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高壓晶體管的制作方法與工藝

文檔序號:11990761閱讀:371來源:國知局
高壓晶體管的制作方法與工藝
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域,特別涉及一種高壓晶體管。

背景技術:
在高壓晶體管(HighVoltageMOSFET)器件的應用中,源漏擊穿電壓(BVDS)是最重要的參數(shù)之一。源漏擊穿電壓越高,高壓晶體管的性能越好。并且,需要保證高壓晶體管在開啟狀態(tài)下具有合適的飽和電流(Idsat)的同時,盡量降低截止電流(Ioff)。此外,由于高壓晶體管器件在使用過程中會形成非常高的電場,因此,除了源漏擊穿電壓之外,熱載流子注入效應也是必須要考慮的。圖1為現(xiàn)有的高壓晶體管的截面圖。如圖1所示,在襯底100中形成有相互接觸的第一阱區(qū)101A和第二阱區(qū)101B,即第一阱區(qū)101A和第二阱區(qū)101B的相鄰的邊界相互搭接。源極102A和漏極102B分別形成在第一阱區(qū)101A和第二阱區(qū)101B內。以N型高壓晶體管為例,第一阱區(qū)101A的導電類型可以為P型,第二阱區(qū)101B的導電類型可以為N型,源極102A和漏極102B均可以為N型。在襯底100的表面上、源極102A和漏極102B之間還形成有柵極103。為了增大高壓晶體管的源漏擊穿電壓,目前通常采用的方法是增大溝道區(qū)域(即第一阱區(qū)101A)的摻雜濃度,以增大閾值電壓(Vthi)。這樣雖然可以增大源漏擊穿電壓,但是卻犧牲了高壓晶體管的飽和電流,進而導致較高的PN結漏電流和更大的PN結寄生電容。此外,采用增大溝道區(qū)域的摻雜濃度的方法會增大溝道區(qū)域的電場強度,進一步惡化熱載流子注入效應。因此,需要一種高壓晶體管,以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。

技術實現(xiàn)要素:
在發(fā)明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念,這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征,更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題,本發(fā)明提出了一種高壓晶體管,包括:襯底;在所述襯底中形成的第一阱區(qū)和第二阱區(qū),所述第一阱區(qū)具有第一摻雜類型,所述第二阱區(qū)具有與所述第一摻雜類型相對的第二摻雜類型;位于所述第一阱區(qū)中的源極和位于所述第二阱區(qū)中的漏極;以及在所述襯底上位于所述源極和所述漏極之間的柵極,其中,所述第一阱區(qū)和所述第二阱區(qū)間隔預定距離,以形成緩沖溝道,其中所述緩沖溝道位于所述柵極的下方。優(yōu)選地,所述高壓晶體管與傳統(tǒng)的高壓晶體管的尺寸相同。優(yōu)選地,所述緩沖溝道是在保證所述高壓晶體管的尺寸不增大的前提下使所述第一阱區(qū)和所述第二阱區(qū)的寬度分別縮小所述預定距離的二分之一得到的。優(yōu)選地,所述預定距離為20-100nm。優(yōu)選地,所述柵極和所述漏極之間形成有隔離結構。優(yōu)選地,所述隔離結構為淺溝槽隔離結構。優(yōu)選地,所述源極和所述柵極之間形成有輕摻雜區(qū)。優(yōu)選地,所述輕摻雜區(qū)具有所述第二摻雜類型優(yōu)選地,所述源極和所述漏極具有所述第二摻雜類型。優(yōu)選地,所述高壓晶體管為橫向擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管。本發(fā)明提供的高壓晶體管通過設置緩沖溝道不但能夠降低第一阱區(qū)和第二阱區(qū)交界處的PN結漏電流,減小結電容,增大源漏擊穿電壓,還能夠改善熱載流子注入現(xiàn)象。附圖說明本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述,用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中,圖1為現(xiàn)有的高壓晶體管的截面圖;圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高壓晶體管的截面圖;圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高壓晶體管的阱區(qū)和有源區(qū)的俯視圖;圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式制作的高壓晶體管與現(xiàn)有的高壓晶體管的擊穿電壓測量值的對比圖;圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式制作的高壓晶體管與現(xiàn)有的高壓晶體管的漏電流測量值的對比圖;圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式制作的高壓晶體管與現(xiàn)有的高壓晶體管的飽和電流測量值的對比圖。具體實施方式接下來,將結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,而不應當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域技術人員。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。應當明白,當元件或層被稱為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或層時,其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層,或者可以存在居間的元件或層。相反,當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或層時,則不存在居間的元件或層。本發(fā)明提供一種高壓晶體管,其具有較高的源漏擊穿電壓,同時不會犧牲飽和電流且不增大截止電流。其中,高壓晶體管包括橫向擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高壓晶體管的截面圖。如圖2所示,高壓晶體管包括襯底200。作為示例,襯底200可以是以下所提到的材料中的至少一種:硅、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。此外,半導體襯底200上可以被定義有源區(qū)。為了簡化,此處僅以一空白來表示半導體襯底200。在襯底200中形成的第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B。第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B水平地形成在襯底200的表面以下。其中,第一阱區(qū)201A具有第一摻雜類型(N型或P型),第二阱區(qū)201B具有與第一摻雜類型相對的第二摻雜類型(P型或N型)。作為示例,當?shù)谝粨诫s類型為N型時,第二摻雜類型為P型;反之,當?shù)谝粨诫s類型為P型時,第二摻雜類型為N型。第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B相互間隔預定距離,以形成緩沖溝道206。作為示例,緩沖溝道206的區(qū)域內可以未執(zhí)行摻雜工藝,其直接是由襯底200所形成的。考慮到形成第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B時光刻工藝的對準誤差以及阱區(qū)之間注入離子的相擴散,優(yōu)選地,預定距離可以為20-100nm。在第一阱區(qū)201A內形成有源極202A,且在第二阱區(qū)201B內形成有漏極202B。作為示例,第一阱區(qū)201A具有第一摻雜類型,且第二阱區(qū)201B具有與第一摻雜類型相對的第二摻雜類型時,源極202A和漏極202B具有第二摻雜類型。也即,源極202A形成在與其具有相對的導電類型的阱區(qū)中,而漏極202B形成在與其具有相同的導電類型的阱區(qū)中。本領域的技術人員可以理解的是,上述的第一阱區(qū)201A、第二阱區(qū)201B、源極202A和漏極202B均可以是采用形成暴露待摻雜區(qū)的掩膜層,然后執(zhí)行離子注入工藝形成的。在襯底200上還形成有柵極203,且位于源極202A和漏極202B之間。作為示例,柵極203可以包括柵氧化物層和柵極材料層,其中,柵氧化物層可以是由氧化硅形成的,而柵極材料層可以是由多晶硅形成的??梢岳斫獾氖?,圖2中示出的柵極203的形狀以及這里所描述的柵極203的結構僅為示范性的,本領域的技術人員可以根據(jù)需要對柵極203的形狀和結構進行改變或變型,本發(fā)明意欲包含這些改變或變型的柵極。緩沖溝道206位于柵極203的下方,其中柵極203的下方是指從柵極203上方正投影所覆蓋的柵極下方的區(qū)域。雖然第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B相互間隔預定距離來形成有緩沖溝道206,然而在后續(xù)退火過程中,第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B內分別摻雜的具有相對導電類型的摻雜劑將分別向緩沖溝道206內擴散,這樣在第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B之間形成的結處的摻雜劑量的分布梯度會比較緩和,因此,使得該高壓晶體管具有較小的結漏電、較低的結電容和更大的源漏擊穿電壓。此外,由于緩沖溝道206的存在,導致第二阱區(qū)201B和緩沖溝道206與柵極203之間的重疊區(qū)域增大,因此會減小電場強度,進而改善熱載流子注入現(xiàn)象。此外,為了進一步地提高源漏擊穿電壓,在柵極203和漏極202B之間形成有隔離結構204。隔離結構204可以為淺溝槽隔離(STI)結構、局部氧化硅(LOCOS)隔離結構或場氧化物(FOX)隔離結構等。優(yōu)選地,隔離結構204為淺溝槽隔離結構,以提高半導體器件的密度,改善表面平坦度。作為示例,在源極202A和柵極203之間形成有輕摻雜區(qū)205,以降低串聯(lián)電阻。其中,輕摻雜區(qū)205可以具有與源極202A相同的導電類型。為了使本發(fā)明提供的高壓晶體管不影響半導體器件的密度,優(yōu)選地,高壓晶體管與傳統(tǒng)的高壓晶體管的尺寸相同,即該高壓晶體管在襯底中所占用的面積不大于傳統(tǒng)高壓晶體管在襯底中所占用的面積。根據(jù)本發(fā)明一個實施方式,可以使第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B的寬度分別縮小預定距離的二分之一,以獲得緩沖溝道206,如圖3所示。有源區(qū)220用于形成柵極(未示出)等。線A-A為傳統(tǒng)的高壓晶體管中第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的邊界。本發(fā)明可以在保證高壓晶體管的尺寸不增大的前提下分別使第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B的寬度縮小預定距離的二分之一,以獲得緩沖溝道206。當然,在不改變高壓晶體管的尺寸的前提下,本領域的技術人員也可以采用其它方法來布置緩沖溝道206,例如緩沖溝道206可以是通過使第一阱區(qū)201A縮短預定距離的五分之二,第二阱區(qū)201B縮短預定距離的五分之三得到的,或者只在第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B其中之一縮短預定距離,只要能夠使第一阱區(qū)201A和第二阱區(qū)201B間隔開預定距離,以增大源漏擊穿電壓即可。提供多個根據(jù)本發(fā)明的具有緩沖溝道的高壓晶體管,這些高壓晶體管具有相同的結構,同時還提供相同數(shù)目的現(xiàn)有的高壓晶體管,然后分別對這兩組晶體管進行電學性能測試,包括擊穿電壓測試、漏電流測試和飽和電流測試。圖4為兩組高壓晶體管的擊穿電壓測量值的對比圖,從圖4中可以看出,雖然每組高壓晶體管的擊穿電壓存在波動,但整體上本發(fā)明提供的高壓晶體管具有更高的擊穿電壓,因此耐壓性更高、使用范圍更廣、性能更穩(wěn)定。圖5為兩組高壓晶體管的漏電流測量值的對比圖,從圖5中可以看出,雖然每組高壓晶體管的漏電流存在波動,但整體上本發(fā)明提供的高壓晶體管具有更低的漏電流,也即功耗更低。圖6為兩組高壓晶體管的飽和電流測量值的對比圖,從圖6中可以看出,雖然每組高壓晶體管的飽和電流存在波動,但整體上本發(fā)明提供的高壓晶體管不損失飽和電流,甚至相比現(xiàn)有晶體管飽和電流略為增大。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明,但應當理解的是,上述實施例只是用于舉例和說明的目的,而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是,本發(fā)明并不局限于上述實施例,根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改,這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
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