本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種晶體管及其形成方法。

背景技術(shù)：

在一些應(yīng)用于高壓的晶體管中，需要在襯底表面形成外延層以隔離襯底內(nèi)的有源區(qū)，同時(shí)阻擋來自襯底的噪音。特別地，在橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(laterallydiffusedmetal-oxidesemiconductor，ldmos)晶體管的設(shè)計(jì)中，外延晶片(wafer)的選擇是一項(xiàng)非常耗時(shí)的工作，也不利于器件的優(yōu)化。并且，外延晶片特殊的形成過程導(dǎo)致其價(jià)格十分昂貴。

為此，需要一種晶體管及其形成方法，以新的結(jié)構(gòu)和工藝來取代外延層在晶體管中的作用，使工藝流程簡單化且能達(dá)到相同的工藝參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種晶體管及其形成方法，不需要形成外延層即可達(dá)到隔離晶體管內(nèi)的有源區(qū)，以滿足高壓器件的要求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種晶體管及其形成方法，包括：提供襯底，所述襯底具有第一導(dǎo)電類型；在所述襯底中通過離子注入方式形成注入?yún)^(qū)，并進(jìn)行退火工藝，使所述注入?yún)^(qū)從表面至表面以下預(yù)定深度處離子濃度分布均勻，所述注入?yún)^(qū)具有第二導(dǎo)電類型，所述第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反；在所述注入?yún)^(qū)區(qū)域形成ldmos晶體管。

可選地，所述注入?yún)^(qū)從表面至表面以下預(yù)定深度處離子濃度分布均勻，包括從所述注入?yún)^(qū)表面至表面以下4微米至6微米處的離子濃度變化范圍不超過注入?yún)^(qū)表面濃度的30％。

可選地，所述離子注入包括第一離子注入和第二離子注入，所述第一離子注入的離子導(dǎo)電類型為第二導(dǎo)電類型，所述第二離子注入的離子導(dǎo)電類型為第一導(dǎo)電類型。

可選地，所述第二離子注入的深度是第一離子注入的深度的2/5至3/5。

可選地，所述第一離子注入的離子為磷離子，所述第二離子注入的離子為硼離子。

可選地，所述第一離子注入的注入能量范圍是2mev至3mev，劑量范圍是為1e13atom/cm²至2e13atom/cm²；所述第二離子注入的注入能量范圍是300kev至600kev，劑量范圍是6e12atom/cm²至1e13atom/cm²。

可選地，所述第二導(dǎo)電類型的離子與第一導(dǎo)電類型的離子的劑量差為4e12atoms/cm²。

可選地，所述第一離子注入的離子為硼離子，所述第二離子注入的離子為磷離子。

可選地，所述第一離子注入的能量范圍是1mev至1.5mev，劑量范圍是1e13atom/cm²至2e13atom/cm²；所述第二離子注入的能量范圍是500kev至1mev，劑量范圍是6e12atom/cm²至1e13atom/cm²。

可選地，所述第二導(dǎo)電類型的離子與第一導(dǎo)電類型的離子的劑量差為4e12atoms/cm²。

可選地，所述退火工藝包括：退火溫度范圍為1100攝氏度至1200攝氏度；退火時(shí)間為20小時(shí)至30小時(shí)；退火氣氛包括氮?dú)饣蚨栊詺怏w，所述氮?dú)獾牧髁繛?0標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘至30標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種晶體管，包括：襯底，所述襯底具有第一導(dǎo)電類型；位于所述襯底中的注入?yún)^(qū)，所述注入?yún)^(qū)從表面至表面以下預(yù)定深度處離子濃度分布均勻，所述注入?yún)^(qū)具有第二導(dǎo)電類型，所述第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反；位于所述注入?yún)^(qū)區(qū)域的ldmos晶體管。

可選地，所述注入?yún)^(qū)從表面至表面以下預(yù)定深度處離子濃度分布均勻，包括從所述注入?yún)^(qū)表面至表面以下4微米至6微米處的離子濃度變化范圍不超過注入?yún)^(qū)表面濃度的30％。

可選地，所述注入?yún)^(qū)與所述襯底之間形成pn結(jié)，所述pn結(jié)的結(jié)深為8微米至10微米。

可選地，從所述注入?yún)^(qū)表面至pn結(jié)處的第二導(dǎo)電類型離子濃度變化范圍為6e15atom/cm³至5e13atom/cm³；從所述注入?yún)^(qū)表面至注入?yún)^(qū)表面以下4微米至6微米處的第二導(dǎo)電類型離子的濃度分布變化范圍為6e15atom/cm³至4e15atom/cm³。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下有益效果：

本發(fā)明實(shí)施例通過在襯底中以第一離子注入和第二離子注入的方式形成注入?yún)^(qū)，并通過退火工藝使所述注入?yún)^(qū)內(nèi)的離子分布均勻，以此來取代在襯底表面形成外延層的工藝，達(dá)到了與外延層相同的隔離效果及離子分布水平。并且，在襯底內(nèi)形成注入?yún)^(qū)的工藝相比于現(xiàn)有技術(shù)中外延層的形成工藝，極大地簡化了工藝流程，降低了工藝成本。

附圖說明

圖1至圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的晶體管的形成方法各步驟對(duì)應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的晶體管的離子濃度分布曲線圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種晶體管及其形成方法，下面結(jié)合附圖加以詳細(xì)的說明。

圖1至圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的晶體管的形成方法各步驟對(duì)應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖1，提供襯底100，在所述襯底100內(nèi)形成注入?yún)^(qū)110。

所述襯底100可以為硅襯底、鍺襯底、碳化硅襯底或鍺硅襯底。在本實(shí)施例中，所述襯底100為單晶硅襯底。

所述襯底100為第一導(dǎo)電類型，所述注入?yún)^(qū)110具有第二導(dǎo)電類型，所述第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，所述注入?yún)^(qū)110與所述襯底100之間形成pn結(jié)。

所述注入?yún)^(qū)110采用離子注入的工藝形成，所述離子注入的工藝包括第一離子注入和第二離子注入。所述第一離子注入的離子導(dǎo)電類型為第二導(dǎo)電類型，所述第二離子注入的離子導(dǎo)電類型為第一導(dǎo)電類型。所述第一離子注 入的第二導(dǎo)電類型的離子的濃度大于所述第二離子注入的第一導(dǎo)電類型的離子的濃度。所述第二離子注入的深度是第一離子注入的深度的2/5至3/5。

需要說明的是，在進(jìn)行第一離子注入和第二離子注入之后，所述注入?yún)^(qū)110內(nèi)的離子濃度呈高斯分布。本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一離子注入的深度與第二離子注入的深度是指高斯分布中的峰值位置。

若所述襯底的導(dǎo)電類型為p型，所述注入?yún)^(qū)為n型，所述第一離子注入的離子可以為磷離子，所述第二離子注入的離子可以為硼離子。在一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底100的離子濃度范圍為1e15atom/cm³至2e15atom/cm³；所述第一離子注入的磷離子的注入能量范圍為2mev至3mev，劑量為1e13atom/cm²至2e13atom/cm²；所述第二離子注入的硼離子的注入能量范圍為300kev至600kev，劑量范圍為5e12atom/cm²至1e13atom/cm²。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述p型襯底100的離子濃度為1.5e15atom/cm³；所述第一離子注入的磷離子的注入能量為2.5mev，劑量為1.3e13atom/cm²；所述第二離子注入的硼離子的注入能量為500kev，劑量為9e12atom/cm²。

若所述襯底的導(dǎo)電類型為n型，所述注入?yún)^(qū)為p型，所述第一離子注入的離子可以為硼離子，所述第二離子注入的離子可以為磷離子。在一個(gè)實(shí)施例中，所述n型襯底100的離子濃度范圍為1e15atom/cm³至2e15atom/cm³；所述第一離子注入的硼離子的注入能量范圍為1mev至1.5mev，劑量范圍是1e13atom/cm²至2e13atom/cm²；所述第二離子注入的磷離子的注入能量范圍是500kev至1mev，劑量范圍是5e12atom/cm²至1e13atom/cm²。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底100的離子濃度為1.5e15atom/cm³；所述第一離子注入的硼離子的注入能量為1mev，劑量為1.3e13atom/cm²；所述第二離子注入的磷離子的注入能量為900kev，劑量為9e12atom/cm²。

在形成注入?yún)^(qū)110之后，還包括進(jìn)行退火工藝使所述注入?yún)^(qū)110內(nèi)的離子分布均勻。所述退火工藝的退火溫度范圍為1100攝氏度至1200攝氏度，退火時(shí)間范圍為20小時(shí)至30小時(shí)，退火氣氛包括氮?dú)饣蚨栊詺怏w，所述惰性氣體可以為氬氣，所述氮?dú)獾牧髁繛?0標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘至30標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。

在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，所述退火工藝的退火溫度為1150攝氏度，退火 時(shí)間范圍為24小時(shí)，退火氣氛為氮?dú)?，所述氮?dú)獾牧髁繛?5標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。

在所述退火工藝之后，能夠?qū)崿F(xiàn)所述注入?yún)^(qū)從表面至表面以下預(yù)定深度處離子濃度分布均勻，因而所述注入?yún)^(qū)適合作為外延層使用。具體地，從所述注入?yún)^(qū)110表面至表面以下4微米至6微米處的離子濃度變化范圍不超過注入?yún)^(qū)110表面濃度的30％。

在一個(gè)實(shí)施例中，從所述注入?yún)^(qū)表面至表面以下4微米處的第二導(dǎo)電類型離子的濃度分布變化范圍為6e15atom/cm³至4.5e15atom/cm³。

在另一個(gè)實(shí)施例中，從所述注入?yún)^(qū)表面至表面以下6微米處的第二導(dǎo)電類型離子的濃度分布變化范圍為5.5e15atom/cm³至4.2e15atom/cm³。

需要說明的是，為使所述注入?yún)^(qū)110與襯底100形成的pn結(jié)具有與在襯底100上形成外延層時(shí)，外延層與襯底所形成的pn結(jié)具有相同的結(jié)深，本發(fā)明實(shí)施例還包括使所述第一離子注入和第二離子注入的劑量差呈固定數(shù)值。具體地，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，所述第一離子注入和第二離子注入的劑量差為4e12atom/cm²。

需要說明的是，所述第一離子注入與第二離子注入工藝的順序可以顛倒，即形成所述注入?yún)^(qū)可以依次采用第一離子注入、第二離子注入工藝；也可以依次采用第二離子注入、第一離子注入工藝。

參考圖2，在所述注入?yún)^(qū)110區(qū)域形成ldmos晶體管。

所述注入?yún)^(qū)110區(qū)域包括注入?yún)^(qū)110內(nèi)的區(qū)域及注入?yún)^(qū)110表面以上的區(qū)域。形成所述ldmos晶體管的方法包括：在所述注入?yún)^(qū)110內(nèi)的區(qū)域形成漂移區(qū)120和體區(qū)130；在所述漂移區(qū)120內(nèi)形成第一隔離結(jié)構(gòu)121，在所述體區(qū)130內(nèi)形成第二隔離結(jié)構(gòu)131；在所述注入?yún)^(qū)110表面以上的區(qū)域形成柵極結(jié)構(gòu)140；分別在所述體區(qū)130和漂移區(qū)120內(nèi)形成源區(qū)133和漏區(qū)122。

在形成源區(qū)133之前，還包括在所述體區(qū)130內(nèi)形成輕摻雜區(qū)132；在形成源區(qū)133與漏區(qū)122之后，還包括在所述第二隔離結(jié)構(gòu)131遠(yuǎn)離所述源區(qū)133一側(cè)的注入?yún)^(qū)110內(nèi)形成體接觸區(qū)134，所述體接觸區(qū)134形成于所述體區(qū)130內(nèi)；所述輕摻雜區(qū)132和體接觸區(qū)134之間通過第二隔離結(jié)構(gòu)131相隔離。

本發(fā)明實(shí)施例所述晶體管可以是n型ldmos晶體管或p型ldmos晶體管，但不限于是ldmos晶體管，還可以是其他高壓晶體管。

相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種采用上述方法所形成的晶體管的結(jié)構(gòu)。

繼續(xù)參考圖2，所述晶體管包括：襯底100，所述襯底100具有第一導(dǎo)電類型；注入?yún)^(qū)110，位于所述襯底100中，所述注入?yún)^(qū)110從表面至表面以下預(yù)定深度處離子濃度分布均勻，所述注入?yún)^(qū)110具有第二導(dǎo)電類型，所述第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反；ldmos晶體管，位于所述注入?yún)^(qū)110內(nèi)。

其中，從所述注入?yún)^(qū)110表面至表面以下4微米至6微米處的離子濃度變化范圍不超過注入?yún)^(qū)110表面濃度的30％；所述注入?yún)^(qū)110與所述襯底100之間形成pn結(jié)，形成所述pn結(jié)的結(jié)深范圍為8微米至10微米。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底100為單晶硅襯底，從所述注入?yún)^(qū)110表面至表面以下4微米處的第二導(dǎo)電類型離子的濃度分布變化范圍為6e15atom/cm³至4.5e15atom/cm³；所述注入?yún)^(qū)110與所述襯底100之間形成pn結(jié)的結(jié)深為8.8微米，從所述注入?yún)^(qū)110表面至pn結(jié)處的第二導(dǎo)電類型離子濃度變化范圍為6e15atom/cm³至5e13atom/cm³。

在另一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底100為單晶硅襯底，從所述注入?yún)^(qū)110表面至表面以下6微米處的第二導(dǎo)電類型離子的濃度分布變化范圍為5.5e15atom/cm³至4.2e15atom/cm³；所述注入?yún)^(qū)110與所述襯底100之間形成pn結(jié)的結(jié)深為9.2微米，從所述注入?yún)^(qū)110表面至pn結(jié)處的第二導(dǎo)電類型離子濃度變化范圍為5.5e15atom/cm³至8e13atom/cm³。

所述ldmos晶體管包括：漂移區(qū)120和體區(qū)130，位于所述注入?yún)^(qū)110內(nèi)；柵極結(jié)構(gòu)140，覆蓋部分所述體區(qū)130和部分所述漂移區(qū)120；源區(qū)133，位于所述柵極結(jié)構(gòu)140一側(cè)的注入?yún)^(qū)110內(nèi)，且所述源區(qū)133位于所述體區(qū)130內(nèi)；漏區(qū)122，位于所述柵極結(jié)構(gòu)140另一側(cè)的注入?yún)^(qū)110內(nèi)，且所述漏區(qū)122位于所述漂移區(qū)120內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，所述ldmos晶體管還包括位于所述漂移區(qū)120內(nèi)的第一隔離結(jié)構(gòu)121、位于所述體區(qū)130內(nèi)的第二隔離結(jié)構(gòu)131。所述源區(qū)133 位于所述柵極結(jié)構(gòu)140與所述第二隔離結(jié)構(gòu)131之間，所述漏區(qū)122位于所述第一隔離結(jié)構(gòu)121遠(yuǎn)離所述柵極結(jié)構(gòu)140的一側(cè)。

在一些實(shí)施例中，所述ldmos晶體管還包括輕摻雜區(qū)132，所述輕摻雜區(qū)132位于所述第二隔離結(jié)構(gòu)131與所述源區(qū)133之間。

在一些實(shí)施例中，所述ldmos晶體管還包括體接觸區(qū)134，所述體接觸區(qū)134位于所述第二隔離結(jié)構(gòu)131遠(yuǎn)離所述源區(qū)133一側(cè)的注入?yún)^(qū)110內(nèi)，且所述體接觸區(qū)134位于所述體區(qū)130內(nèi)。

參考圖3，為本發(fā)明一實(shí)施例的晶體管的離子濃度分布曲線圖。橫坐標(biāo)為對(duì)摻雜離子的濃度取對(duì)數(shù)(濃度的單位為atom/cm³)，縱坐標(biāo)為距離晶體管襯底表面的深度(單位為μm)。擬合曲線200是本發(fā)明實(shí)施例通過在襯底內(nèi)形成注入?yún)^(qū)所形成的晶體管的的離子濃度分布曲線圖；擬合曲線210是現(xiàn)有技術(shù)中通過在襯底上形成外延層所形成的晶體管的離子濃度分布曲線圖。通過比較擬合曲線200和擬合曲線210可知，本發(fā)明實(shí)施例的晶體管的離子濃度分布與現(xiàn)有技術(shù)形成的晶體管的離子濃度分布可以達(dá)到近似重合，說明本發(fā)明實(shí)施例在襯底內(nèi)以離子注入的方式形成注入?yún)^(qū)，可以取代在襯底表面形成外延層的工藝，極大地簡化了工藝流程，降低了工藝成本。

此外，本發(fā)明實(shí)施例的晶體管的表面(具體為襯底表面以下0.2微米范圍內(nèi))的摻雜離子的濃度差近似為1e16atom/cm³，相比于采用現(xiàn)有技術(shù)中形成的晶體管的表面摻雜離子濃度差大于1e17atom/cm³而言，對(duì)后續(xù)器件特性所帶來的影響較小。

需要說明的是，擬合曲線200在接近襯底表面處，離子濃度有陡升，引起這一現(xiàn)象的原因是硼在襯底中的擴(kuò)散速率大于磷的擴(kuò)散速率，而且由于硼容易鉆入襯底表面的氧化層二氧化硅、磷則易被吸附在襯底表面的氧化層二氧化硅表面，致使襯底表面磷的濃度高于硼。這一現(xiàn)象可以通過后期在襯底表面進(jìn)行淺深度的阱離子注入來調(diào)節(jié)閾值電壓，從而使襯底表面的離子濃度恢復(fù)正常水平。

綜上所述，采用本實(shí)施例的形成方法所形成的晶體管，其中注入?yún)^(qū)與襯底所形成的pn結(jié)的結(jié)深，可達(dá)到與在襯底上形成外延層時(shí)所形成的pn結(jié)相 同的結(jié)深；并且本實(shí)施例中所述pn結(jié)內(nèi)的離子分布水平在經(jīng)退火工藝之后與通過外延層工藝形成的pn結(jié)內(nèi)的離子分布水平具有很好的一致性。此外，本發(fā)明實(shí)施例的形成方法所形成的晶體管的表面(表面以下0.2微米范圍內(nèi))摻雜離子的濃度差近似為1e16atom/cm³，對(duì)后續(xù)器件特性所帶來的影響較小。因此，本發(fā)明實(shí)施例的注入?yún)^(qū)可以被當(dāng)做外延層使用，在其中形成ldmos等高壓晶體管。在襯底內(nèi)形成注入?yún)^(qū)的工藝相比于現(xiàn)有技術(shù)中外延層的形成工藝，極大地簡化了工藝流程，降低了工藝成本。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。