專利名稱：半導(dǎo)體晶體管器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及半導(dǎo)體晶體管器件和一種制造所述半導(dǎo)體晶體管器件的方法，更具體地講，涉及一種具有多摻雜的漂移區(qū)的橫向絕緣柵雙極過渡式(LIGBT)絕緣體上硅(SOI)晶體管器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖I是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體晶體管器件10的剖視圖。參照圖1，半導(dǎo)體晶體管器件10包括第一 N型雜質(zhì)區(qū)I、第二 N型雜質(zhì)區(qū)8、第三N型雜質(zhì)區(qū)6、第一 P型雜質(zhì)區(qū)5、第二 P型雜質(zhì)區(qū)7、第三P型雜質(zhì)區(qū)9、場氧化物結(jié)構(gòu)2、柵極絕緣體3和柵電極4。第一 N型雜質(zhì)區(qū)I、第二 N型雜質(zhì)區(qū)8和第三N型雜質(zhì)區(qū)6中的每個分別摻雜有相應(yīng)的N型摻雜劑。例如，相應(yīng)的N型摻雜劑可以是氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或鉍(Bi)。此外，第一 P型雜質(zhì)區(qū)5、第二 P型雜質(zhì)區(qū)7和第三P型雜質(zhì)區(qū)9中的每個分別摻雜有相應(yīng)的P型摻雜劑。例如，相應(yīng)的P型摻雜劑可以是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)或銦(In)。場氧化物結(jié)構(gòu)2形成在第一 N型雜質(zhì)區(qū)I的表面。柵極絕緣體3形成在第一 P型雜質(zhì)區(qū)5和第一 N型雜質(zhì)區(qū)I的暴露部分上。柵極絕緣體3形成為從場氧化物結(jié)構(gòu)2延伸到預(yù)定的距離。柵極絕緣體3可以由氧化硅組成。柵電極4形成在柵極絕緣體3和場氧化物結(jié)構(gòu)2上。例如，柵電極4由導(dǎo)電材料(比如，摻雜的多晶硅)組成。第一 P型雜質(zhì)區(qū)5形成在第一 N型雜質(zhì)區(qū)I的上部。柵極絕緣體3在具有第一 P型雜質(zhì)區(qū)5的半導(dǎo)體材料的表面處與第一 P型雜質(zhì)區(qū)5疊置。第三N型雜質(zhì)區(qū)6和第二 P型雜質(zhì)區(qū)7相互接觸，并形成在第一 P型雜質(zhì)區(qū)5的表面上。此外，柵極絕緣體3與第三N型雜質(zhì)區(qū)6的一部分疊置。這里，第三N型雜質(zhì)區(qū)6和第二 P型雜質(zhì)區(qū)7被第一 P型雜質(zhì)區(qū)5包圍。因此，第一 N型雜質(zhì)區(qū)I和第三N型雜質(zhì)區(qū)6被第一 P型雜質(zhì)區(qū)5水平地分離。第二 N型雜質(zhì)區(qū)8朝著第一 N型雜質(zhì)區(qū)I的上部形成，從而沿著與第三N型雜質(zhì)區(qū)6的方向相反的方向從場氧化物結(jié)構(gòu)2延伸。第三P型雜質(zhì)區(qū)9形成在第二 N型雜質(zhì)區(qū)8的表面上。具體地講，第三P型雜質(zhì)區(qū)9被第二 N型雜質(zhì)區(qū)8包圍。這里，第一 N型雜質(zhì)區(qū)I具有第一摻雜劑濃度，第二 N型雜質(zhì)區(qū)8具有第二摻雜劑濃度，其中，第二摻雜劑濃度基本高于第一摻雜劑濃度。對于圖I中的半導(dǎo)體晶體管器件10，第三N型雜質(zhì)區(qū)6和第二 P型雜質(zhì)區(qū)7形成源極，第三P型雜質(zhì)區(qū)9形成漏極。圖2是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體晶體管器件10中的柵極絕緣體3和場氧化物結(jié)構(gòu)2下方的N型摻雜劑的濃度的曲線圖。參照圖2，在場氧化物結(jié)構(gòu)2下方的第一 N型雜質(zhì)區(qū)I中的N型摻雜劑的濃度基本為常量。如圖3所示，申請人進行了仿真，該仿真示出了當(dāng)在半導(dǎo)體晶體管器件10的源極和漏極之間以及在其柵電極4和源極之間施加工作電壓時在其中產(chǎn)生了相對大量的空穴的圖I的剖視圖中的區(qū)域“A”。其內(nèi)產(chǎn)生有大量空穴的區(qū)域A設(shè)置在場氧化物結(jié)構(gòu)2的下方，申請人意識到，區(qū)域A是由場氧化物結(jié)構(gòu)2下方的濃度基本為常量的N型摻雜劑造成的。當(dāng)在源極和漏極之間以及在柵電極4和源極之間施加工作電壓時，在柵極絕緣體3下方產(chǎn)生的溝道內(nèi)流動的電流會在場氧化物結(jié)構(gòu)2的下方流動。這里,通過這些電子和原子之間的碰撞產(chǎn)生電子和空穴。由這些碰撞產(chǎn)生的空穴經(jīng)過第一 P型雜質(zhì)區(qū)5移動到第二P型雜質(zhì)區(qū)7，從而從第一 P型雜質(zhì)區(qū)5去除了空穴。第一 P型雜質(zhì)區(qū)5具有電阻，當(dāng)相對大量的空穴移動到第二 P型雜質(zhì)區(qū)7時，產(chǎn)生附加電流。這種電流的量與這些空穴的量基本成比例。因相對大量的空穴產(chǎn)生造成的電流增大會劣化半導(dǎo)體晶體管器件10的工作能力(operating capacity)。
具體地講，半導(dǎo)體晶體管器件10作為P-N-P雙極結(jié)型晶體管來工作，其中，該P-N-P雙極結(jié)晶體管對應(yīng)于第一 P型雜質(zhì)區(qū)5、第一 N型雜質(zhì)區(qū)I和第二 N型雜質(zhì)區(qū)8及第三P型雜質(zhì)區(qū)9。然而，當(dāng)產(chǎn)生附加電流時，由第三N型雜質(zhì)區(qū)6、第一 P型雜質(zhì)區(qū)5和第一N型雜質(zhì)區(qū)I形成的N-P-N晶體管會工作。N-P-N晶體管的工作會迅速增大與第一 P型雜質(zhì)區(qū)5、第一 N型雜質(zhì)區(qū)I和第二 N型雜質(zhì)區(qū)8及第三P型雜質(zhì)區(qū)9對應(yīng)的P-N-P晶體管的電流，從而，降低了半導(dǎo)體晶體管器件10的擊穿電壓。因此，當(dāng)產(chǎn)生相對大的附加電流時，半導(dǎo)體晶體管器件10的工作能力劣化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，具有多個摻雜部分的漂移區(qū)形成在絕緣結(jié)構(gòu)下方，以使在半導(dǎo)體晶體管器件中形成的空穴最少化。本發(fā)明的示例實施例提供上述的半導(dǎo)體晶體管器件。本發(fā)明的示例實施例提供一種制造上述半導(dǎo)體晶體管器件的方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種半導(dǎo)體晶體管器件包括漂移區(qū)、絕緣結(jié)構(gòu)、柵極絕緣體、柵電極、源極和漏極。漂移區(qū)包括具有第一摻雜劑濃度的第一橫向部分和具有第二摻雜劑濃度的第二橫向部分，其中，第二摻雜劑濃度高于第一橫向部分的第一摻雜劑濃度。絕緣結(jié)構(gòu)形成在漂移區(qū)上，并設(shè)置在第一橫向部分和第二橫向部分之間的邊界的上方。柵極絕緣體形成在第一橫向部分的暴露部分上。柵電極形成在絕緣結(jié)構(gòu)的一部分和柵極絕緣體上。源極朝著漂移區(qū)的第一橫向部分設(shè)置。漏極朝著漂移區(qū)的第二橫向部分設(shè)置。漂移區(qū)還包括附加N型漂移部分，所述附加N型漂移部分朝著漏極形成在第二橫向部分中。在本發(fā)明的示例實施例中，絕緣結(jié)構(gòu)是以第一橫向部分和第二橫向部分之間的邊界為中心的場氧化物結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的又一實施例中，第二摻雜劑濃度是第一摻雜劑濃度的至少兩倍。例如，第一摻雜劑濃度和第二摻雜劑濃度均是針對相應(yīng)的N型摻雜劑。在本發(fā)明的另一實施例中，該半導(dǎo)體晶體管器件還包括設(shè)置在第一橫向部分下面的P型硅層，并包括設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)的第一 P型摻雜區(qū)。在本發(fā)明的又一實施例中，該半導(dǎo)體晶體管器件還包括第二 P型摻雜區(qū)、N型摻雜源極區(qū)和第三P型摻雜區(qū)。第二 P型摻雜區(qū)設(shè)置在第一P型摻雜區(qū)的上面，并設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)。N型摻雜源極區(qū)形成在第二P型摻雜區(qū)中，并設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)。第三P型摻雜區(qū)形成在第二 P型摻雜區(qū)中，并設(shè)置到N型摻雜源極區(qū)的側(cè)面。N型摻雜源極區(qū)和第三P型摻雜區(qū)形成半導(dǎo)體晶體管器件的源極。在本發(fā)明的另一實施例中，柵極絕緣體和柵電極延伸成設(shè)置在N型摻雜源極區(qū)的一部分和第二 P型摻雜區(qū)的上方?？蛇x擇地，柵極絕緣體和柵電極延伸成設(shè)置在第二 P型摻雜區(qū)的一部分的上方。在本發(fā)明的又一實施例中，該半導(dǎo)體晶體管器件還包括第一 N型摻雜區(qū)，該第一 N型摻雜區(qū)設(shè)置在漂移區(qū)的第二橫向部分的下面。第一N型摻雜區(qū)的相應(yīng)的摻雜劑濃度低于第二橫向部分的第二摻雜劑濃度。此外，該半導(dǎo)體晶體管器件還包括P型摻雜漏極區(qū)，該P型摻雜漏極區(qū)形成在附加N型漂移部分中。P型摻雜漏極區(qū)形成半導(dǎo)體晶體管器件的漏極。附加N型漂移部分的相 應(yīng)的N型摻雜劑濃度高于第二橫向部分的第二摻雜劑濃度。例如，從相鄰的第二橫向部分到相鄰的P型摻雜漏極區(qū)，附加N型漂移部分的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度升高。在本發(fā)明的另一實施例中，該半導(dǎo)體晶體管器件還包括絕緣層，該絕緣層設(shè)置在P型硅層的下面，從而半導(dǎo)體晶體管器件為SOI (絕緣體上硅)器件。另外，絕緣層設(shè)置在半導(dǎo)體基底上。因此，在本發(fā)明的實施例中，半導(dǎo)體晶體管器件為橫向絕緣柵雙極過渡式(LIGBT)絕緣體上硅(SOI)器件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體晶體管器件的方法。在制造半導(dǎo)體晶體管器件的方法中，在基底中形成漂移區(qū)。漂移區(qū)包括具有第一摻雜劑濃度的第一橫向部分和具有第二摻雜劑濃度的第二橫向部分，其中，第二摻雜劑濃度高于第一橫向部分的第一摻雜劑濃度。在漂移區(qū)上形成絕緣結(jié)構(gòu)。絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一橫向部分和第二橫向部分之間的邊界的上方。形成漂移區(qū)的附加漂移部分。附加漂移部分具有比第二橫向部分的第二摻雜劑濃度高的第三摻雜劑濃度。附加漂移部分通過第二橫向部分與第一橫向部分橫向分離。在第一橫向部分的暴露部分上形成柵極絕緣體。在絕緣結(jié)構(gòu)的一部分和柵極絕緣體上形成柵電極。將源極形成為朝著漂移區(qū)的第一橫向部分設(shè)置。將漏極形成為朝著漂移區(qū)的第二橫向部分設(shè)置，所述漏極設(shè)置在附加漂移部分中。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體晶體管器件的方法。在制造半導(dǎo)體晶體管器件的方法中，在硅層形成第一 N型摻雜區(qū)，使得第一 N型摻雜區(qū)從硅層的表面延伸到預(yù)定的深度。第一N型摻雜區(qū)具有第一N型摻雜劑濃度。在硅層內(nèi)部形成第一P型摻雜區(qū)。第一P型摻雜區(qū)與第一N型摻雜區(qū)橫向分離。將N型摻雜劑摻雜到硅層的整個表面中，以形成漂移區(qū)，所述漂移區(qū)包括具有第二 N型摻雜劑濃度的第一橫向部分和具有第三N型摻雜劑濃度的第二橫向部分，第三N型摻雜劑濃度高于第一橫向部分的第二 N型摻雜劑濃度。第一橫向部分形成在硅層的沒有形成第一 P型摻雜區(qū)的部分，使得第一橫向部分與第一P型摻雜區(qū)接觸。第二橫向部分形成在第一N型摻雜區(qū)的上部分。在硅層的表面的第一橫向部分和第二橫向部分相互接觸的部分形成場氧化物結(jié)構(gòu)。在第二橫向部分的沒有覆蓋有場氧化物結(jié)構(gòu)的部分形成附加N型漂移區(qū)。附加N型漂移區(qū)具有大大高于第三N型摻雜劑濃度的第四N型摻雜劑濃度。形成包括柵極絕緣體和柵電極的柵極結(jié)構(gòu)。柵極絕緣體形成在第一橫向部分上，使得柵極絕緣體從場氧化物結(jié)構(gòu)延伸到預(yù)定的深度。柵電極形成在場氧化物結(jié)構(gòu)的一部分和柵極絕緣體上。在第一橫向部分的沒有覆蓋有柵極結(jié)構(gòu)的部分形成第二 P型摻雜區(qū)，使得第二 P型摻雜區(qū)與第一 P型摻雜區(qū)接觸。在第二 P型摻雜區(qū)的暴露表面的與柵極結(jié)構(gòu)接觸的部分形成N型摻雜源極區(qū)。形成第三P型摻雜區(qū)和P型摻雜漏極區(qū)。第三P型摻雜區(qū)形成在第二 P型摻雜區(qū)的暴露表面的與N型摻雜源極區(qū)接觸的部分。P型摻雜漏極區(qū)形成在附加N型漂移區(qū)的暴露表面。以這種方式，由于漂移區(qū)的被不同摻雜的第一橫向部分和第二橫向部分，使空穴在絕緣結(jié)構(gòu)下方的漂移區(qū)中被最少化。因此，使由空穴的形成帶來的寄生電流最小化，從而不會使半導(dǎo)體晶體管器件的工作能力劣化。


當(dāng)參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施例時，本發(fā)明的上述和其它特征及特點將變得更加清楚，在附圖中
圖I是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體晶體管器件的剖視圖；圖2是在包括在圖I的傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶體管器件中的柵極絕緣體和場氧化物結(jié)構(gòu)下方測量的N型摻雜劑的濃度的曲線圖；圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在場氧化物結(jié)構(gòu)下方形成的具有高濃度空穴的區(qū)域的圖I的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體晶體管器件的剖視圖；圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在圖4的半導(dǎo)體晶體管器件的制造方法中的步驟的剖視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的在圖4或圖11的半導(dǎo)體晶體管器件中的柵極絕緣體和絕緣結(jié)構(gòu)下方測量的N型摻雜劑的濃度的曲線圖；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在絕緣結(jié)構(gòu)下方形成的具有濃度減小的空穴的區(qū)域的圖4或圖11中的半導(dǎo)體晶體管器件的剖視圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的可選擇的實施例的半導(dǎo)體晶體管器件的剖視圖。在這里參照的附圖是為了示例說明的清晰起見而繪制的，而不一定是按比例繪制的。圖I、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13和圖14中具有相同標(biāo)號的元件表示具有相似結(jié)構(gòu)和/或功能的元件。
具體實施例方式現(xiàn)在，在下文中參照附圖來更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式來實施，而不應(yīng)該被理解為局限于在這里闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底且完全的，并將把本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。應(yīng)該理解，當(dāng)元件或?qū)颖环Q作“在”另一元件或?qū)印吧稀?、“連接到”和/或“結(jié)合到”另一元件或?qū)訒r，該元件或?qū)涌芍苯釉诹硪辉驅(qū)由?、直接連接到和/或直接結(jié)合到另一元件或?qū)樱蛘呖纱嬖谥虚g元件或中間層。相反，當(dāng)元件或?qū)颖环Q作“直接在”另一元件或?qū)印吧稀?、“直接連接到”和/或“直接結(jié)合到”另一元件或?qū)訒r，不存在中間元件或中間層。還應(yīng)該理解，盡管在這里會使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述不同的元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)被這些術(shù)語所限制。相反，使用這些術(shù)語僅僅是為了便于將一個元件、組件、區(qū)域、層和/或部分與另一元件、組件、區(qū)域、層和/或部分區(qū)別開來。例如，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)的情況下，第一元件、組件、區(qū)域、層和/或部分可被稱為第二元件、組件、區(qū)域、層和/或部分。
為了描述例如在附圖中示出的一個元件和/或特征與其它元件和/或特征的關(guān)系，在這里可使用諸如“在…之下”、“在…下面”、“下面的”、“在…上面”、“上面的”等空間相對術(shù)語。應(yīng)該理解，空間相對術(shù)語意在包含除了附圖中描述的方位之外的裝置在使用和/ 或操作中的不同方位。例如，當(dāng)將附圖中的裝置翻轉(zhuǎn)時，則被描述為在其它元件或特征下面和/或之下的元件將隨后位于其它元件或特征的上面。該裝置可被另外定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其它方位)并相應(yīng)地解釋這里使用的空間相對描述符。
這里所用的術(shù)語只是出于描述具體實施例的目的，而不意圖來限制本發(fā)明。如這里所用的，除非上下文另外明確地指明，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解， 術(shù)語“包括”說明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在和/或添加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
如這里所使用的，表達方式“至少一個”、“一個或多個”和“和/或”是在操作中的合取和析取的開放式表達方式。例如，表達方式“A、B和C中的至少一個”、“A、B或C中的至少一個”、“A、B和C中的一個或多個”、“A、B或C中的一個或多個”以及“A、B和/C，，中的每個包括如下含義只有A ;只有B ;只有C ;同時有A和B兩個；同時有A和C兩個；同時有B和C兩個；同時有A、B和C所有這三個。此外，除非用術(shù)語“由…組成”表示的它們的組合相反地明確指明，否則這些表達方式是開放式的。例如，表達方式“A、B和C中的至少一個”還可包括第四構(gòu)件，而表達方式“從由A、B和C組成的組中選擇的至少一個”并不包括第四構(gòu)件。
例如，表達方式“A、B或C”包括只有A ;只有B ;只有C ;同時有A和B兩個；同時有A和C兩個；同時有B和C兩個；同時有A、B和C所有這三個。而表達方式“A、B和C中的任一個”是指只有A、只有B、只有C，而不是指同時有A和B兩個、同時有A和C兩個、同時有B和C兩個、同時有A、B和C所有這三個。
除非另有定義，否則這里所用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。還應(yīng)該理解，除非這里明確定義，否則術(shù)語 (例如在通用的詞典中定義的術(shù)語)應(yīng)被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域和該說明書的環(huán)境中它們的意思相一致的意思，而將不以理想的或過于正式的含義來解釋它們的意思。
可在這里參照剖視圖來描述本發(fā)明的實施例，剖視圖是本發(fā)明的理想化實施例的示意性圖示。這樣，預(yù)計會出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或公差引起的示例的形狀變化。因此， 本發(fā)明的實施例不應(yīng)被理解為局限于這里圖示的區(qū)域的特定形狀，而是包括例如由制造所造成的形狀上的偏差。例如，示出為矩形的區(qū)域可具有倒圓的特征或彎曲的特征。因而，附圖中示出的區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上是示意性的，并不意圖限制本發(fā)明的范圍。相同的標(biāo)號始終表示相同的元件。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體晶體管器件100的剖視圖。參照圖4，半導(dǎo)體晶體管器件100包括漂移區(qū)，該漂移區(qū)由均摻雜有N型摻雜劑的第一橫向部分107和第二橫向部分108組成。8
半導(dǎo)體晶體管器件100形成在絕緣體上硅(SOI)基底101上，該SOI基底101包括在氧化硅層IOlb上形成的P型摻雜的硅層101c。氧化硅層IOlb形成在P型摻雜的半導(dǎo)體基底(例如，硅基底IOla)上。硅層IOlc在第一橫向部分107下面與第一橫向部分107毗鄰。
此外，半導(dǎo)體晶體管器件100還包括第一 P型摻雜區(qū)109，該第一 P型摻雜區(qū)109 設(shè)置到第一橫向部分107的源極側(cè)107b(S卩，在圖4中朝著第一橫向部分107的左側(cè)設(shè)置)。 這里，第一 P型摻雜區(qū)109的相應(yīng)的底部邊界基本低于第一橫向部分107的相應(yīng)的底部邊界。此外，第一 P型摻雜區(qū)109的相應(yīng)的上邊界基本高于第一橫向部分107的相應(yīng)的底部邊界。
半導(dǎo)體晶體管器件100還包括第二 P型摻雜區(qū)114，該第二 P型摻雜區(qū)114設(shè)置在第一 P型摻雜區(qū)109的上面，并設(shè)置到第一橫向部分107的源極側(cè)。另外，半導(dǎo)體晶體管器件100還包括在第二 P型摻雜區(qū)114內(nèi)形成的N型摻雜源極區(qū)115。
半導(dǎo)體晶體管器件100還包括第三P型摻雜區(qū)116，該第三P型摻雜區(qū)116形成在第二 P型摻雜區(qū)114內(nèi)，并形成到N型摻雜源極區(qū)115的側(cè)面。第三P型摻雜區(qū)116與 N型摻雜源極區(qū)115接觸。第三P型摻雜區(qū)116和N型摻雜源極區(qū)115被第二 P型摻雜區(qū) 114包圍。
N型摻雜源極區(qū)115和第一橫向部分107通過第二 P型摻雜區(qū)114相互橫向分離。 N型摻雜源極區(qū)115和第一 P型摻雜區(qū)109通過第二 P型摻雜區(qū)114相互縱向分離。第三 P型摻雜區(qū)116和第一 P型摻雜區(qū)109通過第二 P型摻雜區(qū)114相互縱向分離。
半導(dǎo)體晶體管器件100還包括第一 N型摻雜區(qū)103，該第一 N型摻雜區(qū)103設(shè)置在漂移區(qū)的第二橫向部分108的下面。第一 N型摻雜區(qū)103與漂移區(qū)的第二橫向部分108接觸。另外，附加N型漂移部分111形成為被第二橫向部分108包圍，并且附加N型漂移部分 111從絕緣結(jié)構(gòu)110延伸。
此外，P型摻雜漏極區(qū)117形成為在附加N型漂移部分111的表面被附加N型漂移部分111包圍。第一 N型摻雜區(qū)103和附加N型漂移部分111通過第二橫向部分108相互分離。
此外，半導(dǎo)體晶體管器件100還包括在漂移區(qū)上形成的絕緣結(jié)構(gòu)110。絕緣結(jié)構(gòu) 110是例如形成為與漂移區(qū)的第一橫向部分107和第二橫向部分108之間的邊界107a毗鄰的氧化硅的場氧化物結(jié)構(gòu)。例如，場氧化物結(jié)構(gòu)110形成為以第一橫向部分107和第二橫向部分108之間的邊界為中心。
此外，半導(dǎo)體晶體管器件100還包括柵極絕緣體112，柵極絕緣體112可由形成在第一橫向部分107的暴露部分上的氧化硅組成。這樣的暴露部分從絕緣結(jié)構(gòu)110向第一橫向部分107的源極側(cè)107b延伸。此外，在圖4的示例中，柵極絕緣體112還形成在第二 P 型摻雜區(qū)114的一部分上。例如在柵極絕緣體112上和絕緣結(jié)構(gòu)110的一部分上還形成由導(dǎo)電材料(例如，摻雜的多晶硅)組成的柵電極113。
在本發(fā)明的可選擇的實施例中，柵極絕緣體112和柵電極113可形成為延伸得更遠(yuǎn)。在那種情況下，柵極絕緣體112和柵電極113將會形成為在N型摻雜源極區(qū)115的一部分的上方延伸(例如，如圖14中所示)。
對于圖4中的這種結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的實施例中，半導(dǎo)體晶體管器件100為橫向絕緣柵雙極過渡式(LIGBT)絕緣體上硅(SOI)器件。N型摻雜源極區(qū)115和第三P型摻雜區(qū)116 形成半導(dǎo)體晶體管器件100的源極。P型摻雜漏極區(qū)117形成半導(dǎo)體晶體管器件100的漏極。柵電極113形成半導(dǎo)體晶體管器件100的柵極。
在本發(fā)明的實施例中，第一橫向部分107具有第一摻雜劑濃度，第二橫向部分108 具有第二摻雜劑濃度，其中，第二摻雜劑濃度明顯高于第一摻雜劑濃度。例如，第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度是第一橫向部分107的第一摻雜劑濃度的至少兩倍。
此外，第一 N型摻雜區(qū)103具有相應(yīng)的N型摻雜劑濃度，該N型摻雜劑濃度也明顯低于第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度。例如，第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度是第一 N型摻雜區(qū)103的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度的至少兩倍。
此外，附加N型漂移部分111具有相應(yīng)的N型摻雜劑濃度，該N型摻雜劑濃度明顯高于第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度。例如，附加N型漂移部分111的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度是第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度的至少兩倍。
在本發(fā)明的示例實施例中，用于區(qū)域103、107、108、111和115中的每個的相應(yīng)的 N型摻雜劑可以是氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或鉍(Bi)。在本發(fā)明的實施例中，用于區(qū)域101a、101c、109、114、116和117中的每個的相應(yīng)的P型摻雜劑可以是硼(B)、鋁(Al)、鎵 (Ga)或銦(In)。
通過將P型摻雜劑摻雜到硅層IOlc中來形成P型區(qū)109、114、116和117。通過將 N型摻雜劑摻雜到硅層IOlc中來 形成N型區(qū)103、107、108、111和115。第一橫向部分107 和第二橫向部分108從硅層IOlc的表面延伸到基本相同的深度。
第一橫向部分107、第二橫向部分108和附加N型漂移部分111形成漂移區(qū)，在該漂移區(qū)中，形成半導(dǎo)體晶體管器件100的溝道。從第一橫向部分107、經(jīng)過第二橫向部分108、經(jīng)過附加N型漂移部分111到P型摻雜漏極區(qū)117的邊界，N型摻雜劑濃度升高。
圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在圖4的半導(dǎo)體晶體管器件100的制造過程中的步驟的剖視圖。
參照圖5，絕緣體上硅(SOI)基底101包括連續(xù)堆疊的半導(dǎo)體基底IOla (例如，硅基底)、絕緣層IOlb (例如，氧化硅層)和半導(dǎo)體層IOlc (例如，硅層)。這里，例如，硅基底 IOla和硅層IOlc均可已經(jīng)摻雜有P型摻雜劑，該P型摻雜劑例如為硼(B)、鋁(Al )、鎵(Ga) 或銦(In)中的相應(yīng)的一種。
再參照圖5，用N型摻雜劑摻雜硅層IOlc的一部分，以形成具有相應(yīng)的N型摻雜劑濃度的第一 N型摻雜區(qū)103。例如，這種N型摻雜劑可以是氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb) 或鉍(Bi)。這里，第一 N型摻雜區(qū)103從硅層IOlc的表面延伸到預(yù)定的深度。
參照圖5和圖6，利用相對高的注入將P型摻雜劑注入到硅層IOlc的另一部分，以在硅層IOlc的表面的下面形成初步的第一 P型摻雜區(qū)104。這里，初步的第一 P型摻雜區(qū) 104與第一 N型摻雜區(qū)103橫向分離。
參照圖6和圖7，將N型摻雜劑注入到硅層IOlc的表面中。因此，在硅層IOlc的沒有形成第一N型摻雜區(qū)103的表面部分形成初步的第一橫向部分105。此外，在硅層IOlc 的形成第一 N型摻雜區(qū)103的表面部分形成初步的第二橫向部分106。
參照圖7和圖8，對硅基底IOlc執(zhí)行熱處理工藝。因此，初步的第一橫向部分105 和初步的第二橫向部分106分別通過N型摻雜劑的熱擴散轉(zhuǎn)變成漂移區(qū)的第一橫向部分107和第二橫向部分108。
因為用同一注入工藝和熱處理工藝形成初步的第一橫向部分105和初步的第二橫向部分106,所以第一橫向部分107和第二橫向部分108離娃層IOlc的表面具有基本相同的深度。此外，由于熱擴散，使第一橫向部分107和第二橫向部分108離娃層IOlc的表面的深度比初步的第一橫向部分105和初步的第二橫向部分106離硅層IOlc的表面的深度低。
再參照圖7和圖8，初步的第一 P型摻雜區(qū)104通過熱擴散轉(zhuǎn)變成第一 P型摻雜區(qū)109。因此，第一 P型摻雜區(qū)109的體積從初步的第一 P型摻雜區(qū)104進行大的膨脹。在圖 8的示例中，第一橫向部分107和第一 P型摻雜區(qū)109相互接觸。
第一橫向部分107具有第一摻雜劑濃度，第二橫向部分108具有第二摻雜劑濃度。 在本發(fā)明的示例實施例中，因為通過將附加N型摻雜劑注入到已有的第一 N型摻雜區(qū)103 來形成第二橫向部分108,所以第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度基本高于第一橫向部分107的第一摻雜劑濃度(例如，第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度與第一橫向部分107 的第一摻雜劑濃度的至少兩倍一樣大)。此外，第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度基本高于第一 N型摻雜區(qū)103的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度(例如，第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度與第一 N型摻雜區(qū)103的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度的至少兩倍一樣大)。
再參照圖8，在硅層IOlc的表面的第一橫向部分107和第二橫向部分108相互毗鄰的部分形成絕緣結(jié)構(gòu)110 (例如，場氧化物結(jié)構(gòu))。例如，場氧化物結(jié)構(gòu)110以第一橫向部分107和第二橫向部分108之間的邊界為中心。在本發(fā)明的示例實施例中，通過熱氧化工藝形成場氧化物結(jié)構(gòu)110。
再參照圖8，在形成場氧化物結(jié)構(gòu)110之后，進一步將N型摻雜劑注入到第二橫向部分108的暴露部分，用于形成附加N型漂移部分111。因此，附加N型漂移部分111具有相應(yīng)的N型摻雜劑濃度，該N型摻雜劑濃度基本高于第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度 (例如，該N型摻雜劑濃度與第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度的至少兩倍一樣大)。
附加N型漂移部分111形成在第二橫向部分108的上部，并且被第二橫向部分108 包圍。此外，附加N型漂移部分111通過第二橫向部分108與第一橫向部分107橫向分離。
這里，第一橫向部分107、第二橫向部分108和附加N型漂移部分111形成半導(dǎo)體晶體管器件100的形成溝道的漂移區(qū)。此外，從第一橫向部分107到第二橫向部分108的過渡以及從第二橫向部分108到附加N型漂移部分111的過渡，相應(yīng)的N型摻雜劑濃度增大至少兩倍。
參照圖8和圖9，在附加N型漂移部分111和第一橫向部分107的暴露部分上形成柵極絕緣層(未示出)。例如，通過熱氧化工藝形成柵極絕緣層。然后，將柵電極層毯覆式沉積(blanket deposit)在柵極絕緣層和絕緣結(jié)構(gòu)110上。在本發(fā)明的實施例中，柵電極由導(dǎo)電材料(例如，摻雜的多晶硅)組成。
然后，如圖9所示，將柵電極層和柵極絕緣層圖案化，以形成柵極絕緣體112和柵電極113。參照圖9，柵極絕緣體112在第一橫向部分107上從絕緣結(jié)構(gòu)110延伸到預(yù)定的距離。柵電極113設(shè)置在絕緣結(jié)構(gòu)110的一部分和柵極絕緣體112上。
參照圖9和圖10，將P型摻雜劑注入到第一橫向部分107的暴露部分中，以形成第二 P型摻雜區(qū)114。然后，通過隨后的熱處理工藝使第二 P型摻雜區(qū)114膨脹從而與第一 P型摻雜區(qū)109毗鄰。此外，在這種熱處理工藝中，使第二 P型摻雜區(qū)114膨脹以延伸到柵極絕緣體112下方。
參照圖11，將N型摻雜劑注入到第二 P型摻雜區(qū)114的與柵極絕緣體112相鄰的部分中，以形成N型摻雜源極區(qū)115。在本發(fā)明的可選擇的實施例中，如果執(zhí)行任一隨后的熱處理工藝，則N型摻雜源極區(qū)115延伸到柵極絕緣體112下方(例如，如圖14所示)。在圖11的示例中，N型摻雜源極區(qū)115和第一橫向部分107通過第二 P型摻雜區(qū)114相互橫向分離。
再參照圖11，然后，將P型摻雜劑注入到第二 P型摻雜區(qū)114的與N型摻雜源極區(qū) 115緊鄰的部分中，以形成與N型摻雜源極區(qū)115接觸的第三P型摻雜區(qū)116。此外，P型摻雜劑向附加N型漂移部分111中的這種注入形成P型摻雜漏極區(qū)117。區(qū)域115、116和 117形成在娃層IOlc的表面上。
圖11示出了圖4的半導(dǎo)體晶體管器件100的結(jié)構(gòu)。第三P型摻雜區(qū)116和N型摻雜源極區(qū)115形成半導(dǎo)體晶體管器件100的源極。P型摻雜漏極區(qū)117形成半導(dǎo)體晶體管器件100的漏極。
圖12是在圖11中從N型摻雜源極區(qū)115到附加N型漂移部分111橫向測量的各自的N型摻雜劑的濃度的曲線圖。參照圖12，N型摻雜源極區(qū)115 (在圖12中標(biāo)示為第五 N型雜質(zhì)區(qū))的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度開始較高。然后，第二 P型雜質(zhì)區(qū)114 (在圖12中標(biāo)示為第二 P型雜質(zhì)區(qū))的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度下降。
再參照圖12，在柵極絕緣體112下方和場氧化物結(jié)構(gòu)110的左部下方的第一橫向部分107 (在圖12中標(biāo)示為第二 N型雜質(zhì)區(qū))的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度升高到第一摻雜劑濃度。此外，在場氧化物結(jié)構(gòu)110右部下方的第二橫向部分108 (在圖12中標(biāo)示為第三N 型雜質(zhì)區(qū))的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度進一步升高到第二摻雜劑濃度，其中，第二摻雜劑濃度是第一橫向部分107的第一摻雜劑濃度的至少兩倍。
此外，在場氧化物結(jié)構(gòu)110的再向右部分的下方的附加N型漂移部分111 (在圖 12中標(biāo)示為第四N型雜質(zhì)區(qū))的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度進一步升高到第二橫向部分108的第二摻雜劑濃度的至少兩倍。在本發(fā)明的實施例中，從相鄰的第二橫向部分108到相鄰的 P型摻雜漏極區(qū)117，穿過附加N型漂移部分111的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度升高。
對于這種橫向穿過區(qū)域107、108和111的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度的升高，當(dāng)在半導(dǎo)體晶體管器件100的源極和漏極之間以及在柵電極113和源極之間施加工作電壓時，在第二橫向部分108中設(shè)置在場氧化物結(jié)構(gòu)110下方的在圖13中標(biāo)示為“B”的區(qū)域產(chǎn)生的空穴的量比現(xiàn)有技術(shù)的在圖3中標(biāo)示為“A”的區(qū)域產(chǎn)生的空穴的量少。通過在半導(dǎo)體晶體管器件100的源極和漏極之間以及在柵電極113和源極之間施加工作電壓時，對半導(dǎo)體晶體管器件100進行仿真來證實這種在圖13中標(biāo)示為“B”的區(qū)域的空穴的減少。
因此，會利于減小當(dāng)空穴移動到第三P型摻雜區(qū)116然后從第三P型摻雜區(qū)116 去除空穴時產(chǎn)生的寄生電流。因此，可增大半導(dǎo)體晶體管器件100的擊穿電壓，以用于半導(dǎo)體晶體管器件100的較高的工作能力。
上文是對本發(fā)明的示例說明，并不被解釋為來限制本發(fā)明。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的幾個實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該容易理解，在實質(zhì)上不脫離本發(fā)明的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點的情況下，能夠在實施例中進行許多修改。
因此，所有這些修改意圖被包括在如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，要明白，上文是對本發(fā)明的示例說明，并不被解釋為來限制所公開的特定實施例，對所公開的實施例的修改以及其它實施例意圖被包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。本發(fā)明由權(quán)利要求及其所包括的權(quán)利要求的等同物來限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體晶體管器件，所述半導(dǎo)體晶體管器件包括 漂移區(qū)，包括具有第一摻雜劑濃度的第一橫向部分和具有第二摻雜劑濃度的第二橫向部分，其中，第二摻雜劑濃度高于第一橫向部分的第一摻雜劑濃度； 絕緣結(jié)構(gòu)，形成在漂移區(qū)上，并設(shè)置在第一橫向部分和第二橫向部分之間的邊界的上方； 柵極絕緣體，形成在第一橫向部分的暴露部分上； 柵電極，形成在絕緣結(jié)構(gòu)的一部分的第一表面和柵極絕緣體上，絕緣結(jié)構(gòu)還具有與漂移區(qū)的第一橫向部分Btt鄰的第二表面； 源極，朝著漂移區(qū)的第一橫向部分設(shè)置； 漏極，朝著漂移區(qū)的第二橫向部分設(shè)置；以及 漂移區(qū)的附加N型漂移部分，朝著漏極形成在第二橫向部分中， 其中，絕緣結(jié)構(gòu)與漂移區(qū)的第一橫向部分和第二橫向部分、附加N型漂移部分和半導(dǎo)體晶體管器件的所述漏極毗鄰。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，絕緣結(jié)構(gòu)是以第一橫向部分和第二橫向部分之間的邊界為中心的場氧化物結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，第二摻雜劑濃度是第一摻雜劑濃度的至少兩倍。
4.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，第一摻雜劑濃度和第二摻雜劑濃度均是針對相應(yīng)的N型摻雜劑。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體晶體管器件，所述半導(dǎo)體晶體管器件還包括 P型硅層，設(shè)置在第一橫向部分的下面； 第一 P型摻雜區(qū)，設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體晶體管器件，所述半導(dǎo)體晶體管器件還包括 第二 P型摻雜區(qū)，設(shè)置在第一 P型摻雜區(qū)的上面，并設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)； N型摻雜源極區(qū)，形成在第二 P型摻雜區(qū)中，并設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)； 第三P型摻雜區(qū)，形成在第二 P型摻雜區(qū)中，并設(shè)置到N型摻雜源極區(qū)的側(cè)面， 其中，N型摻雜源極區(qū)和第三P型摻雜區(qū)形成半導(dǎo)體晶體管器件的源極。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，柵電極和柵極絕緣體延伸成設(shè)置在N型摻雜源極區(qū)的一部分和第二 P型摻雜區(qū)的上方。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，柵極絕緣體和柵電極延伸成設(shè)置在第二 P型摻雜區(qū)的一部分的上方。
9.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體晶體管器件，所述半導(dǎo)體晶體管器件還包括P型摻雜漏極區(qū)，形成在附加N型漂移部分中， 其中，P型摻雜漏極區(qū)形成半導(dǎo)體晶體管器件的漏極。
10.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，附加N型漂移部分的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度高于第二橫向部分的第二摻雜劑濃度。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，附加N型漂移部分的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度從相鄰的第二橫向部分到相鄰的P型摻雜漏極區(qū)升高。
12.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體晶體管器件，所述半導(dǎo)體晶體管器件還包括硅層，漂移區(qū)形成在所述硅層中； 絕緣層，設(shè)置在硅層的下面，從而半導(dǎo)體晶體管器件為絕緣體上硅器件； 半導(dǎo)體基底，設(shè)置在絕緣層的下面。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，所述半導(dǎo)體晶體管器件為橫向絕緣柵雙極過渡式絕緣體上硅器件。
14.一種半導(dǎo)體晶體管器件，所述半導(dǎo)體晶體管器件包括 漂移區(qū)，包括具有第一摻雜劑濃度的第一橫向部分和具有第二摻雜劑濃度的第二橫向部分，其中，第二摻雜劑濃度高于第一橫向部分的第一摻雜劑濃度； 絕緣結(jié)構(gòu)，形成在漂移區(qū)上，并設(shè)置在第一橫向部分和第二橫向部分之間的邊界的上方； 柵極絕緣體，形成在第一橫向部分的暴露部分上； 柵電極，形成在絕緣結(jié)構(gòu)的一部分的第一表面和柵極絕緣體上； 源極，朝著漂移區(qū)的第一橫向部分設(shè)置； 漏極，朝著漂移區(qū)的第二橫向部分設(shè)置；以及 漂移區(qū)的附加N型漂移部分，朝著漏極形成在第二橫向部分中； P型硅層，設(shè)置在第一橫向部分的下面； 第一 P型摻雜區(qū)，設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)； 第二 P型摻雜區(qū)，設(shè)置在第一 P型摻雜區(qū)的上面，并設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)； N型摻雜源極區(qū)，形成在第二 P型摻雜區(qū)中，并設(shè)置到第一橫向部分的源極側(cè)； 第三P型摻雜區(qū)，設(shè)置在第二 P型摻雜區(qū)中，并設(shè)置到N型摻雜源極區(qū)的側(cè)面，其中，N型摻雜源極區(qū)和第三P型摻雜區(qū)形成半導(dǎo)體晶體管器件的源極；以及第一 N型摻雜區(qū)，設(shè)置在漂移區(qū)的第二橫向部分的下面， 其中，第一摻雜劑濃度和第二摻雜劑濃度均是針對相應(yīng)的N型摻雜劑， 其中，第一N型摻雜區(qū)的相應(yīng)的摻雜劑濃度低于第二橫向部分的第二摻雜劑濃度。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體晶體管器件，所述半導(dǎo)體晶體管器件還包括P型摻雜漏極區(qū)，形成在附加N型漂移部分中， 其中，P型摻雜漏極區(qū)形成半導(dǎo)體晶體管器件的漏極。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，附加N型漂移部分的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度高于第二橫向部分的第二摻雜劑濃度。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，附加N型漂移部分的相應(yīng)的N型摻雜劑濃度從相鄰的第二橫向部分到相鄰的P型摻雜漏極區(qū)升高。
18.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體晶體管器件，所述半導(dǎo)體晶體管器件還包括絕緣層，設(shè)置在P型硅層的下面，從而半導(dǎo)體晶體管器件為絕緣體上硅器件。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，所述絕緣層設(shè)置在半導(dǎo)體基底上。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體晶體管器件，其中，所述半導(dǎo)體晶體管器件為橫向絕緣柵雙極過渡式絕緣體上硅器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體晶體管器件。該半導(dǎo)體晶體管器件包括漂移區(qū)、絕緣結(jié)構(gòu)、柵極絕緣體、柵電極、源極和漏極。漂移區(qū)包括具有第一摻雜劑濃度的第一橫向部分和具有第二摻雜劑濃度的第二橫向部分，其中，第二摻雜劑濃度高于第一橫向部分的第一摻雜劑濃度。絕緣結(jié)構(gòu)形成在漂移區(qū)上，并設(shè)置在第一橫向部分和第二橫向部分之間的邊界的上方，從而在操作過程中，在漂移區(qū)中產(chǎn)生的空穴被最少化。
文檔編號H01L29/739GK102938412SQ20121045437
公開日2013年2月20日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者李孟烈 申請人:三星電子株式會社