形成于源極區(qū)域?qū)⑿纬傻乃鲆r底上的所述漂移區(qū)域部分。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述阱通過將低濃度P 型摻雜劑離子注入所述半導(dǎo)體襯底的表面中形成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種能夠防止襯底電流形成的高壓半導(dǎo)體器件。制造高壓半導(dǎo)體器件的方法包括在半導(dǎo)體襯底中形成阱，在部分半導(dǎo)體襯底中形成器件隔離薄膜，在半導(dǎo)體襯底的表面下方形成一組漂移區(qū)，在半導(dǎo)體襯底的表面上形成柵極以與至少一個(gè)漂移區(qū)的部分相重疊，以及在形成于柵極對側(cè)上的半導(dǎo)體襯底漂移區(qū)的表面下方形成源極和漏極區(qū)域。有利地，半導(dǎo)體器件的襯底電流將并提高了操作耐電壓，改善了高壓晶體管的特性。
文檔編號H01L29/78GK101211980SQ20071030215
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者丁詳勛, 金知泓 申請人:東部高科股份有限公司