專利名稱：橫向絕緣柵雙極pmos器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)器件領(lǐng)域，特別地涉及適用于高電壓應(yīng)用的橫向SOI PMOS器件。
制作高電壓功率器件時(shí)，通常必需在諸如擊穿電壓、尺寸、“開(kāi)態(tài)”電阻、以及制作簡(jiǎn)單性與可靠性等方面進(jìn)行權(quán)衡和折衷。經(jīng)常地，改善一個(gè)參數(shù)(諸如擊穿電壓)會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)參數(shù)(諸如“開(kāi)態(tài)”電阻)的退化。
橫向薄膜SOI器件的一個(gè)已知形式包含半導(dǎo)體襯底、襯底上的掩埋絕緣層、以及掩埋絕緣層上SOI層內(nèi)的橫向晶體管器件，該器件，例如MOSFET，包含掩埋絕緣層上的半導(dǎo)體表面層，并且具有在體區(qū)內(nèi)形成的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，該體區(qū)具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型；絕緣柵電極，位于體區(qū)的溝道區(qū)域上且與其絕緣；第一導(dǎo)電類型的橫向漂移區(qū)；以及p型導(dǎo)電類型的漏區(qū)，漂移區(qū)橫向地把該漏區(qū)與源區(qū)隔離開(kāi)。
美國(guó)專利No.6,127,703公開(kāi)了這種類型的器件，該專利與本發(fā)明共同轉(zhuǎn)讓并在此被引用作為參考。前述專利的器件為橫向SOI PMOS器件，該器件具有各種增強(qiáng)其工作的特征，例如具有線性橫向摻雜區(qū)域的薄SOI層及上覆的場(chǎng)電極(field plate)。這個(gè)器件為具有p型源區(qū)與漏區(qū)的p型溝道或PMOS晶體管，其制作采用傳統(tǒng)上稱為MOS技術(shù)的工藝。該P(yáng)MOS晶體管設(shè)有重?fù)诫s的p型漏區(qū)、適度摻雜的p型漏極緩沖區(qū)、以及輕度摻雜的p型漏極擴(kuò)展區(qū)(extension region)；該器件的缺點(diǎn)為，所有開(kāi)態(tài)電流都被迫流過(guò)輕摻雜表面p型漏極擴(kuò)展區(qū)。該設(shè)計(jì)依靠p型擴(kuò)展區(qū)內(nèi)的低摻雜水平以維持高的擊穿電壓，這導(dǎo)致工作電阻非常高。
本發(fā)明提供了一種橫向絕緣柵雙極PMOS器件，其中n型橫向漂移區(qū)具有線性漸變的電荷分布，使得橫向漂移區(qū)內(nèi)的摻雜水平沿著從漏區(qū)到源區(qū)的方向增加，且其中在適度摻雜的p型漏極緩沖區(qū)與輕度摻雜的p型漏極擴(kuò)展區(qū)內(nèi)添加表面相鄰(surface adjoining)的n型導(dǎo)電注入物(implant)；輕度摻雜的漏極擴(kuò)展區(qū)是貫穿從漏極向源極擴(kuò)展的n型漂移區(qū)的表面形成的，但不與源區(qū)直接接觸。這使得形成了雙漏極PMOS器件，其中n型和p型端都可供電流流過(guò)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，通過(guò)向PI(p型反轉(zhuǎn))緩沖區(qū)內(nèi)注入SN(淺N型)雜質(zhì)，在漏區(qū)的至少一部分形成正極，以增加總開(kāi)態(tài)電流并減少電阻。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，導(dǎo)電的場(chǎng)電極連接到PMOS器件的源區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的橫向絕緣柵MOS器件提供的重大改進(jìn)在于可以在相對(duì)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)且可采用傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)PMOS結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中獲得增強(qiáng)的性能特性組合，尤其是例如電流與開(kāi)態(tài)電阻特性，使器件適合在高電壓、高電流環(huán)境以及特別是高擊穿電壓下工作。
然而，本發(fā)明意識(shí)到，可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)具有用于這種電流的雙電流通道的MOS器件而提供增加的電流。通過(guò)參考下文描述的實(shí)施方案的闡述，本發(fā)明的這些及其它方面將變得明顯。
參考下面的描述并結(jié)合附圖進(jìn)行，將更加完整地了解本發(fā)明，其中

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的橫向薄膜SOI PMOS器件的截面示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的橫向薄膜絕緣SOI雙極PMOS器件的截面示意圖；以及圖3為把現(xiàn)有技術(shù)PMOS器件和本發(fā)明雙極PMOS進(jìn)行比較的模擬性能曲線。
在附圖中，具有相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)，其截面圖中通常用相同方向的陰影線表示；且應(yīng)該了解到，這些附圖不是按比例繪制。
在圖1的簡(jiǎn)化截面圖中，SOI PMOS晶體管20a為美國(guó)專利No.6,127,703公開(kāi)的一種橫向薄膜器件，它包含半導(dǎo)體襯底22、掩埋絕緣層24、以及其中制作了該器件的半導(dǎo)體表面SOI層26。該P(yáng)MOS晶體管包含p型導(dǎo)電類型的源區(qū)28、n型導(dǎo)電類型的體區(qū)30、n型導(dǎo)電類型的橫向漂移區(qū)32、以及p型導(dǎo)電類型的漏區(qū)34a。基本的器件結(jié)構(gòu)還包含柵電極36，如圖中所示氧化物絕緣區(qū)38將柵電極和下面的半導(dǎo)體表面層26及器件的其它導(dǎo)電部分完全絕緣。
此外，PMOS晶體管20a包含體接觸表面區(qū)40，其與源區(qū)28接觸，位于體區(qū)30內(nèi)，且其導(dǎo)電類型與體區(qū)30相同，但是摻雜濃度高于體區(qū)30。由源接觸電極42提供與源區(qū)28的電學(xué)接觸，同時(shí)為漏區(qū)34提供漏區(qū)接觸電極44。在漂移區(qū)32內(nèi)，為PMOS晶體管20a提供了表面接合p型導(dǎo)電的漏區(qū)擴(kuò)展區(qū)46，其從p型漏區(qū)34a延伸到與源區(qū)28相鄰、但沒(méi)有與源區(qū)28直接接觸。此外，在漂移區(qū)32內(nèi)提供p型導(dǎo)電類型的緩沖區(qū)48，該緩沖區(qū)48在漏區(qū)34a下方從漏區(qū)擴(kuò)展區(qū)46向下延伸至掩埋絕緣層24。
現(xiàn)在參考圖2，示意性示出本發(fā)明的一個(gè)例子。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，已經(jīng)從本質(zhì)上將現(xiàn)有技術(shù)的PMOS晶體管20a從圖1所述器件改變?yōu)闄M向絕緣柵雙極PMOS器件20b。如前結(jié)合PMOS晶體管20a所描述的，雙極PMOS器件20b含有由半導(dǎo)電材料制成的襯底層22，其上重疊了絕緣層24與SOI表面層26。表面SOI層26包含p型源區(qū)28、n型體區(qū)30、摻雜水平從漏區(qū)到源區(qū)增加的具有線性漸變電荷分布的n型橫向漂移區(qū)32、柵電極36、以及優(yōu)選由氧化物制成的絕緣區(qū)38。重?fù)诫s的n型體接觸區(qū)40與位于體區(qū)30內(nèi)的源區(qū)28接觸，源區(qū)28與源區(qū)接觸電極42連接。
然而，本發(fā)明建立了具有n型導(dǎo)電類型注入物的、作為第二電學(xué)路徑錨的漏區(qū)34b。n型漏區(qū)34b的建立，形成了橫向絕緣表面定向柵晶體管，該晶體管可以與橫向絕緣柵表面-定向晶體管并行地工作，從而提供了第二電流路徑并有效地降低了該器件的開(kāi)態(tài)電阻。該器件提供了近表面路徑淺p型PMOS元件以及掩埋的淺n/p型緩沖區(qū)/n型漂移區(qū)/n型體區(qū)路徑，以支持比之前可能的電流更大的電流。
現(xiàn)在參考圖3，所提供的圖比較了本發(fā)明雙極PMOS器件與在先專利6,127,703所述PMOS器件的導(dǎo)電性能。如圖所示，現(xiàn)有技術(shù)PMOS器件的性能用曲線B表示，隨電壓增加電流逐漸增大。本發(fā)明的雙極PMOS器件的預(yù)計(jì)性能用曲線A表示。本發(fā)明由于含有兩個(gè)導(dǎo)電路徑，在該圖可見(jiàn)的整個(gè)正向電壓區(qū)域獲得的電流/電壓斜率相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)增加了大約兩倍的載流能力。對(duì)于該模擬性能，柵極和漏極接地，源極被拉起(pull up)。如前所述，電流流過(guò)平行的導(dǎo)電路徑。
盡管結(jié)合其特定的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在不離開(kāi)本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以進(jìn)行各種修改和變化，所述范圍和精神由所附權(quán)利要求進(jìn)行更加明確和精確的定義。
權(quán)利要求
1.一種橫向薄膜絕緣柵雙極PMOS器件，包括半導(dǎo)體襯底，所述襯底上的掩埋絕緣層，以及所述掩埋絕緣層上SOI層內(nèi)的橫向PMOS器件，該器件包含在n型導(dǎo)電類型的體區(qū)內(nèi)形成的p型導(dǎo)電類型的源區(qū)；n型導(dǎo)電類型的橫向漂移區(qū)；與所述體區(qū)相鄰的是導(dǎo)電類型為p型的漏區(qū)，且所述橫向漂移區(qū)橫向地將其與所述體區(qū)隔開(kāi)；以及柵電極，位于在與所述體區(qū)相鄰的所述橫向漂移區(qū)的一部分上延伸的所述體區(qū)的一部分上，絕緣區(qū)把所述柵電極與所述體區(qū)絕緣，所述橫向漂移區(qū)在其橫向范圍的主要部分上有線性漸變的電荷分布，使得所述橫向漂移區(qū)內(nèi)的摻雜水平沿從所述漏區(qū)向所述源區(qū)的方向增加，且其中所述源區(qū)、所述漂移區(qū)、以及所述漏區(qū)形成一個(gè)雙極晶體管，在所述PMOS器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，該晶體管可提供附加的電流路徑，從而降低所述PMOS器件的開(kāi)態(tài)電阻。
2.權(quán)利要求1的雙極PMOS器件，其中所述漏區(qū)包含了在p反轉(zhuǎn)緩沖區(qū)內(nèi)形成的淺n型體接觸表面區(qū)。
3.權(quán)利要求1的雙極PMOS器件，其中所述n型體區(qū)由所述n型漂移區(qū)的一部分形成。
4.權(quán)利要求1的雙極PMOS器件，進(jìn)一步包含，在所述體區(qū)內(nèi)形成的、與所述源區(qū)接觸的n型體接觸表面區(qū)。
5.權(quán)利要求1的雙極PMOS器件，其中，當(dāng)所述PMOS器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述漏區(qū)也充當(dāng)雙極晶體管的發(fā)射極。
6.權(quán)利要求5的雙極PMOS器件，其中，當(dāng)所述PMOS器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述源區(qū)也充當(dāng)雙極晶體管的集電極區(qū)域。
7.權(quán)利要求1的雙極PMOS器件，其中，在所述漂移區(qū)內(nèi)提供漏區(qū)擴(kuò)展區(qū)，且該漏極擴(kuò)展區(qū)從所述漏區(qū)擴(kuò)展到與所述源區(qū)相鄰，但不直接與其接觸。
全文摘要
一種橫向絕緣柵雙極PMOS器件(20b)，包括半導(dǎo)體襯底(22)；掩埋絕緣層(24)；以及在掩埋絕緣層上的SOI層內(nèi)、具有p型導(dǎo)電類型的橫向PMOS晶體管器件。提供了與體區(qū)(30)相鄰的、n型導(dǎo)電類型的橫向漂移區(qū)(32)，并提供了p型導(dǎo)電類型的漏區(qū)，漂移區(qū)把該漏區(qū)橫向地與體區(qū)隔離開(kāi)。插在p型反轉(zhuǎn)緩沖區(qū)內(nèi)的淺n型接觸表面區(qū)形成了n型導(dǎo)電類型的漏區(qū)(34b)。在體區(qū)(30)的一部分上形成柵電極(36)，工作時(shí)在該部分內(nèi)形成溝道區(qū)，且該部分在與體區(qū)(30)相鄰的橫向漂移區(qū)(32)的一部分上擴(kuò)展，絕緣區(qū)(38)把柵電極(36)與體區(qū)(32)及漂移區(qū)(32)絕緣。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1685518SQ03823271
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者T·勒塔維克, J·佩特魯澤爾洛 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司