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半導(dǎo)體元件、其制造方法與其操作方法_4

文檔序號:9378086閱讀:來源:國知局
方的高壓阱區(qū)202c的摻雜深度可以不需要比高壓阱區(qū)202a以及高壓阱區(qū)202b的摻雜深度淺。另外,請參照圖4C,在本實施例中,金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止電壓可以通過調(diào)整高壓阱區(qū)202c的寬度W來調(diào)整之。
[0090]高壓阱區(qū)202的高壓阱區(qū)202a、高壓阱區(qū)202b以及高壓阱區(qū)202c三部分可以通過形成單一個圖案化的掩模層以及進行離子注入工藝來形成。在一實施例中,高壓阱區(qū)202所注入的摻雜例如是磷或是砷,摻雜的劑量例如是IX 11Vcm2至8X 1012/cm2。
[0091]請參照圖3與圖4B,柵極結(jié)構(gòu)108位于高壓阱區(qū)202c上并覆蓋部分隔離結(jié)構(gòu)10。柵極結(jié)構(gòu)108包括柵極108a以與柵介電層108b。柵極108a以與柵介電層108b的形成方法如上所述于此不再贅述。源極區(qū)104與漏極區(qū)106位于高壓阱區(qū)202b中,在柵極結(jié)構(gòu)108與隔離結(jié)構(gòu)50分隔。源極區(qū)104與漏極區(qū)106可以通過形成圖案化的掩模層以及進行離子注入工藝來形成。在一實施例中,源極區(qū)104與漏極區(qū)106所注入的摻雜例如是磷或是砷,摻雜的劑量例如是8 X 11Vcm2至IX 1016/cm2。
[0092]具有第二導(dǎo)電型的阱區(qū)128位于基底100中。更具體地說,從圖4A來看,阱區(qū)128位于高壓阱區(qū)202a與高壓阱區(qū)202b之間。從圖4C來看,高壓阱區(qū)202c夾在阱區(qū)128的兩部分之間。阱區(qū)128的摻雜深度小于高壓阱區(qū)202a、202b、202c的摻雜深度。阱區(qū)128可以通過形成圖案化的掩模層以及進行離子注入工藝來形成。在一實施例中,阱區(qū)128所注入的摻雜例如是硼,摻雜的劑量例如是8X 11Vcm2至8X 1013/cm2。
[0093]具有第二導(dǎo)電型的場區(qū)130位于阱區(qū)128中;具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)132位于場區(qū)130中。摻雜區(qū)132的摻雜深度例如是1000埃至4000埃。摻雜區(qū)132可與基底柵極(BG)電性連接,通過控制施加在基底柵極(BG)的電壓(例如施加OV或負電壓),可使金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400達到夾止?fàn)顟B(tài)。摻雜區(qū)132可以通過形成圖案化的掩模層以及進行離子注入工藝來形成。由于摻雜區(qū)132可以經(jīng)由離子注入來形成,因此,摻雜區(qū)132的摻雜深度或輪廓可以通過控制離子注入的能量來調(diào)整。在一實施例中,摻雜區(qū)132所注入的摻雜例如是硼,摻雜的劑量例如是8 X 11Vcm2至I X 1016/cm2。
[0094]場區(qū)130的摻雜濃度大于阱區(qū)128的摻雜濃度,其可用來降低金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止電壓,使得與摻雜區(qū)132電性連接的基底柵極(BG)使金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400更容易達到夾止?fàn)顟B(tài)。在一實施例中,場區(qū)130的摻雜濃度為阱區(qū)128的摻雜濃度的80至120倍。場區(qū)130可以通過形成圖案化的掩模層以及進行離子注入工藝來形成。
在一實施例中,場區(qū)130所注入的摻雜例如是硼,摻雜的劑量例如是I X 11Vcm2至I X 114/
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[0095]隔離結(jié)構(gòu)10位于漏極區(qū)106與摻雜區(qū)132之間。隔離結(jié)構(gòu)50位于源極區(qū)104與摻雜區(qū)132之間。隔離結(jié)構(gòu)10與隔離結(jié)構(gòu)50的材料例如是摻雜或未摻雜的氧化硅、低應(yīng)力氮化硅、氮氧化硅或其組合,其形成的方法可以利用局部區(qū)域熱氧化法、淺溝道隔離法或深溝道隔離法。
[0096]在一實施例中,金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400可以更包括具有第二導(dǎo)電型的頂層110以及具有第一導(dǎo)電型的淡摻雜層112以及高阻值導(dǎo)體結(jié)構(gòu)20。頂層110、淡摻雜層112的位置、材料與形成方法如以上第一實施例所述,于此不再贅述。
[0097]請參照圖4B,在本實施例中,金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的高壓阱區(qū)202c的摻雜深度不需要控制得較淺來增加金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止特性的靈敏度。如圖3所示,基底柵極(BG)可經(jīng)由摻雜區(qū)132表層控制金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400達到夾止的狀態(tài)。而且通過場區(qū)130的摻雜濃度可調(diào)整金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止電壓。當(dāng)場區(qū)130的摻雜濃度愈高,則金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止電壓愈小。
[0098]請參照圖3與圖4A,增納二極管600位于金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的第一側(cè)的基底100上。圖4A的增納二極管600與圖1A的增納二極管300相似。增納二極管600除了具有第一導(dǎo)電型的阱區(qū)114、具有第二導(dǎo)電型的阱區(qū)116、具有第一導(dǎo)電型的基體區(qū)118、具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)120、具有第一導(dǎo)電型的摻雜區(qū)122、具有第一導(dǎo)電型的摻雜區(qū)124以及具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)126之外,還具有場區(qū)134。圖3的增納二極管600與圖1A的增納二極管300的構(gòu)件相同之處于此不再贅述。特別值得一提的差異點在于圖3的增納二極管600具有場區(qū)134。場區(qū)134位于阱區(qū)116中,且摻雜區(qū)126位于場區(qū)134中。由于場區(qū)134的摻雜濃度大于阱區(qū)116的摻雜濃度,其可用來降低金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止電壓,使得與摻雜區(qū)126電性連接的基底柵極更容易使金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400成為夾止?fàn)顟B(tài)。在一實施例中,場區(qū)134的摻雜濃度為阱區(qū)116的摻雜濃度的100至130倍。
[0099]高阻值導(dǎo)體結(jié)構(gòu)20同樣做為高阻值電阻,其位置、材料、連接關(guān)系與形成方法等如以上第一實施例所述,于此不再贅述。
[0100]在本實施例中,基底柵極(BG)可經(jīng)由摻雜區(qū)132表層使金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400達到夾止的狀態(tài)。而且由于本發(fā)明的場區(qū)130的摻雜濃度大于阱區(qū)128的摻雜濃度,可使金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止電壓減小。因此,與基底柵極電性連接的摻雜區(qū)132可以更容易關(guān)閉金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400。而且,摻雜區(qū)132是以離子注入的方式形成,而不是單純通過熱擴散的方式形成,因此,可以形成所需的輪廓。此外,高壓阱區(qū)202c的寬度W亦可用來調(diào)整金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止電壓。當(dāng)高壓阱區(qū)202c的寬度W愈小時,金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管400的夾止電壓愈小。
[0101]圖5為本發(fā)明另一實施例的半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。請參照圖5,圖5的半導(dǎo)體元件與圖1A的半導(dǎo)體元件相似,兩者之間的差異點在于圖5的基底500包括基體100a、具有第二導(dǎo)電型的外延層138以及具有第一導(dǎo)電型的埋入層136。基體10a例如是選自于由S1、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs與InP所組成的群組中的至少一種材料。外延層138具有第二導(dǎo)電型,例如是具有P型摻雜的外延層,位于基體10a上。外延層138的材料包括硅或碳化硅。在一實施例中,外延層138所注入的摻雜例如是硼,摻雜的劑量例如是8 X 11Vcm2至8 X 1014/cm2。埋入層136具有第一導(dǎo)電型,例如是N型埋入層,其位于外延層138與基體10a之間。埋入層136可提升半導(dǎo)體元件的崩潰電壓。埋入層136可以在形成外延層138之前,通過形成圖案化的掩模層以及進行離子注入工藝形成在預(yù)定形成金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管200的基體10a的表面上。在一實施例中,埋入層136所注入的摻雜例如是磷或是砷,摻雜的劑量例如是I X 11Vcm2至I X 1015/cm2。
[0102]金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管200、增納二極管300以及高阻值導(dǎo)體結(jié)構(gòu)20的構(gòu)件則是形成在具有第二導(dǎo)電型的外延層138之中或之上,其形成方法如上所述,于此不再贅述。
[0103]圖6為應(yīng)用本發(fā)明半導(dǎo)體元件來驅(qū)動LED的等效電路圖。請參照圖6,本發(fā)明半導(dǎo)體元件可以應(yīng)用在LED的驅(qū)動電路的一個范例,本發(fā)明半導(dǎo)體元件(驅(qū)動電路)70連接在發(fā)光二極管串LED的負極側(cè)。在驅(qū)動電路70,基底柵極(BG)接地且于源極(S)經(jīng)由電阻(R’ )連接到接地,漏極D連接發(fā)光二極管串LED的負極。此電阻(R’ )為選擇性,可是實際需求省略之。驅(qū)動電路70以上述的操作方式,提供大的驅(qū)動電流(漏極電流)來驅(qū)動發(fā)光二極管串LED。如上所述,本發(fā)明的半導(dǎo)體元件電路可以提供大的漏極電流,又不會使元件布局的面積增加太多。因此,利用本發(fā)明的半導(dǎo)體元件電路的電路設(shè)計,可以在不會過度增加面積的狀況下,提供大漏極電流來對LED進行驅(qū)動或調(diào)光。
[0104]圖7為圖6的驅(qū)動LED的電路的應(yīng)用例的等效電路圖。如圖7所示,此例是在圖6的基礎(chǔ)上再增加一調(diào)光電路74。透過輸入調(diào)光控制訊號D頂,來調(diào)整發(fā)光二極管串LED的光亮度。
[0105]綜上所述,本發(fā)明的半導(dǎo)體元件包括金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管、增納二極管以及高阻值電阻。高阻值電阻可提供壓降給增納二極管,使增納二極管產(chǎn)生壓差給金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極,提高柵極電壓,使得漏極電流增加。由于做為高阻值電阻的高阻值導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在半導(dǎo)體元件原有的隔離結(jié)構(gòu)上,不需要增加額外的布局面積,而增納二極管的面積很小,因此,本發(fā)明可以在僅增加少許的面積的況下,增大電流。再者,本發(fā)明
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