半导体晶体管器件的制作方法

xiaoxiao2020-8-1  7

专利名称:半导体晶体管器件的制作方法
技术领域
本发明总地涉及半导体晶体管器件和一种制造所述半导体晶体管器件的方法,更具体地讲,涉及一种具有多掺杂的漂移区的横向绝缘栅双极过渡式(LIGBT)绝缘体上硅(SOI)晶体管器件及其制造方法。
背景技术
图I是传统的半导体晶体管器件10的剖视图。参照图1,半导体晶体管器件10包括第一 N型杂质区I、第二 N型杂质区8、第三N型杂质区6、第一 P型杂质区5、第二 P型杂质区7、第三P型杂质区9、场氧化物结构2、栅极绝缘体3和栅电极4。第一 N型杂质区I、第二 N型杂质区8和第三N型杂质区6中的每个分别掺杂有相应的N型掺杂剂。例如,相应的N型掺杂剂可以是氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)或铋(Bi)。此外,第一 P型杂质区5、第二 P型杂质区7和第三P型杂质区9中的每个分别掺杂有相应的P型掺杂剂。例如,相应的P型掺杂剂可以是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)或铟(In)。场氧化物结构2形成在第一 N型杂质区I的表面。栅极绝缘体3形成在第一 P型杂质区5和第一 N型杂质区I的暴露部分上。栅极绝缘体3形成为从场氧化物结构2延伸到预定的距离。栅极绝缘体3可以由氧化硅组成。栅电极4形成在栅极绝缘体3和场氧化物结构2上。例如,栅电极4由导电材料(比如,掺杂的多晶硅)组成。第一 P型杂质区5形成在第一 N型杂质区I的上部。栅极绝缘体3在具有第一 P型杂质区5的半导体材料的表面处与第一 P型杂质区5叠置。第三N型杂质区6和第二 P型杂质区7相互接触,并形成在第一 P型杂质区5的表面上。此外,栅极绝缘体3与第三N型杂质区6的一部分叠置。这里,第三N型杂质区6和第二 P型杂质区7被第一 P型杂质区5包围。因此,第一 N型杂质区I和第三N型杂质区6被第一 P型杂质区5水平地分离。第二 N型杂质区8朝着第一 N型杂质区I的上部形成,从而沿着与第三N型杂质区6的方向相反的方向从场氧化物结构2延伸。第三P型杂质区9形成在第二 N型杂质区8的表面上。具体地讲,第三P型杂质区9被第二 N型杂质区8包围。这里,第一 N型杂质区I具有第一掺杂剂浓度,第二 N型杂质区8具有第二掺杂剂浓度,其中,第二掺杂剂浓度基本高于第一掺杂剂浓度。对于图I中的半导体晶体管器件10,第三N型杂质区6和第二 P型杂质区7形成源极,第三P型杂质区9形成漏极。图2是传统的半导体晶体管器件10中的栅极绝缘体3和场氧化物结构2下方的N型掺杂剂的浓度的曲线图。参照图2,在场氧化物结构2下方的第一 N型杂质区I中的N型掺杂剂的浓度基本为常量。如图3所示,申请人进行了仿真,该仿真示出了当在半导体晶体管器件10的源极和漏极之间以及在其栅电极4和源极之间施加工作电压时在其中产生了相对大量的空穴的图I的剖视图中的区域“A”。其内产生有大量空穴的区域A设置在场氧化物结构2的下方,申请人意识到,区域A是由场氧化物结构2下方的浓度基本为常量的N型掺杂剂造成的。当在源极和漏极之间以及在栅电极4和源极之间施加工作电压时,在栅极绝缘体3下方产生的沟道内流动的电流会在场氧化物结构2的下方流动。这里,通过这些电子和原子之间的碰撞产生电子和空穴。由这些碰撞产生的空穴经过第一 P型杂质区5移动到第二P型杂质区7,从而从第一 P型杂质区5去除了空穴。第一 P型杂质区5具有电阻,当相对大量的空穴移动到第二 P型杂质区7时,产生附加电流。这种电流的量与这些空穴的量基本成比例。因相对大量的空穴产生造成的电流增大会劣化半导体晶体管器件10的工作能力(operating capacity)。
具体地讲,半导体晶体管器件10作为P-N-P双极结型晶体管来工作,其中,该P-N-P双极结晶体管对应于第一 P型杂质区5、第一 N型杂质区I和第二 N型杂质区8及第三P型杂质区9。然而,当产生附加电流时,由第三N型杂质区6、第一 P型杂质区5和第一N型杂质区I形成的N-P-N晶体管会工作。N-P-N晶体管的工作会迅速增大与第一 P型杂质区5、第一 N型杂质区I和第二 N型杂质区8及第三P型杂质区9对应的P-N-P晶体管的电流,从而,降低了半导体晶体管器件10的击穿电压。因此,当产生相对大的附加电流时,半导体晶体管器件10的工作能力劣化。

发明内容
因此,具有多个掺杂部分的漂移区形成在绝缘结构下方,以使在半导体晶体管器件中形成的空穴最少化。本发明的示例实施例提供上述的半导体晶体管器件。本发明的示例实施例提供一种制造上述半导体晶体管器件的方法。根据本发明的一方面,一种半导体晶体管器件包括漂移区、绝缘结构、栅极绝缘体、栅电极、源极和漏极。漂移区包括具有第一掺杂剂浓度的第一横向部分和具有第二掺杂剂浓度的第二横向部分,其中,第二掺杂剂浓度高于第一横向部分的第一掺杂剂浓度。绝缘结构形成在漂移区上,并设置在第一横向部分和第二横向部分之间的边界的上方。栅极绝缘体形成在第一横向部分的暴露部分上。栅电极形成在绝缘结构的一部分和栅极绝缘体上。源极朝着漂移区的第一横向部分设置。漏极朝着漂移区的第二横向部分设置。漂移区还包括附加N型漂移部分,所述附加N型漂移部分朝着漏极形成在第二横向部分中。在本发明的示例实施例中,绝缘结构是以第一横向部分和第二横向部分之间的边界为中心的场氧化物结构。在本发明的又一实施例中,第二掺杂剂浓度是第一掺杂剂浓度的至少两倍。例如,第一掺杂剂浓度和第二掺杂剂浓度均是针对相应的N型掺杂剂。在本发明的另一实施例中,该半导体晶体管器件还包括设置在第一横向部分下面的P型硅层,并包括设置到第一横向部分的源极侧的第一 P型掺杂区。在本发明的又一实施例中,该半导体晶体管器件还包括第二 P型掺杂区、N型掺杂源极区和第三P型掺杂区。第二 P型掺杂区设置在第一P型掺杂区的上面,并设置到第一横向部分的源极侧。N型掺杂源极区形成在第二P型掺杂区中,并设置到第一横向部分的源极侧。第三P型掺杂区形成在第二 P型掺杂区中,并设置到N型掺杂源极区的侧面。N型掺杂源极区和第三P型掺杂区形成半导体晶体管器件的源极。在本发明的另一实施例中,栅极绝缘体和栅电极延伸成设置在N型掺杂源极区的一部分和第二 P型掺杂区的上方。可选择地,栅极绝缘体和栅电极延伸成设置在第二 P型掺杂区的一部分的上方。在本发明的又一实施例中,该半导体晶体管器件还包括第一 N型掺杂区,该第一 N型掺杂区设置在漂移区的第二横向部分的下面。第一N型掺杂区的相应的掺杂剂浓度低于第二横向部分的第二掺杂剂浓度。此外,该半导体晶体管器件还包括P型掺杂漏极区,该P型掺杂漏极区形成在附加N型漂移部分中。P型掺杂漏极区形成半导体晶体管器件的漏极。附加N型漂移部分的相 应的N型掺杂剂浓度高于第二横向部分的第二掺杂剂浓度。例如,从相邻的第二横向部分到相邻的P型掺杂漏极区,附加N型漂移部分的相应的N型掺杂剂浓度升高。在本发明的另一实施例中,该半导体晶体管器件还包括绝缘层,该绝缘层设置在P型硅层的下面,从而半导体晶体管器件为SOI (绝缘体上硅)器件。另外,绝缘层设置在半导体基底上。因此,在本发明的实施例中,半导体晶体管器件为横向绝缘栅双极过渡式(LIGBT)绝缘体上硅(SOI)器件。根据本发明的另一方面,提供了一种制造半导体晶体管器件的方法。在制造半导体晶体管器件的方法中,在基底中形成漂移区。漂移区包括具有第一掺杂剂浓度的第一横向部分和具有第二掺杂剂浓度的第二横向部分,其中,第二掺杂剂浓度高于第一横向部分的第一掺杂剂浓度。在漂移区上形成绝缘结构。绝缘结构设置在第一横向部分和第二横向部分之间的边界的上方。形成漂移区的附加漂移部分。附加漂移部分具有比第二横向部分的第二掺杂剂浓度高的第三掺杂剂浓度。附加漂移部分通过第二横向部分与第一横向部分横向分离。在第一横向部分的暴露部分上形成栅极绝缘体。在绝缘结构的一部分和栅极绝缘体上形成栅电极。将源极形成为朝着漂移区的第一横向部分设置。将漏极形成为朝着漂移区的第二横向部分设置,所述漏极设置在附加漂移部分中。根据本发明的又一方面,提供了一种制造半导体晶体管器件的方法。在制造半导体晶体管器件的方法中,在硅层形成第一 N型掺杂区,使得第一 N型掺杂区从硅层的表面延伸到预定的深度。第一N型掺杂区具有第一N型掺杂剂浓度。在硅层内部形成第一P型掺杂区。第一P型掺杂区与第一N型掺杂区横向分离。将N型掺杂剂掺杂到硅层的整个表面中,以形成漂移区,所述漂移区包括具有第二 N型掺杂剂浓度的第一横向部分和具有第三N型掺杂剂浓度的第二横向部分,第三N型掺杂剂浓度高于第一横向部分的第二 N型掺杂剂浓度。第一横向部分形成在硅层的没有形成第一 P型掺杂区的部分,使得第一横向部分与第一P型掺杂区接触。第二横向部分形成在第一N型掺杂区的上部分。在硅层的表面的第一横向部分和第二横向部分相互接触的部分形成场氧化物结构。在第二横向部分的没有覆盖有场氧化物结构的部分形成附加N型漂移区。附加N型漂移区具有大大高于第三N型掺杂剂浓度的第四N型掺杂剂浓度。形成包括栅极绝缘体和栅电极的栅极结构。栅极绝缘体形成在第一横向部分上,使得栅极绝缘体从场氧化物结构延伸到预定的深度。栅电极形成在场氧化物结构的一部分和栅极绝缘体上。在第一横向部分的没有覆盖有栅极结构的部分形成第二 P型掺杂区,使得第二 P型掺杂区与第一 P型掺杂区接触。在第二 P型掺杂区的暴露表面的与栅极结构接触的部分形成N型掺杂源极区。形成第三P型掺杂区和P型掺杂漏极区。第三P型掺杂区形成在第二 P型掺杂区的暴露表面的与N型掺杂源极区接触的部分。P型掺杂漏极区形成在附加N型漂移区的暴露表面。以这种方式,由于漂移区的被不同掺杂的第一横向部分和第二横向部分,使空穴在绝缘结构下方的漂移区中被最少化。因此,使由空穴的形成带来的寄生电流最小化,从而不会使半导体晶体管器件的工作能力劣化。


当参照附图来详细描述本发明的示例性实施例时,本发明的上述和其它特征及特点将变得更加清楚,在附图中
图I是传统的半导体晶体管器件的剖视图;图2是在包括在图I的传统半导体晶体管器件中的栅极绝缘体和场氧化物结构下方测量的N型掺杂剂的浓度的曲线图;图3示出了根据现有技术的在场氧化物结构下方形成的具有高浓度空穴的区域的图I的剖视图;图4是根据本发明实施例的半导体晶体管器件的剖视图;图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11是示出了根据本发明实施例的在图4的半导体晶体管器件的制造方法中的步骤的剖视图;图12是根据本发明实施例的在图4或图11的半导体晶体管器件中的栅极绝缘体和绝缘结构下方测量的N型掺杂剂的浓度的曲线图;图13示出了根据本发明实施例的在绝缘结构下方形成的具有浓度减小的空穴的区域的图4或图11中的半导体晶体管器件的剖视图;图14是根据本发明的可选择的实施例的半导体晶体管器件的剖视图。在这里参照的附图是为了示例说明的清晰起见而绘制的,而不一定是按比例绘制的。图I、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14中具有相同标号的元件表示具有相似结构和/或功能的元件。
具体实施例方式现在,在下文中参照附图来更充分地描述本发明,在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而,本发明可以以不同的形式来实施,而不应该被理解为局限于在这里阐述的实施例。相反,提供这些实施例使得本公开将是彻底且完全的,并将把本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。应该理解,当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”、“连接到”和/或“结合到”另一元件或层时,该元件或层可直接在另一元件或层上、直接连接到和/或直接结合到另一元件或层,或者可存在中间元件或中间层。相反,当元件或层被称作“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”和/或“直接结合到”另一元件或层时,不存在中间元件或中间层。还应该理解,尽管在这里会使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分,但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语所限制。相反,使用这些术语仅仅是为了便于将一个元件、组件、区域、层和/或部分与另一元件、组件、区域、层和/或部分区别开来。例如,在不脱离本发明教导的情况下,第一元件、组件、区域、层和/或部分可被称为第二元件、组件、区域、层和/或部分。
为了描述例如在附图中示出的一个元件和/或特征与其它元件和/或特征的关系,在这里可使用诸如“在…之下”、“在…下面”、“下面的”、“在…上面”、“上面的”等空间相对术语。应该理解,空间相对术语意在包含除了附图中描述的方位之外的装置在使用和/ 或操作中的不同方位。例如,当将附图中的装置翻转时,则被描述为在其它元件或特征下面和/或之下的元件将随后位于其它元件或特征的上面。该装置可被另外定位(旋转90度或在其它方位)并相应地解释这里使用的空间相对描述符。
这里所用的术语只是出于描述具体实施例的目的,而不意图来限制本发明。如这里所用的,除非上下文另外明确地指明,否则单数形式也意图包括复数形式。还应该理解, 术语“包括”说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但不排除存在和/或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
如这里所使用的,表达方式“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是在操作中的合取和析取的开放式表达方式。例如,表达方式“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/C,,中的每个包括如下含义只有A ;只有B ;只有C ;同时有A和B两个;同时有A和C两个;同时有B和C两个;同时有A、B和C所有这三个。此外,除非用术语“由…组成”表示的它们的组合相反地明确指明,否则这些表达方式是开放式的。例如,表达方式“A、B和C中的至少一个”还可包括第四构件,而表达方式“从由A、B和C组成的组中选择的至少一个”并不包括第四构件。
例如,表达方式“A、B或C”包括只有A ;只有B ;只有C ;同时有A和B两个;同时有A和C两个;同时有B和C两个;同时有A、B和C所有这三个。而表达方式“A、B和C中的任一个”是指只有A、只有B、只有C,而不是指同时有A和B两个、同时有A和C两个、同时有B和C两个、同时有A、B和C所有这三个。
除非另有定义,否则这里所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。还应该理解,除非这里明确定义,否则术语 (例如在通用的词典中定义的术语)应被解释为具有与相关领域和该说明书的环境中它们的意思相一致的意思,而将不以理想的或过于正式的含义来解释它们的意思。
可在这里参照剖视图来描述本发明的实施例,剖视图是本发明的理想化实施例的示意性图示。这样,预计会出现例如由制造技术和/或公差引起的示例的形状变化。因此, 本发明的实施例不应被理解为局限于这里图示的区域的特定形状,而是包括例如由制造所造成的形状上的偏差。例如,示出为矩形的区域可具有倒圆的特征或弯曲的特征。因而,附图中示出的区域实质上是示意性的,并不意图限制本发明的范围。相同的标号始终表示相同的元件。
图4是根据本发明实施例的半导体晶体管器件100的剖视图。参照图4,半导体晶体管器件100包括漂移区,该漂移区由均掺杂有N型掺杂剂的第一横向部分107和第二横向部分108组成。8
半导体晶体管器件100形成在绝缘体上硅(SOI)基底101上,该SOI基底101包括在氧化硅层IOlb上形成的P型掺杂的硅层101c。氧化硅层IOlb形成在P型掺杂的半导体基底(例如,硅基底IOla)上。硅层IOlc在第一横向部分107下面与第一横向部分107毗邻。
此外,半导体晶体管器件100还包括第一 P型掺杂区109,该第一 P型掺杂区109 设置到第一横向部分107的源极侧107b(S卩,在图4中朝着第一横向部分107的左侧设置)。 这里,第一 P型掺杂区109的相应的底部边界基本低于第一横向部分107的相应的底部边界。此外,第一 P型掺杂区109的相应的上边界基本高于第一横向部分107的相应的底部边界。
半导体晶体管器件100还包括第二 P型掺杂区114,该第二 P型掺杂区114设置在第一 P型掺杂区109的上面,并设置到第一横向部分107的源极侧。另外,半导体晶体管器件100还包括在第二 P型掺杂区114内形成的N型掺杂源极区115。
半导体晶体管器件100还包括第三P型掺杂区116,该第三P型掺杂区116形成在第二 P型掺杂区114内,并形成到N型掺杂源极区115的侧面。第三P型掺杂区116与 N型掺杂源极区115接触。第三P型掺杂区116和N型掺杂源极区115被第二 P型掺杂区 114包围。
N型掺杂源极区115和第一横向部分107通过第二 P型掺杂区114相互横向分离。 N型掺杂源极区115和第一 P型掺杂区109通过第二 P型掺杂区114相互纵向分离。第三 P型掺杂区116和第一 P型掺杂区109通过第二 P型掺杂区114相互纵向分离。
半导体晶体管器件100还包括第一 N型掺杂区103,该第一 N型掺杂区103设置在漂移区的第二横向部分108的下面。第一 N型掺杂区103与漂移区的第二横向部分108接触。另外,附加N型漂移部分111形成为被第二横向部分108包围,并且附加N型漂移部分 111从绝缘结构110延伸。
此外,P型掺杂漏极区117形成为在附加N型漂移部分111的表面被附加N型漂移部分111包围。第一 N型掺杂区103和附加N型漂移部分111通过第二横向部分108相互分离。
此外,半导体晶体管器件100还包括在漂移区上形成的绝缘结构110。绝缘结构 110是例如形成为与漂移区的第一横向部分107和第二横向部分108之间的边界107a毗邻的氧化硅的场氧化物结构。例如,场氧化物结构110形成为以第一横向部分107和第二横向部分108之间的边界为中心。
此外,半导体晶体管器件100还包括栅极绝缘体112,栅极绝缘体112可由形成在第一横向部分107的暴露部分上的氧化硅组成。这样的暴露部分从绝缘结构110向第一横向部分107的源极侧107b延伸。此外,在图4的示例中,栅极绝缘体112还形成在第二 P 型掺杂区114的一部分上。例如在栅极绝缘体112上和绝缘结构110的一部分上还形成由导电材料(例如,掺杂的多晶硅)组成的栅电极113。
在本发明的可选择的实施例中,栅极绝缘体112和栅电极113可形成为延伸得更远。在那种情况下,栅极绝缘体112和栅电极113将会形成为在N型掺杂源极区115的一部分的上方延伸(例如,如图14中所示)。
对于图4中的这种结构,在本发明的实施例中,半导体晶体管器件100为横向绝缘栅双极过渡式(LIGBT)绝缘体上硅(SOI)器件。N型掺杂源极区115和第三P型掺杂区116 形成半导体晶体管器件100的源极。P型掺杂漏极区117形成半导体晶体管器件100的漏极。栅电极113形成半导体晶体管器件100的栅极。
在本发明的实施例中,第一横向部分107具有第一掺杂剂浓度,第二横向部分108 具有第二掺杂剂浓度,其中,第二掺杂剂浓度明显高于第一掺杂剂浓度。例如,第二横向部分108的第二掺杂剂浓度是第一横向部分107的第一掺杂剂浓度的至少两倍。
此外,第一 N型掺杂区103具有相应的N型掺杂剂浓度,该N型掺杂剂浓度也明显低于第二横向部分108的第二掺杂剂浓度。例如,第二横向部分108的第二掺杂剂浓度是第一 N型掺杂区103的相应的N型掺杂剂浓度的至少两倍。
此外,附加N型漂移部分111具有相应的N型掺杂剂浓度,该N型掺杂剂浓度明显高于第二横向部分108的第二掺杂剂浓度。例如,附加N型漂移部分111的相应的N型掺杂剂浓度是第二横向部分108的第二掺杂剂浓度的至少两倍。
在本发明的示例实施例中,用于区域103、107、108、111和115中的每个的相应的 N型掺杂剂可以是氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)或铋(Bi)。在本发明的实施例中,用于区域101a、101c、109、114、116和117中的每个的相应的P型掺杂剂可以是硼(B)、铝(Al)、镓 (Ga)或铟(In)。
通过将P型掺杂剂掺杂到硅层IOlc中来形成P型区109、114、116和117。通过将 N型掺杂剂掺杂到硅层IOlc中来 形成N型区103、107、108、111和115。第一横向部分107 和第二横向部分108从硅层IOlc的表面延伸到基本相同的深度。
第一横向部分107、第二横向部分108和附加N型漂移部分111形成漂移区,在该漂移区中,形成半导体晶体管器件100的沟道。从第一横向部分107、经过第二横向部分108、经过附加N型漂移部分111到P型掺杂漏极区117的边界,N型掺杂剂浓度升高。
图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11是示出了根据本发明实施例的在图4的半导体晶体管器件100的制造过程中的步骤的剖视图。
参照图5,绝缘体上硅(SOI)基底101包括连续堆叠的半导体基底IOla (例如,硅基底)、绝缘层IOlb (例如,氧化硅层)和半导体层IOlc (例如,硅层)。这里,例如,硅基底 IOla和硅层IOlc均可已经掺杂有P型掺杂剂,该P型掺杂剂例如为硼(B)、铝(Al )、镓(Ga) 或铟(In)中的相应的一种。
再参照图5,用N型掺杂剂掺杂硅层IOlc的一部分,以形成具有相应的N型掺杂剂浓度的第一 N型掺杂区103。例如,这种N型掺杂剂可以是氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb) 或铋(Bi)。这里,第一 N型掺杂区103从硅层IOlc的表面延伸到预定的深度。
参照图5和图6,利用相对高的注入将P型掺杂剂注入到硅层IOlc的另一部分,以在硅层IOlc的表面的下面形成初步的第一 P型掺杂区104。这里,初步的第一 P型掺杂区 104与第一 N型掺杂区103横向分离。
参照图6和图7,将N型掺杂剂注入到硅层IOlc的表面中。因此,在硅层IOlc的没有形成第一N型掺杂区103的表面部分形成初步的第一横向部分105。此外,在硅层IOlc 的形成第一 N型掺杂区103的表面部分形成初步的第二横向部分106。
参照图7和图8,对硅基底IOlc执行热处理工艺。因此,初步的第一横向部分105 和初步的第二横向部分106分别通过N型掺杂剂的热扩散转变成漂移区的第一横向部分107和第二横向部分108。
因为用同一注入工艺和热处理工艺形成初步的第一横向部分105和初步的第二横向部分106,所以第一横向部分107和第二横向部分108离娃层IOlc的表面具有基本相同的深度。此外,由于热扩散,使第一横向部分107和第二横向部分108离娃层IOlc的表面的深度比初步的第一横向部分105和初步的第二横向部分106离硅层IOlc的表面的深度低。
再参照图7和图8,初步的第一 P型掺杂区104通过热扩散转变成第一 P型掺杂区109。因此,第一 P型掺杂区109的体积从初步的第一 P型掺杂区104进行大的膨胀。在图 8的示例中,第一横向部分107和第一 P型掺杂区109相互接触。
第一横向部分107具有第一掺杂剂浓度,第二横向部分108具有第二掺杂剂浓度。 在本发明的示例实施例中,因为通过将附加N型掺杂剂注入到已有的第一 N型掺杂区103 来形成第二横向部分108,所以第二横向部分108的第二掺杂剂浓度基本高于第一横向部分107的第一掺杂剂浓度(例如,第二横向部分108的第二掺杂剂浓度与第一横向部分107 的第一掺杂剂浓度的至少两倍一样大)。此外,第二横向部分108的第二掺杂剂浓度基本高于第一 N型掺杂区103的相应的N型掺杂剂浓度(例如,第二横向部分108的第二掺杂剂浓度与第一 N型掺杂区103的相应的N型掺杂剂浓度的至少两倍一样大)。
再参照图8,在硅层IOlc的表面的第一横向部分107和第二横向部分108相互毗邻的部分形成绝缘结构110 (例如,场氧化物结构)。例如,场氧化物结构110以第一横向部分107和第二横向部分108之间的边界为中心。在本发明的示例实施例中,通过热氧化工艺形成场氧化物结构110。
再参照图8,在形成场氧化物结构110之后,进一步将N型掺杂剂注入到第二横向部分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具有相应的N型掺杂剂浓度,该N型掺杂剂浓度基本高于第二横向部分108的第二掺杂剂浓度 (例如,该N型掺杂剂浓度与第二横向部分108的第二掺杂剂浓度的至少两倍一样大)。
附加N型漂移部分111形成在第二横向部分108的上部,并且被第二横向部分108 包围。此外,附加N型漂移部分111通过第二横向部分108与第一横向部分107横向分离。
这里,第一横向部分107、第二横向部分108和附加N型漂移部分111形成半导体晶体管器件100的形成沟道的漂移区。此外,从第一横向部分107到第二横向部分108的过渡以及从第二横向部分108到附加N型漂移部分111的过渡,相应的N型掺杂剂浓度增大至少两倍。
参照图8和图9,在附加N型漂移部分111和第一横向部分107的暴露部分上形成栅极绝缘层(未示出)。例如,通过热氧化工艺形成栅极绝缘层。然后,将栅电极层毯覆式沉积(blanket deposit)在栅极绝缘层和绝缘结构110上。在本发明的实施例中,栅电极由导电材料(例如,掺杂的多晶硅)组成。
然后,如图9所示,将栅电极层和栅极绝缘层图案化,以形成栅极绝缘体112和栅电极113。参照图9,栅极绝缘体112在第一横向部分107上从绝缘结构110延伸到预定的距离。栅电极113设置在绝缘结构110的一部分和栅极绝缘体112上。
参照图9和图10,将P型掺杂剂注入到第一横向部分107的暴露部分中,以形成第二 P型掺杂区114。然后,通过随后的热处理工艺使第二 P型掺杂区114膨胀从而与第一 P型掺杂区109毗邻。此外,在这种热处理工艺中,使第二 P型掺杂区114膨胀以延伸到栅极绝缘体112下方。
参照图11,将N型掺杂剂注入到第二 P型掺杂区114的与栅极绝缘体112相邻的部分中,以形成N型掺杂源极区115。在本发明的可选择的实施例中,如果执行任一随后的热处理工艺,则N型掺杂源极区115延伸到栅极绝缘体112下方(例如,如图14所示)。在图11的示例中,N型掺杂源极区115和第一横向部分107通过第二 P型掺杂区114相互横向分离。
再参照图11,然后,将P型掺杂剂注入到第二 P型掺杂区114的与N型掺杂源极区 115紧邻的部分中,以形成与N型掺杂源极区115接触的第三P型掺杂区116。此外,P型掺杂剂向附加N型漂移部分111中的这种注入形成P型掺杂漏极区117。区域115、116和 117形成在娃层IOlc的表面上。
图11示出了图4的半导体晶体管器件100的结构。第三P型掺杂区116和N型掺杂源极区115形成半导体晶体管器件100的源极。P型掺杂漏极区117形成半导体晶体管器件100的漏极。
图12是在图11中从N型掺杂源极区115到附加N型漂移部分111横向测量的各自的N型掺杂剂的浓度的曲线图。参照图12,N型掺杂源极区115 (在图12中标示为第五 N型杂质区)的相应的N型掺杂剂浓度开始较高。然后,第二 P型杂质区114 (在图12中标示为第二 P型杂质区)的相应的N型掺杂剂浓度下降。
再参照图12,在栅极绝缘体112下方和场氧化物结构110的左部下方的第一横向部分107 (在图12中标示为第二 N型杂质区)的相应的N型掺杂剂浓度升高到第一掺杂剂浓度。此外,在场氧化物结构110右部下方的第二横向部分108 (在图12中标示为第三N 型杂质区)的相应的N型掺杂剂浓度进一步升高到第二掺杂剂浓度,其中,第二掺杂剂浓度是第一横向部分107的第一掺杂剂浓度的至少两倍。
此外,在场氧化物结构110的再向右部分的下方的附加N型漂移部分111 (在图 12中标示为第四N型杂质区)的相应的N型掺杂剂浓度进一步升高到第二横向部分108的第二掺杂剂浓度的至少两倍。在本发明的实施例中,从相邻的第二横向部分108到相邻的 P型掺杂漏极区117,穿过附加N型漂移部分111的相应的N型掺杂剂浓度升高。
对于这种横向穿过区域107、108和111的相应的N型掺杂剂浓度的升高,当在半导体晶体管器件100的源极和漏极之间以及在栅电极113和源极之间施加工作电压时,在第二横向部分108中设置在场氧化物结构110下方的在图13中标示为“B”的区域产生的空穴的量比现有技术的在图3中标示为“A”的区域产生的空穴的量少。通过在半导体晶体管器件100的源极和漏极之间以及在栅电极113和源极之间施加工作电压时,对半导体晶体管器件100进行仿真来证实这种在图13中标示为“B”的区域的空穴的减少。
因此,会利于减小当空穴移动到第三P型掺杂区116然后从第三P型掺杂区116 去除空穴时产生的寄生电流。因此,可增大半导体晶体管器件100的击穿电压,以用于半导体晶体管器件100的较高的工作能力。
上文是对本发明的示例说明,并不被解释为来限制本发明。虽然已经描述了本发明的几个实施例,但是本领域的技术人员应该容易理解,在实质上不脱离本发明的新颖性教导和优点的情况下,能够在实施例中进行许多修改。
因此,所有这些修改意图被包括在如权利要求所限定的本发明的范围内。因此,要明白,上文是对本发明的示例说明,并不被解释为来限制所公开的特定实施例,对所公开的实施例的修改以及其它实施例意图被包括在权利要求书的范围内。本发明由权利要求及其所包括的权利要求的等同物来限定。
权利要求
1.一种半导体晶体管器件,所述半导体晶体管器件包括 漂移区,包括具有第一掺杂剂浓度的第一横向部分和具有第二掺杂剂浓度的第二横向部分,其中,第二掺杂剂浓度高于第一横向部分的第一掺杂剂浓度; 绝缘结构,形成在漂移区上,并设置在第一横向部分和第二横向部分之间的边界的上方; 栅极绝缘体,形成在第一横向部分的暴露部分上; 栅电极,形成在绝缘结构的一部分的第一表面和栅极绝缘体上,绝缘结构还具有与漂移区的第一横向部分Btt邻的第二表面; 源极,朝着漂移区的第一横向部分设置; 漏极,朝着漂移区的第二横向部分设置;以及 漂移区的附加N型漂移部分,朝着漏极形成在第二横向部分中, 其中,绝缘结构与漂移区的第一横向部分和第二横向部分、附加N型漂移部分和半导体晶体管器件的所述漏极毗邻。
2.如权利要求I所述的半导体晶体管器件,其中,绝缘结构是以第一横向部分和第二横向部分之间的边界为中心的场氧化物结构。
3.如权利要求I所述的半导体晶体管器件,其中,第二掺杂剂浓度是第一掺杂剂浓度的至少两倍。
4.如权利要求I所述的半导体晶体管器件,其中,第一掺杂剂浓度和第二掺杂剂浓度均是针对相应的N型掺杂剂。
5.如权利要求4所述的半导体晶体管器件,所述半导体晶体管器件还包括 P型硅层,设置在第一横向部分的下面; 第一 P型掺杂区,设置到第一横向部分的源极侧。
6.如权利要求5所述的半导体晶体管器件,所述半导体晶体管器件还包括 第二 P型掺杂区,设置在第一 P型掺杂区的上面,并设置到第一横向部分的源极侧; N型掺杂源极区,形成在第二 P型掺杂区中,并设置到第一横向部分的源极侧; 第三P型掺杂区,形成在第二 P型掺杂区中,并设置到N型掺杂源极区的侧面, 其中,N型掺杂源极区和第三P型掺杂区形成半导体晶体管器件的源极。
7.如权利要求6所述的半导体晶体管器件,其中,栅电极和栅极绝缘体延伸成设置在N型掺杂源极区的一部分和第二 P型掺杂区的上方。
8.如权利要求6所述的半导体晶体管器件,其中,栅极绝缘体和栅电极延伸成设置在第二 P型掺杂区的一部分的上方。
9.如权利要求I所述的半导体晶体管器件,所述半导体晶体管器件还包括P型掺杂漏极区,形成在附加N型漂移部分中, 其中,P型掺杂漏极区形成半导体晶体管器件的漏极。
10.如权利要求I所述的半导体晶体管器件,其中,附加N型漂移部分的相应的N型掺杂剂浓度高于第二横向部分的第二掺杂剂浓度。
11.如权利要求10所述的半导体晶体管器件,其中,附加N型漂移部分的相应的N型掺杂剂浓度从相邻的第二横向部分到相邻的P型掺杂漏极区升高。
12.如权利要求I所述的半导体晶体管器件,所述半导体晶体管器件还包括硅层,漂移区形成在所述硅层中; 绝缘层,设置在硅层的下面,从而半导体晶体管器件为绝缘体上硅器件; 半导体基底,设置在绝缘层的下面。
13.如权利要求12所述的半导体晶体管器件,其中,所述半导体晶体管器件为横向绝缘栅双极过渡式绝缘体上硅器件。
14.一种半导体晶体管器件,所述半导体晶体管器件包括 漂移区,包括具有第一掺杂剂浓度的第一横向部分和具有第二掺杂剂浓度的第二横向部分,其中,第二掺杂剂浓度高于第一横向部分的第一掺杂剂浓度; 绝缘结构,形成在漂移区上,并设置在第一横向部分和第二横向部分之间的边界的上方; 栅极绝缘体,形成在第一横向部分的暴露部分上; 栅电极,形成在绝缘结构的一部分的第一表面和栅极绝缘体上; 源极,朝着漂移区的第一横向部分设置; 漏极,朝着漂移区的第二横向部分设置;以及 漂移区的附加N型漂移部分,朝着漏极形成在第二横向部分中; P型硅层,设置在第一横向部分的下面; 第一 P型掺杂区,设置到第一横向部分的源极侧; 第二 P型掺杂区,设置在第一 P型掺杂区的上面,并设置到第一横向部分的源极侧; N型掺杂源极区,形成在第二 P型掺杂区中,并设置到第一横向部分的源极侧; 第三P型掺杂区,设置在第二 P型掺杂区中,并设置到N型掺杂源极区的侧面,其中,N型掺杂源极区和第三P型掺杂区形成半导体晶体管器件的源极;以及第一 N型掺杂区,设置在漂移区的第二横向部分的下面, 其中,第一掺杂剂浓度和第二掺杂剂浓度均是针对相应的N型掺杂剂, 其中,第一N型掺杂区的相应的掺杂剂浓度低于第二横向部分的第二掺杂剂浓度。
15.如权利要求14所述的半导体晶体管器件,所述半导体晶体管器件还包括P型掺杂漏极区,形成在附加N型漂移部分中, 其中,P型掺杂漏极区形成半导体晶体管器件的漏极。
16.如权利要求15所述的半导体晶体管器件,其中,附加N型漂移部分的相应的N型掺杂剂浓度高于第二横向部分的第二掺杂剂浓度。
17.如权利要求16所述的半导体晶体管器件,其中,附加N型漂移部分的相应的N型掺杂剂浓度从相邻的第二横向部分到相邻的P型掺杂漏极区升高。
18.如权利要求15所述的半导体晶体管器件,所述半导体晶体管器件还包括绝缘层,设置在P型硅层的下面,从而半导体晶体管器件为绝缘体上硅器件。
19.如权利要求18所述的半导体晶体管器件,其中,所述绝缘层设置在半导体基底上。
20.如权利要求19所述的半导体晶体管器件,其中,所述半导体晶体管器件为横向绝缘栅双极过渡式绝缘体上硅器件。
全文摘要
本发明公开了一种半导体晶体管器件。该半导体晶体管器件包括漂移区、绝缘结构、栅极绝缘体、栅电极、源极和漏极。漂移区包括具有第一掺杂剂浓度的第一横向部分和具有第二掺杂剂浓度的第二横向部分,其中,第二掺杂剂浓度高于第一横向部分的第一掺杂剂浓度。绝缘结构形成在漂移区上,并设置在第一横向部分和第二横向部分之间的边界的上方,从而在操作过程中,在漂移区中产生的空穴被最少化。
文档编号H01L29/739GK102938412SQ20121045437
公开日2013年2月20日 申请日期2008年2月13日 优先权日2007年2月14日
发明者李孟烈 申请人:三星电子株式会社

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