具有改進的柵極電荷的功率半導(dǎo)體晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容總體上涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，并且具體地涉及具有開槽柵極結(jié)構(gòu)(slotted gate structure)的橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(LDMOS)以及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓穩(wěn)壓器，例如DC至DC轉(zhuǎn)換器，提供用于電子系統(tǒng)的穩(wěn)定電壓源。低功率器件尤其需要有效的DC至DC轉(zhuǎn)換器。其中一種類型的DC至DC轉(zhuǎn)換器是開關(guān)式電壓穩(wěn)壓器。開關(guān)式電壓穩(wěn)壓器通過交替地將輸入DC電壓源和負載耦接和去耦接來生成輸出電壓。耦接動作和去耦接動作能夠通過開關(guān)來執(zhí)行，同時包括電容器和電感器的低通濾波器能夠用于對開關(guān)的輸出進行濾波，以提供DC輸出電壓。
[0003]圖1示出了能夠執(zhí)行DC至DC降壓轉(zhuǎn)換的“降壓(buck)”型開關(guān)穩(wěn)壓器的示例性實施方式。例如，參考圖1，電路100包括:電壓源103、開關(guān)穩(wěn)壓器102和負載113。開關(guān)式穩(wěn)壓器102通過輸入端子114耦接至電壓源103。開關(guān)式穩(wěn)壓器102還耦接至負載113，該負載113可以是經(jīng)由輸出端子112來汲取電流的另一電路。開關(guān)式穩(wěn)壓器102包括開關(guān)電路116，該開關(guān)電路116用作為用于交替地將輸入端子114與中間端子109耦接和去耦接的功率開關(guān)。開關(guān)電路116包括第一晶體管107和第二晶體管108。通常晶體管107和晶體管108都能夠?qū)崿F(xiàn)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。晶體管107具有連接至輸入端子114的漏極，連接至中間端子109的源極，以及連接至控制線105的柵極。晶體管108具有連接至中間端子109的漏極，連接至低電壓電位115 (例如，接地)的源極，以及連接至控制線106的柵極。
[0004]開關(guān)穩(wěn)壓器102包括經(jīng)由控制線105和控制線106控制開關(guān)電路116的操作的控制器104。開關(guān)式穩(wěn)壓器102還具有輸出濾波器117，該輸出濾波器117包括連接在中間端子109和輸出端子112之間的電感器110以及與負載113并聯(lián)連接的電容器111?？刂破?04使開關(guān)電路116在第一導(dǎo)通時段與第二導(dǎo)通時段之間交替，其中，在所述第一導(dǎo)通時段內(nèi)，使第一晶體管107生效而第二晶體管108失效，以使中間端子109處于基本上等于輸入電壓的電壓，在所述第二導(dǎo)通時段內(nèi)，使第一晶體管107失效而第二晶體管108生效，以使中間端子109處于基本上等于低電壓電位115的電壓的電壓。這產(chǎn)生在中間端子109處的矩形波形，該矩形波形基本上在輸入電壓與等于電壓電位115的電壓之間切換(toggle)。中間端子109經(jīng)由輸出濾波器117耦接至輸出端子112。輸出濾波器117將中間端子109處的矩形波形轉(zhuǎn)換為輸出端子112處的基本DC電壓。在端子112處的輸出DC電壓的大小取決于中間端子109處的矩形波形的占空比。
[0005]隨著B⑶(雙極型-CM0S-DM0S)技術(shù)的廣泛使用，將控制器104、開關(guān)電路116和高精度反饋電路(圖1中未示出)集成在同一芯片上是普遍的。在具有1V至200V的輸入工作范圍的大部分單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器中，橫向雙擴散MOSFET (LDMOS)功率器件被用作開關(guān)元件。
[0006]圖2示出了常規(guī)LDMOS器件的透視圖。如圖2所示，LDMOS器件200包括摻雜有P型材料或N型材料的襯底202。在襯底202之上，器件200具有摻雜有與襯底202相同類型材料的主體區(qū)203。器件200還包括摻雜有與主體區(qū)203相反類型材料(例如，如果主體區(qū)203為P型，則摻雜N型)的漂移區(qū)208。隔離區(qū)205，其可以是例如淺溝槽隔離(STI)區(qū)的氧化物填充溝槽，被形成在漂移區(qū)208內(nèi)。器件200還包括源極區(qū)206和漏極區(qū)209，源極區(qū)206和漏極區(qū)209中的每一個摻雜有與主體區(qū)203相反類型材料。通過耦接至漏極區(qū)209的漏極端子215來達到(access)漏極。器件200還包括鄰接源極區(qū)206的主體接觸區(qū)204。鄰接的區(qū)204和區(qū)206摻雜有相反類型的材料。區(qū)204和區(qū)206利用共享接觸(shared contact)而被連接在一起，通過主體/源極端子214來達到該共享接觸。器件200還包括柵極201，該柵極201包括柵電極層207 (例如由多晶硅構(gòu)成)，柵極端子216，以及在柵電極層207下方的例如二氧化硅的絕緣層(圖2中未示出)。絕緣層與區(qū)211重疊以形成溝道，并且與區(qū)202和區(qū)212重疊以形成積累區(qū)、過渡區(qū)或頸區(qū)(neck reg1n)。絕緣層從源極區(qū)206的邊緣延伸至與隔離區(qū)205重疊。重疊區(qū)通常被稱為場板區(qū)(field platereg1n)(圖2中表示為213)。
[0007]對于圖2中所示的構(gòu)造，在被稱為反轉(zhuǎn)的過程中，向柵極端子216施加正確極性的偏壓能夠?qū)е略跂艠O氧化物之下的區(qū)211處形成電荷承載溝道(charge-carryingchannel)，在該區(qū)211處，柵極201與主體區(qū)203重疊。端子214可以用作LDMOS器件的源極?？梢酝ㄟ^向漏極端子215施加偏壓來啟動從漏極至源極的電流。在器件導(dǎo)通時，來自溝道211的溝道反轉(zhuǎn)電荷通過過渡區(qū)212和隔離區(qū)205下的漂移區(qū)208流至漏極區(qū)209，并且然后流出漏極端子215。
[0008]在圖2中的LDMOS器件200中，漂移區(qū)208能夠容許高的截止?fàn)顟B(tài)漏極-源極電壓，該漂移區(qū)208與溝道間隔開積累或過渡區(qū)。過渡區(qū)是在對器件導(dǎo)通電阻和擊穿進行優(yōu)化時的重要的設(shè)計參數(shù)。然而，因為過渡區(qū)被通常薄的柵極氧化物覆蓋，所以過渡區(qū)引入相當(dāng)大的密勒電容，并且構(gòu)成整個柵極電荷的重要部分，其導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器電路中的大的開關(guān)損耗。存在用于減小密勒電容的先前嘗試。例如，McGregor于2009年11月13日提交的題目為“MOS Power Transistor”的美國專利申請公開第2011/0115018號(在下文中稱為“McGregor”)介紹了分裂柵極結(jié)構(gòu)。雖然McGregor中的技術(shù)減少了在漂移區(qū)和過渡區(qū)上方的柵極面積，但是在McGregor中剩余的場板(通過分裂柵極而形成)需要到源極的額外線路連接。這使內(nèi)部器件布線復(fù)雜，并且由于將漏極電容耦合至場板和源極而引入額外的輸出電容。
[0009]因此，需要以下技術(shù):該技術(shù)減小功率MOSFET (特別是LDMOS器件)的柵極電容，并且在其試圖減小輸入電容時也不需要額外布線，不會增加額外的器件輸出電容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本公開內(nèi)容的實施方式的另外方面和優(yōu)點一部分將在隨后描述中給出，一部分將在下面的描述中變得明顯，或者可以通過本公開內(nèi)容的實施方式的實踐而獲知。
[0011]根據(jù)一些實施方式，一種晶體管包括:襯底；在襯底上的柵極氧化物層以及在柵極氧化物層上的柵電極層；第一端子區(qū)；第二端子區(qū)；在柵極氧化物層下方的溝道區(qū)；以及在第二端子區(qū)與溝道區(qū)之間的積累區(qū)。柵電極層包括在積累區(qū)上方的一個或更多個開口。晶體管還包括在柵極氧化物層下方的漂移區(qū)。在一些實施方式中，晶體管還包括在柵極氧化物層下方的隔離區(qū)。在一些實施方式中，隔離區(qū)包括淺溝槽隔離(STI)區(qū)，或通過硅的局部氧化(LOCOS)而形成的區(qū)。在一些實施方式中，晶體管還包括在隔離區(qū)上方的一個或更多個開口。在一些實施方式中，開口被限定在柵電極層內(nèi)。在一些實施方式中，晶體管的柵電極層上的所有區(qū)域在沒有外部布線的情況下被電連接。
[0012]根據(jù)一些實施方式，一種晶體管包括:襯底；在襯底上的柵極氧化物層以及在柵極氧化物層上的柵電極層；第一端子區(qū)；第二端子區(qū)；在柵極氧化物層下方并且與第一端子區(qū)鄰近的主體區(qū)；在柵極氧化物層下方并且與第二端子區(qū)鄰近的漂移區(qū)；以及在漂移區(qū)上并且與第二端子區(qū)鄰近的隔離區(qū)。柵電極層包括在主體區(qū)與隔離區(qū)之間的區(qū)域上方的一個或更多個開口。在一些實施方式中，隔離區(qū)包括淺溝槽隔離(STI)區(qū)。在一些實施方式中，隔離區(qū)包括通過硅的局部氧化(LOCOS)而形成的區(qū)。在一些實施方式中，晶體管還包括在隔離區(qū)上方的一個或更多個開口。
[0013]根據(jù)一些實施方式，一種用于制造晶體管的方法包括:在襯底中對第一區(qū)和第二區(qū)進行摻雜；在第二區(qū)中形成隔離區(qū)；在襯底上沉積柵極氧化物層；在柵極氧化物層上沉積柵電極層；以及在柵電極層上蝕刻一個或更多個開口。開口至少與形成第二區(qū)的襯底的部分重疊。在一些實施方式中，該方法還包括對第一區(qū)中的區(qū)域進行摻雜以形成源極區(qū)，以及對第二區(qū)中的區(qū)域進行摻雜以形成漏極區(qū)。在一些實施方式中，該方法還包括在對第一區(qū)中的區(qū)域進行摻雜以形成源極區(qū)以及對第二區(qū)中的區(qū)域進行摻雜以形成漏極區(qū)的同時，對所述一個或更多個開口進行遮擋，以防止摻雜劑進入開口。在一些實施方式中，在第二區(qū)中形成隔離區(qū)包括蝕刻溝槽以及使用氧化物填充溝槽，以形成隔離區(qū)。在一些實施方式中，在第二區(qū)中形成隔離區(qū)包括在所選區(qū)域處生長氧化物，以形成隔離區(qū)。在一些實施方式中，所述一個或更多個開口形成在第一區(qū)與隔離區(qū)之間的第二區(qū)的至少一部分上方。在一些實施方