專利名稱：一種多柵極高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
一種多柵極高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種多柵極高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管。背景技術(shù)：
高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管被廣泛用作功率開關(guān)。在很多功率開關(guān)應(yīng)用中，導(dǎo)通電阻是其重要的指標(biāo)，減小導(dǎo)通電阻有助于減小開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通功率損耗。功率開關(guān)的導(dǎo)通功率損耗為I 2. R ，其中Iw為功率開關(guān)的導(dǎo)通電流，Ron為功率開關(guān)的導(dǎo)通電阻?？梢姡瑢?dǎo)通電阻越小，導(dǎo)通功率損耗越小?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過并聯(lián)更多場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元，增加等效寬度， 以減小導(dǎo)通電阻，但這樣會(huì)增加芯片面積，從而增加芯片成本。
請(qǐng)參考圖I所示，其為現(xiàn)有技術(shù)中高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。該高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管為高壓NMOS (N-Type Mental-Oxide-Semiconductor)晶體管,其包括深N講DN、 自深N阱DN上表面向下延伸至深N阱DN內(nèi)的P阱PW、自P阱PW上表面向下延伸至P阱 PW內(nèi)的第一 N+有源區(qū)、自P阱PW上表面向下延伸至P阱PW內(nèi)的P+有源區(qū)、自深N阱DN 上表面向下延伸至深N阱DN內(nèi)的第二 N+有源區(qū)，P阱PW與第二 N+有源區(qū)相互間隔，第一 N+有源區(qū)位于P+有源區(qū)和第二 N+有源區(qū)之間，其中，深N阱DN的上表面、P阱PW的上表面和晶圓的上表面為同一平面。所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括形成于所述晶片上方且位于第一 N+有源區(qū)和第二 N+有源區(qū)之間的柵氧層和場(chǎng)氧層，以及形成于所述柵氧層上方的柵極。其中，所述柵氧層的一側(cè)緊鄰所述第一N+有源區(qū)，另一側(cè)緊鄰所述場(chǎng)氧層，所述第二N+ 有源區(qū)緊鄰所述場(chǎng)氧層。
所述P阱PW和所述N阱DN的摻雜濃度低，所述P+有源區(qū)和N+有源區(qū)的摻雜濃度高。所述P+有源區(qū)形成襯體接觸，第一 N+有源區(qū)形成源極，所述P阱PW形成襯體區(qū)，所述第二 N+有源區(qū)形成漏極，位于第二 N+有源區(qū)(即漏極)和P阱PW (襯體區(qū))之間的深N阱 DN (漂移區(qū))用于實(shí)現(xiàn)漏極對(duì)襯體的高耐壓。所述柵氧層覆蓋位于第一 N+有源區(qū)和第二 N+ 有源區(qū)之間的P阱PW的上表面，其中部分第一柵氧層延伸至位于第二 N+有源區(qū)和P阱PW 之間的漂移區(qū)的上表面。所述柵氧層下方的P阱PW形成溝道。所述柵極用于控制該高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通或者關(guān)斷。所述場(chǎng)氧層位于所述柵極與漏極(即第二 N+有源區(qū))之間， 其厚度大于所述柵氧層的厚度，其目的在于當(dāng)柵極電壓等于源極電壓而關(guān)斷場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，所述場(chǎng)氧層承受漏極至柵極的耐壓。現(xiàn)有技術(shù)中，由于漏極區(qū)域存在輕摻雜漂移區(qū)N阱 DN，其電子濃度相對(duì)于第二 N+有源區(qū)的電子濃度較低，所以其電阻率相比重?fù)诫s區(qū)第二 N+ 有源區(qū)(漏極)要大很多，對(duì)于該高壓NMOS晶體管的導(dǎo)通電阻來說，相當(dāng)于串聯(lián)了較大的漏極電阻，從而使其導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通功率損耗較大。
因此，有必要提供一種改進(jìn)的技術(shù)方案來克服上述問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多柵極高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其可以減小高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為功率開關(guān)使用時(shí)的導(dǎo)通電阻，從而減小其導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通功率損耗。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括襯體區(qū)、自襯體區(qū)上表面向下延伸至所述襯體區(qū)內(nèi)的襯體接觸、自襯體區(qū)上表面向下延伸至所述襯體區(qū)內(nèi)的源極、與襯體區(qū)相互間隔的漏極，以及位于漏極和襯體區(qū)之間的漂移區(qū)，所述源極位于所述襯體接觸和所述漏極之間。所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括位于源極和漏極之間且位于漂移區(qū)和襯體區(qū)上方的復(fù)數(shù)個(gè)柵氧層以及位于對(duì)應(yīng)柵極層上的復(fù)數(shù)個(gè)柵極。
進(jìn)一步的，緊鄰所述源極的柵極下方的襯體區(qū)形成溝道，用于控制所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通和截至，其余柵極下方為漂移區(qū)，用于控制所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻。
更進(jìn)一步的，從源極到漏極的各個(gè)柵氧層的厚度依次變厚。
更進(jìn)一步的，從源極到漏極的各個(gè)柵極下方對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的摻雜濃度逐漸增加。
更進(jìn)一步的，各個(gè)柵極下方對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的摻雜深度深于漏極的摻雜深度。
更進(jìn)一步的，所述漂移區(qū)為深N阱，所述襯體區(qū)為P阱，所述襯體接觸為P+有源區(qū)，所述源極為N+有源區(qū)，所述漏極為P+有源區(qū)。
更進(jìn)一步的，當(dāng)控制開啟所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從低電平跳變?yōu)楦唠娖剑划?dāng)控制關(guān)斷所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從高電平跳變?yōu)榈碗娖健?br> 更進(jìn)一步的，從源極到漏極的各個(gè)柵極上施加的高電平的電壓值依次增大。
更進(jìn)一步的，所述漂移區(qū)為深P阱，所述襯體區(qū)為N阱，所述襯體接觸為N+有源區(qū)，所述源極為P+有源區(qū)，所述漏極為P+有源區(qū)。
更進(jìn)一步的，當(dāng)控制開啟所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從高電平跳變?yōu)榈碗娖剑划?dāng)控制關(guān)斷所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從低電平跳變?yōu)楦唠娖健?br> 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用一個(gè)高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元作為功率開關(guān)，其可以在不增加功率開關(guān)的版圖面積的前提下，減小功率開關(guān)的導(dǎo)通電阻，從而減小其導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通功率損耗。

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中
圖I為現(xiàn)有技術(shù)中聞壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)不意圖2為本發(fā)明中的多柵極高壓NMOS晶體管在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明中的高壓NMOS晶體管在另一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖4為對(duì)圖3中的高壓NMOS晶體管進(jìn)行開關(guān)控制時(shí)，各柵極上的控制電壓在一個(gè)實(shí)施例中的波形時(shí)序圖5為本發(fā)明中的高壓NMOS晶體管在另一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖6其為本發(fā)明中的高壓PMOS晶體管在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖7為對(duì)圖6中的高壓PMOS晶體管進(jìn)行開關(guān)控制時(shí)，各柵極上的控制電壓在一個(gè)實(shí)施例中的波形時(shí)序圖；和
圖8為本發(fā)明中的高壓PMOS晶體管在另一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。除非特別說明，本文中的連接、相連、相接的表示電性連接的詞均表示直接或間接電性相連。
本發(fā)明采用一個(gè)高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元作為功率開關(guān)，其具有多柵極控制端，以實(shí)現(xiàn)在不增加功率開關(guān)的版圖面積的前提下，減小功率開關(guān)的導(dǎo)通電阻，從而減小其導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通功率損耗。
下面先以多柵極高壓NMOS晶體管為例進(jìn)行介紹。
請(qǐng)參考圖2所示，其為本發(fā)明中的多柵極高壓NMOS晶體管(或稱NMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管)在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。所述高壓NMOS晶體管為雙柵極高壓NMOS晶體管， 其包括深N阱DN、自所述深N阱DN的上表面向下延伸至所述深N阱DN內(nèi)的P阱PW、自所述P阱PW上表面向下延伸至所述P阱PW內(nèi)的P+有源區(qū)、自所述P阱PW上表面向下延伸至所述P阱PW內(nèi)的第一 N+有源區(qū)、自所述深N阱DN上表面向下延伸至所述深N阱DN內(nèi)的第二 N+有源區(qū)，所述P阱PW和所述第二 N+有源區(qū)相互間隔，所述第一 N+有源區(qū)位于所述P+有源區(qū)和所述第二 N+有源區(qū)之間，其中所述深N阱DN的上表面和所述P阱PW的上表面與晶圓的上表面為同一平面。所述P阱PW和所述深N阱DN的摻雜濃度低于所述P+ 有源區(qū)和所述N+有源區(qū)的摻雜濃度。其中，所述P+有源區(qū)形成襯體接觸，所述第一 N+有源區(qū)形成源極，所述P阱PW形成襯體區(qū)，所述第二 N+有源區(qū)形成漏極，N阱DN形成漂移區(qū)， 其中第二 N+有源區(qū)(即漏極)和P阱PW (襯體區(qū))之間的漂移區(qū)用于實(shí)現(xiàn)漏極對(duì)襯體的高耐壓。
在本實(shí)施例中，所述高壓NMOS晶體管還包括位于所述第一 N+有源區(qū)和第二 N+有源區(qū)之間且位于襯體區(qū)和漂移區(qū)上方的第一柵氧層和第二柵氧層，以及設(shè)置于所述第一柵氧層上方的第一柵極，設(shè)置于所述第二柵氧層上方的第二柵極，其中，第二柵氧層比第一柵氧層的厚度更厚。
所述第一柵氧層覆蓋位于第一 N+有源區(qū)和第二 N+有源區(qū)之間的P阱PW的上表面，其中部分第一柵氧層延伸至漂移區(qū)。所述第一柵氧層下方的P阱PW形成溝道。所述第二柵氧層位于第一柵極與漏極(即第二 N+有源區(qū))之間，其厚度大于所述第一柵氧層的厚度，其目的在于當(dāng)?shù)谝粬艠O電壓等于源極電壓而關(guān)斷場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，所述第二柵氧層承受漏極至柵極的耐壓。
所述第一柵極用于控制所述高壓NMOS晶體管的導(dǎo)通或者截至，所述第二柵極用于控制所述高壓NMOS晶體管實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻。例如，通過對(duì)第一柵極施加高電平以控制導(dǎo)通該高壓NMOS晶體管后，通過對(duì)第二柵極施加高電平以產(chǎn)生電場(chǎng)，吸引更多電子到第二柵極下方的N阱DN (漂移區(qū))的上表面，增加電子濃度，以減小漂移區(qū)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)更小導(dǎo)通電阻。需要注意的是，在對(duì)所述高壓NMOS晶體管進(jìn)行開啟、關(guān)斷控制時(shí)，需要對(duì)第一柵極和第二柵極進(jìn)行時(shí)序控制。當(dāng)控制開啟該高壓NMOS晶體管時(shí)，先控制第一柵極的電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑允顾龈邏篘MOS晶體管導(dǎo)通，延遲一段時(shí)間后，再控制第二柵極的電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，以減小導(dǎo)通電阻，從而完成對(duì)所述高壓NMOS晶體管的開啟控制。當(dāng)控制關(guān)斷高壓NMOS晶體管時(shí)，先控制第二柵極的電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖?(即等于源極電壓或低于源極電壓)，以增加導(dǎo)通電阻，延遲一段時(shí)間后，再控制第一柵極的電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑越刂了龈邏篘MOS晶體管，從而完成對(duì)所述高壓NMOS晶體管的關(guān)斷控制。這樣做的目的是為了維持漏極(第二 N+有源區(qū))相對(duì)柵極的高耐壓，否則， 當(dāng)?shù)谝粬艠O的電壓為低電平(比如地電平)且第二柵極的電壓為高電平時(shí)，導(dǎo)致第二柵極下方的N阱DN (漂移區(qū))靠近第一柵極側(cè)的電壓相對(duì)第一柵極電壓太高，從而將第一柵極下靠近第二柵極側(cè)的柵氧層擊穿，導(dǎo)致器件損壞。
需要解釋的是，對(duì)于NMOS晶體管，其源極和襯體一般接在一起并連接一個(gè)低電平 (比如地)，之后在其柵極為低電平時(shí)，所述NMOS晶體管截止，在其柵極為高電平(此時(shí)柵源電壓高于NMOS晶體管的導(dǎo)通閾值)時(shí)，所述NMOS晶體管導(dǎo)通，這些都是公知常識(shí)，此處不再詳細(xì)介紹。此例中的高電平和低電平都是相對(duì)的，柵極為高電平時(shí)，柵源電壓高于NMOS 晶體管的導(dǎo)通閾值，柵極為低電平是，柵源電壓低于NMOS晶體管的導(dǎo)通閾值。
請(qǐng)參考圖3所示，其為本發(fā)明中的高壓NMOS晶體管在另一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。該高壓NMOS晶體管為具有三個(gè)柵極的高壓NMOS晶體管。其與圖2的區(qū)別在于，圖3所示的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括位于第一 N+有源區(qū)和第二 N+有源區(qū)之間且位于襯體區(qū)和漂移區(qū)上方的第一柵氧層、第二柵氧層和第三柵氧層，以及設(shè)置于第一柵氧層上方的第一柵極， 設(shè)置于第二柵氧層上方的第二柵極，設(shè)置于第三柵氧層上方的第三柵極。從源極到漏極的三個(gè)柵氧層的厚度依次變厚，即所述第一柵氧層最薄，所述第二柵氧層較厚，第三柵氧層最厚。其中，圖3所示的第一柵極和第一柵氧層與圖2中的第一柵極和第一柵氧層相同。
所述第一柵極用于控制所述高壓NMOS晶體管的導(dǎo)通或者關(guān)斷，所述第二柵極和第三柵極用于控制所述高壓NMOS晶體管實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻。例如，通過對(duì)第一柵極施加高電平以控制導(dǎo)通該高壓NMOS晶體管后，通過對(duì)第二柵極和第三柵極施加高電平以產(chǎn)生電場(chǎng)，吸引更多電子到第二柵極下方和第三柵極下方的N阱DN (漂移區(qū))的上表面，增加電子濃度，以減小漂移區(qū)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)更小導(dǎo)通電阻。
與圖2所示的高壓NMOS晶體管相似，在對(duì)圖3所示的高壓NMOS晶體管進(jìn)行開啟、 關(guān)斷控制時(shí)，需要對(duì)第一柵、第二柵極和第三柵極進(jìn)行時(shí)序控制。當(dāng)控制開啟該高壓NMOS 晶體管時(shí)，先控制第一柵極的電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，以使所述高壓NMOS晶體管導(dǎo)通，延遲一段時(shí)間后，控制第二柵極的電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，以減小該高壓NMOS晶體管的導(dǎo)通電阻，再延時(shí)一段時(shí)間后，控制第三柵極的電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑赃M(jìn)一步減小該高壓NMOS晶體管的導(dǎo)通電阻，從而完成對(duì)所述高壓NMOS晶體管的開啟控制。當(dāng)控制關(guān)斷高壓NMOS晶體管時(shí)，先控制第三柵極的電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖?該低電平等于源極電壓或低于源極電壓)，以增加該NMOS晶體管的導(dǎo)通電阻，延遲一段時(shí)間后，控制第二柵極的電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑赃M(jìn)一步增加該NMOS晶體管的導(dǎo)通電阻，再延遲一段時(shí)間后，控制第一柵極的電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，以截止所述高壓NMOS晶體管，從而完成對(duì)所述高壓NMOS晶體管的關(guān)斷控制。這樣做的目的也是為了維持漏極(第二 N+有源區(qū))相對(duì)柵極的高耐壓，避免器件損壞。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，圖3所示的第一柵極、第二柵極和第三柵極上各自施加的高電平的電壓值并不相同，第一柵極上施加的高電平的電壓值最低，第二柵極上施加的高電平的電壓值較高，第三柵極上施加的高電平的電壓值最高，即從源極到漏極的三個(gè)柵極上各自施加的高電平的電壓值依次變大。這是由于柵氧層越厚，其對(duì)應(yīng)的柵極耐壓越高， 可以采用在柵極上施加較高的電壓進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻，但每個(gè)柵極上施加的高電平的電壓值不能高于其下柵氧層所能承受的最高電壓。
請(qǐng)參考圖4所示，其為對(duì)圖3中的高壓NMOS晶體管進(jìn)行開關(guān)控制時(shí)，各柵極上的控制電壓在一個(gè)實(shí)施例中的波形時(shí)序圖。Gl為第一柵極上施加的第一控制電壓，G2為第二柵極上施加的第二控制電壓，G3為第三柵極上施加的第三控制電壓。其中第一柵極上施加的第一控制電壓Gl的高電平的電壓值最低，第二柵極上施加的第二控制電壓G2的高電平的電壓值較高，第三柵極上施加的第三控制電源G3的高電平的電壓值最高。
當(dāng)?shù)谝豢刂齐妷篏1、第二控制電壓G2、第三控制電壓G3都為高電平時(shí)，所述高壓 NMOS晶體管的導(dǎo)通電阻最?。划?dāng)?shù)谝豢刂齐妷篏1、第二控制電壓G2為高電平、第三控制電壓G3為低電平時(shí)，所述高壓NMOS晶體管的導(dǎo)通電阻較大；當(dāng)?shù)谝豢刂齐妷篏l為高電平， 第二控制電壓G2為低，第三控制電壓為低電平時(shí)，所述高壓NMOS晶體管導(dǎo)通電阻更大；當(dāng)?shù)谝豢刂齐妷篏l、第二控制開關(guān)G2、第三控制開關(guān)G3都為低電平時(shí)，所述高壓匪OS晶體管不導(dǎo)通，理想情況其電阻為無窮大。優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述第一柵極上的第一控制電壓 Gl跳變?yōu)楦唠娖胶退龅诙艠O上的第二控制電壓G2跳變?yōu)楦唠娖街g的延遲時(shí)間盡量短，這樣，所述高壓NMOS晶體管導(dǎo)通電阻小的時(shí)間更長(zhǎng)，功率損耗更小，但為了不影響所述高壓NMOS晶體管的柵極和漏極之間的耐壓，第二控制電壓G2開始跳變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻需在第一控制電壓Gl跳變?yōu)楦唠娖街?，第三控制電壓G3開始跳變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻需在第二控制電壓G2跳變?yōu)楦唠娖街蟆?br> 請(qǐng)參考圖5所不，其為本發(fā)明中的聞壓NMOS晶體管在另一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)不意圖。該高壓NMOS晶體管也為具有三個(gè)柵極的高壓NMOS晶體管，其與圖3的區(qū)別在于，從源極到漏極的三個(gè)柵極下方各自對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的摻雜濃度逐漸增加。具體為，第一柵氧層下的漂移區(qū)(如橫線填充圖形所示)被稱為第一漂移區(qū)，其摻雜濃度較低，其摻雜濃度可以與所述深N阱DN的摻雜濃度一樣，也可以比所述深N阱DN的摻雜濃度高。第二柵氧下的漂移區(qū)(如斜網(wǎng)格線填充區(qū)所示)被稱為第二漂移區(qū)，其摻雜濃度比第一漂移區(qū)的摻雜濃度高。 第三柵氧下的漂移區(qū)(如橫豎網(wǎng)格線填充區(qū)所示)被稱為第三漂移區(qū)，其摻雜濃度比第二漂移區(qū)的摻雜濃度高。這三個(gè)漂移區(qū)內(nèi)的摻雜類型都為N型，與漏極(第二 N+有源區(qū))的摻雜類型相同，越靠近漏極的漂移區(qū)摻雜濃度越高，但都小于漏極的摻雜濃度。對(duì)于相同柵極電壓，柵極下方的漂移區(qū)摻雜濃度越高，該漂移區(qū)的電子濃度越高，越有利于減小所述NMOS 晶體管的導(dǎo)通電阻。這種漸變式的摻雜濃度有利于維持較高的漏極對(duì)襯體區(qū)耐壓，但同時(shí)具有較低導(dǎo)通電阻的優(yōu)點(diǎn)?？梢酝ㄟ^對(duì)所述柵極下方的深N阱DN進(jìn)行額外離子注入，以形成漸變式漂移區(qū)。每個(gè)柵極下的漂移區(qū)的額外離子摻雜深度可根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求來調(diào)整， 一般比第二 N+有源區(qū)的摻雜深度更深。
同理，本發(fā)明中的高壓NMOS晶體管可以具有三個(gè)以上的柵極，即所述高壓NMOS晶體管包括位于源極和漏極之間且位于襯體區(qū)和漂移區(qū)上方的復(fù)數(shù)個(gè)柵氧層以及位于對(duì)應(yīng)柵氧層的復(fù)數(shù)個(gè)柵極。其中緊鄰所述源極的柵極(即第一柵極)下方的襯體區(qū)形成溝道，用于控制所述高壓NMOS晶體管的導(dǎo)通或者截至；其余柵極下方為漂移區(qū)，用于控制所述高壓 NMOS晶體管實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻。從源極到漏極的各個(gè)柵氧層的厚度依次變厚。當(dāng)控制開啟所述NMOS晶體管場(chǎng)時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從低電平跳變?yōu)楦唠娖?；?dāng)控制關(guān)斷所述NMOS晶體管場(chǎng)時(shí)，控制從漏極至源極的各個(gè)柵極的電壓依次從高電平跳變?yōu)榈碗娖?。從源極到漏極的各個(gè)柵極上施加的高電平的電壓值依次增大。從源極到漏極的各個(gè)柵極下方各自對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的額外摻雜濃度逐漸增加。各個(gè)柵極下方對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的額外摻雜深度深于漏極的摻雜深度。
接下來，再以本發(fā)明中的多柵極高壓PMOS晶體管為例進(jìn)行介紹。
本發(fā)明中的高壓PMOS晶體管的原理與上述高壓NMOS晶體管的原理一致，其也是主要通過兩個(gè)或者兩個(gè)以上的柵極來實(shí)現(xiàn)減小導(dǎo)通電阻，且維持漏極對(duì)柵極的高耐壓。
請(qǐng)參考圖6所示，其為本發(fā)明中的高壓PMOS晶體管(或稱場(chǎng)效應(yīng)晶體管)在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
所述高壓PMOS晶體管為具有三個(gè)柵極的高壓PMOS晶體管，其包括深P阱DP、自所述深P阱DP的上表面向下延伸至所述深P阱DP內(nèi)的N阱NW、自所述N阱NW上表面向下延伸至所述N阱NW內(nèi)的N+有源區(qū)、自所述N阱NW上表面向下延伸至所述N阱NW內(nèi)的第一 P+有源區(qū)、自所述深P阱DP上表面向下延伸至所述深P阱DP內(nèi)的第二 P+有源區(qū)，所述N 阱NW和所述第二 P+有源區(qū)相互間隔，所述第一 P+有源區(qū)位于所述N+有源區(qū)和所述第二 P+有源區(qū)之間，其中所述深P阱DP的上表面和所述N阱NW的上表面與晶圓的上表面為同一平面。所述N阱NW和所述深P阱DP的摻雜濃度低于所述N+有源區(qū)和所述P+有源區(qū)的摻雜濃度。其中，所述N+有源區(qū)形成襯體接觸，所述N阱NW形成襯體區(qū)，所述第一 P+有源區(qū)形成源極，所述第二 P+有源區(qū)形成漏極，所述深P阱DP形成漂移區(qū)，其中，第二 P+有源區(qū)(即漏極)和所述N阱NW (襯體區(qū))之間的漂移區(qū)用于實(shí)現(xiàn)漏極對(duì)襯體的高耐壓。
在本實(shí)施例中，所述高壓PMOS晶體管包括位于第一 P+有源區(qū)和第二 P+有源區(qū)之間且位于襯體區(qū)和漂移區(qū)上方的第一柵氧層、第二柵氧層和第三柵氧層，以及設(shè)置于第一柵氧層上方的第一柵極，設(shè)置于第二柵氧層上方的第二柵極，設(shè)置于第三柵氧層上方的第三柵極。從源極到漏極的三個(gè)柵氧層的厚度依次變厚，即所述第一柵氧層最薄，所述第二柵氧層較厚，第三柵氧層最厚。
所述第一柵極用于控制所述高壓PMOS晶體管的導(dǎo)通或者截至，所述第二柵極和第三柵極用于控制所述高壓PMOS晶體管實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻。例如，通過對(duì)第一柵極施加低電平以控制導(dǎo)通該高壓PMOS晶體管后，通過對(duì)第二柵極和第三柵極施加低電平以產(chǎn)生電場(chǎng)，吸引更多空穴到第二柵極下方和第三柵極下方的P阱DP (漂移區(qū))的上表面，增加空穴濃度，以減小漂移區(qū)的電阻，從而實(shí)現(xiàn)更小導(dǎo)通電阻。
與圖3所示的高壓NMOS晶體管相似，在對(duì)圖6所示的高壓PMOS晶體管進(jìn)行開啟、 關(guān)斷控制時(shí)，需要對(duì)第一柵、第二柵極和第三柵極進(jìn)行時(shí)序控制。當(dāng)控制開啟該高壓PMOS 晶體管時(shí)，先控制第一柵極的電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，以使所述高壓PMOS晶體管導(dǎo)通，延遲一段時(shí)間后，控制第二柵極的電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑詼p小該高壓PMOS晶體管的導(dǎo)通電阻，再延時(shí)一段時(shí)間后，控制第三柵極的電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，以進(jìn)一步減小該高壓PMOS晶體管的導(dǎo)通電阻，從而完成對(duì)所述高壓PMOS晶體管的開啟控制。當(dāng)控制關(guān)斷高壓PMOS晶體管時(shí)，先控制第三柵極的電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖?該高電平等于源極電壓或高于源極電壓)，以增加該P(yáng)MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，延遲一段時(shí)間后，控制第二柵極的電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖?該高電平等于源極電壓或高于源極電壓)，以進(jìn)一步增加該P(yáng)MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，再延遲一段時(shí)間后，控制第一柵極的電壓由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑越刂顾龈邏篜MOS晶體管，從而完成對(duì)所述高壓PMOS晶體管的關(guān)斷控制。這樣做的目的也是為了維持漏極(第二 P+有源區(qū))相對(duì)柵極的高耐壓，避免器件損壞。
需要解釋的是，對(duì)于PMOS晶體管，其源極和襯體一般接在一起并連接一個(gè)高電平 (比如電源)，之后在其柵極為高電平時(shí)，所述PMOS晶體管截止，在其柵極為低電平(此時(shí)柵源電壓Vgs的絕對(duì)值高于PMOS晶體管的導(dǎo)通閾值的絕對(duì)值)時(shí)，所述PMOS晶體管導(dǎo)通， 這些都是公知常識(shí)，此處不再詳細(xì)介紹。此例中的高電平和低電平都是相對(duì)的，通常來講 PMOS晶體管的柵極接低電平時(shí)，柵源電壓的絕對(duì)值大于晶體管的導(dǎo)通閾值的絕對(duì)值，從而導(dǎo)通，NMOS晶體管的柵極接高電平時(shí)，柵源電壓的絕對(duì)值小于晶體管的導(dǎo)通閾值的絕對(duì)值， 從而截止。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，圖6所示的第一柵極、第二柵極和第三柵極上施加的低電平的電壓值并不相同，第一柵極上施加的低電平的電壓值最高，第二柵極上施加的低電平的電壓值較低，第三柵極上施加的低電平的電壓值最低，即從源極到漏極的三個(gè)柵極上施加的低電平的電壓值依次降低(也可以說，從源極到漏極的三個(gè)柵極上施加的低電平的電壓值的絕對(duì)值依次增加)。這是由于柵氧層越厚，其對(duì)應(yīng)的柵極耐壓越高，可以采用在柵極上施加較低的低電平(使得柵源電壓Vgs的絕對(duì)值較大)進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻，但每個(gè)柵極上施加的低電平的絕對(duì)值不能高于其下柵氧層所能承受的最高電壓。
請(qǐng)參考圖7所示，其為對(duì)圖6中的高壓PMOS晶體管進(jìn)行開關(guān)控制時(shí)，各柵極上的控制電壓在一個(gè)實(shí)施例中的波形圖。Gl為第一柵極上施加的第一控制電壓，G2為第二柵極上施加的第二控制電壓，G3為第三柵極上施加的第三控制電壓。其中第一柵極上施加的第一控制電壓Gl的低電平的電壓值最高，第二柵極上施加的第二控制電壓G2的低電平的電壓值較低，第三柵極上施加的第三控制電源G3的低電平的電壓值最低。第二控制電壓G2 開始跳變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)刻需在第一控制電壓Gl跳變?yōu)榈碗娖街?，第三控制電壓G3開始跳變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)刻需在第二控制電壓G2跳變?yōu)榈碗娖街蟆５谌刂齐妷篏3開始跳變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻需在第二控制電壓G2跳變?yōu)楦唠娖街?，第二控制電壓G2開始跳變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻需在第一控制電壓Gl跳變?yōu)楦唠娖街啊?br> 請(qǐng)參考圖8所示，其為本發(fā)明中的高壓PMOS晶體管在另一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。該高壓PMOS晶體管也為具有三個(gè)柵極的高壓PMOS晶體管，其與圖6的區(qū)別在于，從源極到漏極的三個(gè)柵極下方各自對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的摻雜濃度逐漸增加。具體為，第一柵氧層下的漂移區(qū)(如橫線填充圖形所示)被稱為第一漂移區(qū)，其摻雜濃度較低，其摻雜濃度可以與所述深P阱DP的摻雜濃度一樣，也可以比所述深P阱DP的摻雜濃度高。第二柵氧下的漂移區(qū)(如斜網(wǎng)格線填充區(qū)所示)被稱為第二漂移區(qū)，其摻雜濃度比第一漂移區(qū)的摻雜濃度高。第三柵氧下的漂移區(qū)(如橫豎網(wǎng)格線填充區(qū)所示)被稱為第三漂移區(qū)，其摻雜濃度比第二漂移區(qū)的摻雜濃度高。這三個(gè)漂移區(qū)內(nèi)的摻雜類型都為P型，與漏極(第二 P+有源區(qū))的摻雜類型相同，越靠近漏極的漂移區(qū)摻雜濃度越高，第三漂移區(qū)的摻雜濃度小于第二 P+有源區(qū)。對(duì)于相同柵極電壓，柵極下方的漂移區(qū)摻雜濃度越高，該漂移區(qū)的空穴濃度越高，越有利于減小所述PMOS晶體管的導(dǎo)通電阻。這種漸變式的摻雜濃度有利于維持較高的漏極對(duì)襯體耐壓，但同時(shí)具有較低導(dǎo)通電阻的優(yōu)點(diǎn)?？梢酝ㄟ^對(duì)所述柵極下方的深P阱DP進(jìn)行額外離子注入，以形成漸變式漂移區(qū)。每個(gè)柵極下的漂移區(qū)的額外離子摻雜深度可根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求來調(diào)整，一般比第二 P+有源區(qū)的摻雜深度更深。
同理，本發(fā)明中的高壓PMOS晶體管可以具有兩個(gè)或者三個(gè)以上的柵極，即所述高壓PMOS晶體管包括位于源極和漏極之間且位于襯體區(qū)和漂移區(qū)上方的復(fù)數(shù)個(gè)柵氧層以及位于對(duì)應(yīng)柵氧層的復(fù)數(shù)個(gè)柵極。其中緊鄰所述源極的柵極(即第一柵極)下方的襯體區(qū)形成溝道，用于控制所述高壓PMOS晶體管的導(dǎo)通或者截至，其余柵極用于控制所述高壓PMOS晶體管實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻。從源極到漏極的各個(gè)柵氧層的厚度依次變厚。當(dāng)控制開啟所述高壓PMOS晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從高電平跳變?yōu)榈碗娖剑划?dāng)控制關(guān)斷所述高壓PMOS晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從低電平跳變?yōu)楦唠娖健脑礃O到漏極的各個(gè)柵氧成上施加的低電平的電壓值依次降低。從源極到漏極的各個(gè)柵極下方各自對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的額外摻雜濃度逐漸增加。各個(gè)柵極下方對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的額外摻雜深度深于漏極的摻雜深度。
綜上所述，本發(fā)明中的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括襯體區(qū)、自襯體區(qū)上表面向下延伸至所述襯體區(qū)內(nèi)的襯體接觸、自襯體區(qū)上表面向下延伸至所述襯體區(qū)內(nèi)的源極、與襯體區(qū)相互間隔的漏極、以及位于漏極和襯體區(qū)的漂移區(qū)，所述源極位于所述襯體接觸和所述漏極之間。所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括位于源極和漏極之間且位于襯體區(qū)和漂移區(qū)上方的復(fù)數(shù)個(gè)柵氧層以及位于對(duì)應(yīng)柵極層上方的復(fù)數(shù)個(gè)柵極，緊鄰所述源極的柵極下方的襯體區(qū)形成溝道，用于控制所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通和截止，其余柵極的下方為漂移區(qū)，用于控制所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用一個(gè)高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元作為功率開關(guān)，其可以在不增加功率開關(guān)的版圖面積的前提下，減小功率開關(guān)的導(dǎo)通電阻，從而減小其導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通功率損耗。
本文中的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的高壓是指可以耐高壓，即較普通的芯片電壓高很多，其在本文中也可能被簡(jiǎn)稱為高壓晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管或晶體管。
需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所做的任何改動(dòng)均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求
1.一種高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，其包括襯體區(qū)、自襯體區(qū)上表面向下延伸至所述襯體區(qū)內(nèi)的襯體接觸、自襯體區(qū)上表面向下延伸至所述襯體區(qū)內(nèi)的源極、與襯體區(qū)相互間隔的漏極，以及位于漏極和襯體區(qū)之間的漂移區(qū)，所述源極位于所述襯體接觸和所述漏極之間，其特征在于，所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括位于源極和漏極之間且位于漂移區(qū)和襯體區(qū)上方的復(fù)數(shù)個(gè)柵氧層以及位于對(duì)應(yīng)柵極層上的復(fù)數(shù)個(gè)柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，緊鄰所述源極的柵極下方的襯體區(qū)形成溝道，用于控制所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通和截至，其余柵極下方為漂移區(qū)，用于控制所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)更小的導(dǎo)通電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，從源極到漏極的各個(gè)柵氧層的厚度依次變厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，從源極到漏極的各個(gè)柵極下方對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的摻雜濃度逐漸增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，各個(gè)柵極下方對(duì)應(yīng)的漂移區(qū)的摻雜深度深于漏極的摻雜深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述漂移區(qū)為深N阱，所述襯體區(qū)為P阱，所述襯體接觸為P+有源區(qū)，所述源極為N+有源區(qū)，所述漏極為P+有源區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，當(dāng)控制開啟所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從低電平跳變?yōu)楦唠娖?；?dāng)控制關(guān)斷所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從高電平跳變?yōu)榈碗娖健?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，從源極到漏極的各個(gè)柵極上施加的高電平的電壓值依次增大。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述漂移區(qū)為深P阱，所述襯體區(qū)為N阱，所述襯體接觸為N+有源區(qū)，所述源極為P+有源區(qū)，所述漏極為P+有源區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，當(dāng)控制開啟所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從高電平跳變?yōu)榈碗娖?；?dāng)控制關(guān)斷所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，控制從源極到漏極的各個(gè)柵極的電壓依次從低電平跳變?yōu)楦唠娖健?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，從源極到漏極的各個(gè)柵極上施加的低電平的電壓值依次減小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括襯體區(qū)、自襯體區(qū)上表面向下延伸至所述襯體區(qū)內(nèi)的襯體接觸、自襯體區(qū)上表面向下延伸至所述襯體區(qū)內(nèi)的源極、與襯體區(qū)相互間隔的漏極，以及位于漏極和襯體區(qū)之間的漂移區(qū)，所述源極位于所述襯體接觸和所述漏極之間。所述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括位于源極和漏極之間且位于漂移區(qū)和襯體區(qū)上方的復(fù)數(shù)個(gè)柵氧層以及位于對(duì)應(yīng)柵極層上的復(fù)數(shù)個(gè)柵極。這樣，上述高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元作為功率開關(guān)，其可以在不增加功率開關(guān)的版圖面積的前提下，減小功率開關(guān)的導(dǎo)通電阻，從而減小其導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通功率損耗。
文檔編號(hào)H01L29/423GK102983166SQ20121045413
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者王釗 申請(qǐng)人:無錫中星微電子有限公司