專利名稱：橫向soi半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橫向半導(dǎo)體器件。本發(fā)明還涉及制造橫向半導(dǎo)體器件的 方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可以是二極管、金屬絕緣半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體 管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕,雙極晶體管。
背景技術(shù)：
SOI (絕緣體上硅)襯底包括半導(dǎo)體襯底、絕緣膜和半導(dǎo)體層堆疊 的結(jié)構(gòu)。已知包括SOI襯底的半導(dǎo)體層的表面上的一對(duì)主電極的橫向半 導(dǎo)體器件。利用SOI襯底的橫向半導(dǎo)體器件的特征在于浪涌電壓引起的 故障操作不容易發(fā)生，并預(yù)期成為有希望的半導(dǎo)體器件。
圖14示意性地示出了橫向二極管300的基本部分的剖視圖。二極 管300包括包含高濃度的p型雜質(zhì)的半導(dǎo)體襯底320，在半導(dǎo)體襯底 320上形成的絕緣膜330，以及在絕緣膜330上形成的半導(dǎo)體層340。半 導(dǎo)體層340包括包含高濃度的n型雜質(zhì)的陰極半導(dǎo)體區(qū)域352,包含 p型雜質(zhì)的陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域355，以及包含低濃度的n型雜質(zhì)的半導(dǎo)體 活動(dòng)區(qū)域353。半導(dǎo)體活動(dòng)區(qū)域353隔離陰極半導(dǎo)體區(qū)域352和陽(yáng)極半 導(dǎo)體區(qū)域355。陰極半導(dǎo)體區(qū)域352電連接到陰極電極。陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū) 域355電連接到陽(yáng)極電極。半導(dǎo)體襯底320固定在與陽(yáng)極電極相同的電 勢(shì)。
當(dāng)高于陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域355的電壓施加到陰極半導(dǎo)體區(qū)域352上 時(shí)，二極管300采用非導(dǎo)通狀態(tài)。在此時(shí)，耗盡層351在半導(dǎo)體活動(dòng)區(qū) 域353內(nèi)(虛線示出了耗盡層的邊緣面)從陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域355和
半導(dǎo)體有源區(qū)域353之間的pn邊界面延伸。由于半導(dǎo)體襯底320固 定在與陽(yáng)極電極相同的電勢(shì)，在耗盡層351上產(chǎn)生場(chǎng)板效應(yīng)(field plate effect)。因此，耗盡層351沿著絕緣膜330延伸。結(jié)果，包括 陰極半導(dǎo)體區(qū)域352之下的部分的寬范圍的半導(dǎo)體有源區(qū)域353耗 盡。由此半導(dǎo)體有源區(qū)域353可以承受陰極區(qū)域352和陽(yáng)極區(qū)域355 之間的電勢(shì)差。二極管300的耐壓限制到在陰極半導(dǎo)體區(qū)域352和陽(yáng) 極半導(dǎo)體區(qū)域355之間沿橫向方向形成的電場(chǎng)所承擔(dān)的電壓以及在陰 極半導(dǎo)體區(qū)域352和半導(dǎo)體襯底320之間沿豎直方向形成的電場(chǎng)所承 擔(dān)的電壓中的較低的電壓。沿橫向方向承擔(dān)的電壓可以通過延長(zhǎng)半導(dǎo) 體有源區(qū)域353的橫向方向的寬度來增大。結(jié)果，需要增大在陰極半 導(dǎo)體區(qū)域352和半導(dǎo)體襯底320之間沿豎直方向形成的電場(chǎng)所承擔(dān)的 電壓，以便增大二極管300的耐壓。
希望增大絕緣膜330所承擔(dān)的電壓，以便增大沿豎直方向承擔(dān)的 電壓。可以增大絕緣膜330的厚度，以便增大該絕緣膜330所承擔(dān)的 電壓。然而增大絕緣膜330的厚度產(chǎn)生了形成絕緣膜330所需的時(shí)間 增加的問題。此外，還存在以下問題，即當(dāng)絕緣膜330的厚度增大 時(shí)，場(chǎng)板效應(yīng)所引起的耗盡層351延伸較短的距離。因此增大絕緣膜 330的厚度是不利的。因此，希望一種增大在陰極半導(dǎo)體區(qū)域352和 半導(dǎo)體襯底320之間沿豎直方向承擔(dān)的電壓，同時(shí)將絕緣膜330的厚 度保持在預(yù)定范圍內(nèi)的技術(shù)。
為此，希望增大可由每單位厚度的絕緣膜330承擔(dān)的電壓(或電 場(chǎng))。已知可由每單位厚度的絕緣膜330承擔(dān)的電壓通常約為在半導(dǎo) 體有源區(qū)域353和絕緣膜330之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)的3倍。因 此，增大可由每單位厚度的絕緣膜330承擔(dān)的電壓的有效手段是增大 在半導(dǎo)體有源區(qū)域353和絕緣膜330之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)。
在 T. Letavic， E. Arnold, M. Simpson, R. Aquino, H. Bhimnathwala， R. Egloff， A. Emmerik， S. Mukherjee, "High Performance 600V Smart Power Technology Based on Thin Layer Silicon-on畫Insulator"， ISPSD， 1997， p.49-52中提出了一種半導(dǎo)體器
件，其中半導(dǎo)體有源區(qū)域的厚度已經(jīng)被顯著地減小。半導(dǎo)體有源區(qū)域 的厚度通過在半導(dǎo)體有源區(qū)域的表面上形成的場(chǎng)氧化層來調(diào)節(jié)。即， 半導(dǎo)體有源區(qū)域的厚度通過調(diào)節(jié)場(chǎng)氧化層延伸到半導(dǎo)體有源區(qū)域中的
深度來調(diào)節(jié)。當(dāng)場(chǎng)氧化層延伸到半導(dǎo)體有源區(qū)域內(nèi)的較深位置時(shí)，半 導(dǎo)體有源區(qū)域的厚度被調(diào)節(jié)為較薄。當(dāng)半導(dǎo)體有源區(qū)域薄時(shí)，載流子 沿著在豎直方向形成的電場(chǎng)在豎直方向必定運(yùn)動(dòng)的距離減少。當(dāng)利用 運(yùn)動(dòng)的距離積分的載流子的電離率的值(即電離積分)達(dá)到1時(shí)，雪 崩擊穿發(fā)生。當(dāng)半導(dǎo)體有源區(qū)域薄時(shí)，栽流子必定運(yùn)動(dòng)的距離減少，
并且可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。為此，在T. Letavic等的半導(dǎo)體器件 中，即使在半導(dǎo)體有源區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面處的電場(chǎng)增大，也 可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。因此，在T. Letavic等的半導(dǎo)體器件中， 在半導(dǎo)體有源區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)可被增大，可
由每單位厚度的絕緣膜承擔(dān)的電壓可被增大，并且可由絕緣膜承擔(dān)的 電壓可^皮增大。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在T. Letavic等的半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體有源區(qū)域的厚度 通過場(chǎng)氧化層延伸到半導(dǎo)體有源區(qū)域中的深度來調(diào)節(jié)。由于很難精確 地調(diào)節(jié)場(chǎng)氧化層的深度，因此當(dāng)利用該方法時(shí)很難精確地調(diào)節(jié)半導(dǎo)體 有源區(qū)域的厚度。因此，當(dāng)制造半導(dǎo)體器件時(shí)，產(chǎn)出率必定下降。此 外，需要形成厚的場(chǎng)氧化層，以便形成薄的半導(dǎo)體有源區(qū)域。形成厚 的場(chǎng)氧化層增加了成本。
智能切割SOI (Smart Cut SOI)作為以高精度減小半導(dǎo)體有源 區(qū)域的厚度的技術(shù)同樣已知。如果使用這種類型的技術(shù)，可能獲得極 薄的半導(dǎo)體有源區(qū)域。然而，極薄的半導(dǎo)體有源區(qū)域通常不具有用于
同時(shí)設(shè)置在那些半導(dǎo)體有源區(qū)域中的其它雙極元件或p通道型功率 MOS的優(yōu)選厚度。因此存在使半導(dǎo)體器件的其它性能變壞的問題。
本發(fā)明旨在提出使用不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，在半 導(dǎo)體有源區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)增大，并且由每單 位厚度的絕緣膜承擔(dān)的電壓可被增大。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面， 一種橫向半導(dǎo)體器件包括底部半導(dǎo)體區(qū)
域，其中高濃度的雜質(zhì)已被引入到半導(dǎo)體層的底面部分(即，引入到 位于半導(dǎo)體層的底部表面?zhèn)鹊牟糠郑雽?dǎo)體層和絕緣膜之間的邊界面
的附近)。橫向半導(dǎo)體器件包括表面半導(dǎo)體區(qū)域，其在半導(dǎo)體層的表 面部分(即，位于半導(dǎo)體層表面?zhèn)鹊牟糠?形成，并具有與底部半導(dǎo) 體區(qū)域的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型。此外，橫向半導(dǎo)體器件包括中間 半導(dǎo)體區(qū)域，其在底部半導(dǎo)體區(qū)域和表面半導(dǎo)體區(qū)域之間形成，具有 與底部半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型，并具有比底部半導(dǎo)體 區(qū)域的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度。
當(dāng)提供表面半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域的堆 疊結(jié)構(gòu)時(shí)，在半導(dǎo)體層的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度從底部半導(dǎo)體區(qū) 域和絕緣膜之間的邊界面向半導(dǎo)體層的表面突然降低。此外，在半導(dǎo)
反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在半導(dǎo)體層豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置，
可以在半導(dǎo)體層深處的位置形成。在半導(dǎo)體層豎直方向形成的電場(chǎng)的
強(qiáng)度變?yōu)?的位置可以通過調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域和
表面半導(dǎo)體區(qū)域的形狀，和/或調(diào)節(jié)雜質(zhì)濃度等來調(diào)節(jié)。因此，盡管
度變?yōu)閛的:置，載流子也不能在半導(dǎo)體區(qū)域的表面?zhèn)妊刎Q直方向進(jìn)
一步移動(dòng)。因此，在半導(dǎo)體層中栽流子沿豎直方向移動(dòng)的距離可以通 過調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域和表面半導(dǎo)體區(qū)域的形狀， 和/或調(diào)節(jié)雜質(zhì)濃度等來限制。在橫向半導(dǎo)體器件中載流子沿豎直方 向移動(dòng)的距離可保持很短，并且可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。因此，在 橫向半導(dǎo)體器件中，即使在底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面處
電場(chǎng)增大，也可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。因此在底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕 緣膜之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)可以增大，可由每單位厚度的絕緣膜 承擔(dān)的電壓可以增大，并且可由絕緣膜承擔(dān)的電壓可以增大。 根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，可以以橫向半導(dǎo)體器件的形式實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)
體器件。此方面的橫向半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底、在半導(dǎo)體村底 上形成的絕緣膜、以及在絕緣膜上形成的半導(dǎo)體層。所述半導(dǎo)體層包 括第一半導(dǎo)體區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域、表面半導(dǎo)體區(qū)域、底部半導(dǎo) 體區(qū)域和中間半導(dǎo)體區(qū)域。第一半導(dǎo)體區(qū)域在半導(dǎo)體層的一部分中形 成，包括第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，并與第一主電極電連接。第二半導(dǎo)體 區(qū)域在半導(dǎo)體層的另一部分中形成，與第一半導(dǎo)體區(qū)域分離，包括第 二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，并與第二主電極電連接。表面半導(dǎo)體區(qū)域在第一 半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的表面部分中形成，包
括第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，并與第二主電極電連接。底部半導(dǎo)體區(qū)域在 第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的底部部分中形
成，與表面半導(dǎo)體區(qū)域分離，并包括第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)。中間半導(dǎo) 體區(qū)域在表面半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的一部分 中形成，與第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸，并包括笫一導(dǎo)電 類型的雜質(zhì)。底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì) 濃度。
通過直接將表面半導(dǎo)體區(qū)域與第二主電極連接，或者通過使表面 半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸，由此通過第二半導(dǎo)體區(qū)域?qū)⒈砻?半導(dǎo)體區(qū)域與第二主電極連接，表面半導(dǎo)體區(qū)域可與第二主電極電連 接。
對(duì)于橫向半導(dǎo)體器件，在半導(dǎo)體層的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度 從底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面向半導(dǎo)體層的表面突然降 低。此外，在半導(dǎo)體層的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度產(chǎn)生沿豎直方向 延伸的電場(chǎng)的方向在半導(dǎo)體層內(nèi)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，在半導(dǎo)體層豎直 方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置，可以在半導(dǎo)體層的深處的位置 形成。因此，在半導(dǎo)體層中載流子沿豎直方向移動(dòng)的距離可保持很 短，并且可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。因此，在橫向半導(dǎo)體器件中，即 使在底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面處的電場(chǎng)很高，也可以控 制雪崩擊穿的發(fā)生。因此在橫向半導(dǎo)體器件中，在底部半導(dǎo)體區(qū)域和 絕緣膜之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)可以增大，可由每單位厚度的絕緣
膜承擔(dān)的電壓可以增大，并且可由絕緣膜承擔(dān)的電壓可以增大。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，優(yōu)選地，當(dāng)半導(dǎo)體器件處于關(guān)斷狀態(tài) 時(shí)，在表面半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域堆疊的區(qū) 域處豎直延伸的半導(dǎo)體層的地帶中的正空間電荷的量和負(fù)空間電荷的 量相等。
利用該橫向半導(dǎo)體器件，通過調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)體 區(qū)域和表面半導(dǎo)體區(qū)域的形狀，和/或調(diào)節(jié)雜質(zhì)濃度等，可以使正空 間電荷的量和負(fù)空間電荷的量相等。當(dāng)正空間電荷的量和負(fù)空間電荷 的量相等時(shí)，在半導(dǎo)體器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，較寬區(qū)域的底部半導(dǎo)體 區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域和表面半導(dǎo)體區(qū)域可被耗盡。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，優(yōu)選地，底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度從 底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面向底部半導(dǎo)體區(qū)域和中間半導(dǎo)
體區(qū)域之間的邊界面降低。在這種情況下，優(yōu)選地，其中底部半導(dǎo)體
導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度的十分之一或更小的位置，是距離底部半導(dǎo)體區(qū)
域和絕緣膜之間的邊界面0.5nm內(nèi)的位置。
當(dāng)?shù)撞堪雽?dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度實(shí)現(xiàn)以上關(guān)系時(shí)，在半導(dǎo)體層豎直 方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置，可以是位于半導(dǎo)體層深處的位 置。當(dāng)?shù)撞堪雽?dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度實(shí)現(xiàn)以上關(guān)系時(shí)，在半導(dǎo)體層豎直 方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置，可以是距離底部半導(dǎo)體區(qū)域和 絕緣膜之間的邊界面0.5jim內(nèi)的位置。在半導(dǎo)體層中載流子沿豎直 方向移動(dòng)的距離由此變得更短，在底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊 界面處的臨界電場(chǎng)可被增大到0.5MV/cm以上。當(dāng)獲得具有該值的臨 界電場(chǎng)時(shí)，可由每單位厚度的絕緣膜承擔(dān)的電壓顯著地變得更大。因 此，可以獲得具有高耐壓的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，優(yōu)選地，中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度從 中間半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域之間的邊界面向中間半導(dǎo)體區(qū)域和 表面半導(dǎo)體區(qū)域之間的邊界面降低。
當(dāng)中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度實(shí)現(xiàn)以上關(guān)系時(shí)，在半導(dǎo)體層豎直
方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置，可以是位于半導(dǎo)體層深處的位置。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體區(qū)域從半導(dǎo)體層的 表面延伸到絕緣膜，并與底部半導(dǎo)體區(qū)域接觸。
當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)域從半導(dǎo)體層的表面延伸到絕緣膜時(shí)，在第一半 導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面附近的雜質(zhì)濃度可被增大，并且在該
部分中形成的耗盡層的寬度的增大可被控制。因此，可以控制在第一 半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面附近的雪崩擊穿的發(fā)生。由于第一 主電極連接到第一半導(dǎo)體區(qū)域，因此通過在第一半導(dǎo)體區(qū)域和半導(dǎo)體 襯底結(jié)合的豎直方向上承擔(dān)的電壓，控制半導(dǎo)體器件的耐壓。因此， 當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)域到達(dá)絕緣膜時(shí)，在第一半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的 邊界面處的臨界電場(chǎng)可以增大，并且可由絕緣膜承擔(dān)的電壓可以增 大。在第一半導(dǎo)體區(qū)域和半導(dǎo)體襯底結(jié)合的豎直方向上承擔(dān)的電壓由 此增大，并且半導(dǎo)體器件的耐壓可以增大。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，優(yōu)選地，底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度沿 著從第 一半導(dǎo)體區(qū)域向第二半導(dǎo)體區(qū)域延伸的方向降低。
在橫向半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，由半導(dǎo)體
襯底、絕緣膜和半導(dǎo)體層形成的MOS結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的具有一個(gè)極性的空 間電荷的量從第 一半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)向第二半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)增大。當(dāng)?shù)撞堪?導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度沿著從第一半導(dǎo)體區(qū)域向第二半導(dǎo)體區(qū)域延伸的 方向降低時(shí)，可以在半導(dǎo)體器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)使底部半導(dǎo)體區(qū)域具 有另 一種極性的空間電荷的量從第 一半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)向第二半導(dǎo)體區(qū)域 側(cè)增大。因此，在半導(dǎo)體器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，較寬區(qū)域的底部半導(dǎo)
體區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域和表面半導(dǎo)體區(qū)域可被耗盡，并且可以使第 一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域之間的電勢(shì)分布均勻。因此，可以控
制電場(chǎng)局部積聚的現(xiàn)象，并且可以獲得具有較高耐壓的橫向半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，橫向半導(dǎo)體器件可以以n型通道橫向半 導(dǎo)體器件的形式實(shí)現(xiàn)。該橫向半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底、在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣膜、以及在絕緣膜上形成的半導(dǎo)體層。所述半導(dǎo)
體層包括n型阱半導(dǎo)體區(qū)域、p型阱半導(dǎo)體區(qū)域、表面半導(dǎo)體區(qū) 域、底部半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域、以及源半導(dǎo)體區(qū)域。n型阱 半導(dǎo)體區(qū)域在半導(dǎo)體層的一部分中形成，包括n型雜質(zhì)，并與漏電 極電連接。p型阱半導(dǎo)體區(qū)域在半導(dǎo)體層的另一部分中形成，與n型 阱半導(dǎo)體區(qū)域分離，包括p型雜質(zhì)，并與源電極電連接。表面半導(dǎo) 體區(qū)域在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的 表面部分中形成，包括p型雜質(zhì)，并與源電極電連接。底部半導(dǎo)體 區(qū)域在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的底 部部分中形成，與表面半導(dǎo)體區(qū)域分離，并包括n型雜質(zhì)。中間半 導(dǎo)體區(qū)域在表面半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的 一部 分中形成，與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域接觸，并包括n 型雜質(zhì)。源半導(dǎo)體區(qū)域在p型阱半導(dǎo)體區(qū)域的一部分中形成，通過p 型阱半導(dǎo)體區(qū)域與中間半導(dǎo)體區(qū)域隔離，包括n型雜質(zhì)，并與源電
極電連接。底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃 度。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，橫向半導(dǎo)體器件也可以以p型通道橫向 半導(dǎo)體器件的形式實(shí)現(xiàn)。該橫向半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體村底、在半 導(dǎo)體襯底上形成的絕緣膜、以及在絕緣膜上形成的半導(dǎo)體層。所述半 導(dǎo)體層包括n型阱半導(dǎo)體區(qū)域、p型阱半導(dǎo)體區(qū)域、表面半導(dǎo)體區(qū) 域、底部半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域、以及源半導(dǎo)體區(qū)域。n型阱 半導(dǎo)體區(qū)域在半導(dǎo)體層的一部分中形成，包括n型雜質(zhì)，并與源電 極電連接。p型阱半導(dǎo)體區(qū)域在半導(dǎo)體層的另一部分中形成，與n型 阱半導(dǎo)體區(qū)域分離，包括p型雜質(zhì)，并與漏電極電連接。表面半導(dǎo) 體區(qū)域在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的 表面部分中形成，包括p型雜質(zhì)，并與漏電極電連接。底部半導(dǎo)體 區(qū)域在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的底 部部分中形成，與表面半導(dǎo)體區(qū)域分離，并包括n型雜質(zhì)。中間半 導(dǎo)體區(qū)域在表面半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的一部分中形成，與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域接觸，并包括n 型雜質(zhì)。源半導(dǎo)體區(qū)域在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域的一部分中形成，通過n 型阱半導(dǎo)體區(qū)域與中間半導(dǎo)體區(qū)域隔離，包括p型雜質(zhì)，并與源電
極電連接。底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃 度。
根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)方面，還創(chuàng)建一種在制造橫向半導(dǎo)體器件時(shí)可 以使用的制造方法。所述制造方法在制造橫向半導(dǎo)體器件時(shí)使用，所 述橫向半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底、在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣膜、 以及在絕緣膜上形成的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層具有多個(gè)半導(dǎo)體區(qū) 域，每個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域具有特有的雜質(zhì)濃度。所述制造方法包括第一 步驟，通過第一掩模覆蓋半導(dǎo)體層，并引入雜質(zhì)；第二步驟，通過第 二掩模覆蓋半導(dǎo)體層，并引入雜質(zhì)，以及重復(fù)以上步驟"N"次。這 里，在第一步驟引入到半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)的濃度為"A"，在第二步驟 引入到半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)的濃度為"2xA"，并且在第N步引入到半導(dǎo) 體層中的雜質(zhì)的濃度為"2^xA"。掩模1~N中的每一個(gè)具有與其它 掩模不同的形狀。
為了幫助理解所述制造方法，將說明使用例如3個(gè)掩模形成半導(dǎo) 體區(qū)域的例子。出于方便的原因采用以下的說明，本發(fā)明的制造方法 并不受以下說明的限制。
在使用3個(gè)掩模的情況下，通過掩模引入的雜質(zhì)的量將為"l"、 "2，，和"4"。 "1"、 "2"和"4，，是以2的冪，即"2°"、 "2"，和"22，，的形式增 大的。利用該制造方法，可以將量為"l"的雜質(zhì)引入到第一區(qū)域， 將量為"2"的雜質(zhì)引入到第二區(qū)域，將量為"3"(即"1"和"2，，的和) 的雜質(zhì)引入到笫三區(qū)域，將量為"4，，的雜質(zhì)引入到第四區(qū)域，將量為 "5"(即"1，，和"4，，的和)的雜質(zhì)引入到第五區(qū)域，將量為"6"(即 "2"和"4"的和)的雜質(zhì)引入到第六區(qū)域，以及將量為"7"(即"1"、 "2，，和"4"的和)的雜質(zhì)引入到第七區(qū)域。即，當(dāng)所形成的部分區(qū)域的 數(shù)量加上未引入雜質(zhì)的0區(qū)域時(shí)，區(qū)域的數(shù)量等于"8"，即，2的3 次冪。
在要形成具有不同雜質(zhì)濃度的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的情況下，可以利 用以上的制造方法，使用數(shù)量比半導(dǎo)體區(qū)域的數(shù)量少的掩模來形成半 導(dǎo)體區(qū)域?？梢砸缘统杀局圃炀哂胁煌s質(zhì)濃度的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域。
利用本發(fā)明的橫向半導(dǎo)體器件，可以增大在底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕 緣膜之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)。因此，可以增大可由每單位厚度的 絕緣膜承擔(dān)的電壓，并且可以獲得具有高耐壓的橫向半導(dǎo)體器件。


圖1 (a)示意性示出第一實(shí)施方式的二極管的基本部分的剖視圖。
圖1 (b)示出在豎直方向底部半導(dǎo)體區(qū)域和中間區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
圖1 (c)示出在水平方向底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度。 圖2示出在與圖1的線A-A，對(duì)應(yīng)的豎直方向延伸的電場(chǎng)強(qiáng)度的 分布。
圖3示出第一實(shí)施方式的二極管的等勢(shì)線的分布。
圖4示意性示出第二實(shí)施方式的LDMOS的基本部分的剖視圖。
圖5示出第二實(shí)施方式的LDMOS的制造處理(1)。
圖6示出第二實(shí)施方式的LDMOS的制造處理(2)。
圖7示出第二實(shí)施方式的LDMOS的制造處理(3)。
圖8示出第二實(shí)施方式的LDMOS的制造處理(4)。
圖9示出第二實(shí)施方式的LDMOS的制造處理(5)。
圖IO示出第二實(shí)施方式的LDMOS的制造處理(6)。
圖11示出第二實(shí)施方式的LDMOS的制造處理(7)。
圖12示出第二實(shí)施方式的LDMOS的制造處理(8)。
圖13示意性示出第三實(shí)施方式的LDMOS的基本部分的剖視圖。
圖14示意性示出傳統(tǒng)實(shí)施方式的二極管的基本部分的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
將列出實(shí)施方式的重要特征。 (第一特征)當(dāng)半導(dǎo)體層的厚度是l時(shí)，優(yōu)選地，表面半導(dǎo)體區(qū)
域的厚度在0.4-0.6的范圍內(nèi)。在半導(dǎo)體層豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng) 度變?yōu)?的位置，是半導(dǎo)體層中的、與絕緣膜的邊界面附近的位置。
(第二特征)在第一特征中，當(dāng)半導(dǎo)體層的厚度是1時(shí)，優(yōu)選 地，底部半導(dǎo)體區(qū)域的厚度在0.3或更小的范圍內(nèi)。在半導(dǎo)體層豎直 方向的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置，位于半導(dǎo)體層中、半導(dǎo)體區(qū)域和絕 緣膜之間的邊界面附近。通過表面半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域相乘 的結(jié)果，電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?。
(第三特征)更優(yōu)選地，底部半導(dǎo)體區(qū)域的厚度被調(diào)節(jié)到O.lnm 或更低。當(dāng)?shù)撞堪雽?dǎo)體區(qū)域的厚度是O.lnm或更低時(shí)，位于底部半 導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)可以是0.65MV/cm或 更大。
(第四特征)優(yōu)選地，底部半導(dǎo)體區(qū)域通過離子注入形成。此 外，優(yōu)選地，在離子注入之后不進(jìn)行過度的熱擴(kuò)散?？梢允沟撞堪雽?dǎo) 體區(qū)域中的雜質(zhì)分布具有極陡的狀態(tài)。如果利用適當(dāng)?shù)臒崽幚?(950。C或更低)，已被注入的雜質(zhì)可在底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之 間的邊界面附近不均勻地分布(堆起)。在這種情況下，這對(duì)于底部 半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度以極陡的狀態(tài)分布是有利的。
(第五特征)底部半導(dǎo)體區(qū)域包括多個(gè)部分區(qū)域。每個(gè)部分區(qū)域 具有不同的雜質(zhì)濃度。
下面將參照附圖對(duì)各實(shí)施方式進(jìn)行說明。在所有實(shí)施方式的半導(dǎo) 體材料中使用硅。此外，即使使用除了硅之外的半導(dǎo)體材料，例如氮 化鎘、碳化硅、砷化鎵等，各實(shí)施方式的橫向半導(dǎo)體器件也具有相同 的操作和結(jié)果。
(第一實(shí)施方式)
圖1 (a)示意性示出橫向二極管10的基本部分的剖視圖。二極 管10包括包含高濃度的p型雜質(zhì)(通常為硼)的單晶硅半導(dǎo)體襯
底20，在半導(dǎo)體襯底20上形成的氧化硅(Si02)絕緣膜30，以及在 絕緣膜30上形成的單晶硅半導(dǎo)體層40。半導(dǎo)體襯底20、絕緣膜30 以及半導(dǎo)體層40的堆疊結(jié)構(gòu)通常稱為SOI (絕緣體上硅)襯底。半 導(dǎo)體層40的厚度T40通常調(diào)節(jié)到0.4 ~ 2nm。半導(dǎo)體襯底20可以包 括高濃度的n型雜質(zhì)(通常為磷)。半導(dǎo)體襯底20可以基本上認(rèn)為 是導(dǎo)體。
半導(dǎo)體層40包括n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51 (第一半導(dǎo)體區(qū)域的例 子)，陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55 (第二半導(dǎo)體區(qū)域的例子)，表面半導(dǎo)體 區(qū)域54，底部半導(dǎo)體區(qū)域60，和中間半導(dǎo)體區(qū)域53。
n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51在半導(dǎo)體層40的一部分中形成，并包括n 型雜質(zhì)(通常為礴)。n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié) 到5xl016~5xl017cnT3。包括高濃度n型雜質(zhì)(通常為磷)的陰極半 導(dǎo)體區(qū)域52在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51的表面中形成。陰極半導(dǎo)體區(qū)域 52可被認(rèn)為是n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51的一部分。陰極半導(dǎo)體區(qū)域52 的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié)到lxl019~lxl022cnT3。 n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51 通過陰極半導(dǎo)體區(qū)域52電連接到陰極電極。n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51從 半導(dǎo)體層40的表面延伸到絕緣膜30。如后所述，n型阱半導(dǎo)體區(qū)域 51的一部分與底部半導(dǎo)體區(qū)域60的一部分交迭。在本說明書中，該 交迭部分稱為交迭區(qū)域51a。
陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55在半導(dǎo)體層40的一部分中形成，并處于與n 型阱半導(dǎo)體區(qū)域51分離的位置。陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55包括p型雜質(zhì) (通常為硼)。陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié)到 5xl016~5xl017cnT3。陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55電連接到陽(yáng)極電極。陽(yáng)極半 導(dǎo)體區(qū)域55從半導(dǎo)體層40的表面延伸到絕緣膜30。陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū) 域55與絕緣膜30接觸。
表面半導(dǎo)體區(qū)域54在半導(dǎo)體層40的表面的一部分中形成，并位 于n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51和陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55之間。表面半導(dǎo)體區(qū)域 54包括p型雜質(zhì)(通常為硼)。在表面半導(dǎo)體區(qū)域54的厚度方向的 雜質(zhì)濃度的積分值通常被調(diào)節(jié)到lxl012~5xl012cnT2。表面半導(dǎo)體區(qū)
域54的厚度T54通常被調(diào)節(jié)到0.1 ljim。表面半導(dǎo)體區(qū)域54連接到 陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55。表面半導(dǎo)體區(qū)域54通過陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55電 連接到陽(yáng)極電極。
底部半導(dǎo)體區(qū)域60在半導(dǎo)體層40的底部表面的一部分中形成， 位于與表面半導(dǎo)體區(qū)域54分離的位置，并位于n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51 和陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55之間。底部半導(dǎo)體區(qū)域60與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域 51接觸。底部半導(dǎo)體區(qū)域60與陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55分離。底部半導(dǎo) 體區(qū)域60包括n型雜質(zhì)(通常為磷)。底部半導(dǎo)體區(qū)域60的雜質(zhì)濃 度從底部半導(dǎo)體區(qū)域60和絕緣膜30之間的邊界面向半導(dǎo)體層40的 表面?zhèn)冉档?。底部半?dǎo)體區(qū)域60的雜質(zhì)濃度限定底部半導(dǎo)體區(qū)域60 的厚度T60。如圖1 (b)所示，底部半導(dǎo)體區(qū)域60的厚度T60是從 底部半導(dǎo)體區(qū)域60和絕緣膜30之間的邊界面到其中底部半導(dǎo)體區(qū)域 60的雜質(zhì)濃度是底部半導(dǎo)體區(qū)域60和絕緣膜30之間的邊界面處的 雜質(zhì)濃度的十分之一或更小的位置之間的距離。底部半導(dǎo)體區(qū)域60 的厚度T60通常被調(diào)節(jié)到0.5nm或更小。底部半導(dǎo)體區(qū)域60包括7 個(gè)部分區(qū)域61~67。如圖l(c)所示，部分區(qū)域61~67中的每一個(gè) 都具有特有的雜質(zhì)濃度。部分區(qū)域61~67的雜質(zhì)濃度從n型阱半導(dǎo) 體區(qū)域51側(cè)向陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55側(cè)降低。部分區(qū)域61~67中的每 一個(gè)具有比中間半導(dǎo)體區(qū)域53的雜質(zhì)濃度更大的雜質(zhì)濃度。部分區(qū) 域61~67的雜質(zhì)濃度從陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55側(cè)向n型阱半導(dǎo)體區(qū)域 51以整數(shù)倍增大。在部分區(qū)域67 (其具有最大的雜質(zhì)濃度)的厚度 方向的雜質(zhì)濃度的積分值，通常被調(diào)節(jié)到lxl012~5xl012cnT2。此 外，如上所述，n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51的一部分與底部半導(dǎo)體區(qū)域60 的一部分交迭，形成交迭區(qū)域51a。因此，交迭區(qū)域51a中的雜質(zhì)濃 度極高。
中間半導(dǎo)體區(qū)域53在表面半導(dǎo)體區(qū)域54和底部半導(dǎo)體區(qū)域60 之間的半導(dǎo)體層40中形成，并與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51和陽(yáng)極半導(dǎo)體 區(qū)域55接觸。中間半導(dǎo)體區(qū)域53包括低濃度的n型雜質(zhì)(通常為 磷)。位于表面半導(dǎo)體區(qū)域54和底部半導(dǎo)體區(qū)域60之間的中間半導(dǎo)
體區(qū)域53的一部分的雜質(zhì)濃度低于底部半導(dǎo)體區(qū)域60的雜質(zhì)濃度。 此外，如圖1 (b)所示，中間半導(dǎo)體區(qū)域53的雜質(zhì)濃度從底部表面 側(cè)向頂部表面?zhèn)冉档汀Ｈ绾笏?，中間半導(dǎo)體區(qū)域53通過向半導(dǎo)體 層40引入雜質(zhì)形成。向半導(dǎo)體層40和絕緣膜30之間的邊界面的附 近53a引入雜質(zhì)。因此中間半導(dǎo)體區(qū)域53的峰值雜質(zhì)濃度位于與絕 緣膜30的邊界面的附近53a。中間半導(dǎo)體區(qū)域53的一部分之后通過 進(jìn)一步引入雜質(zhì)形成到底部半導(dǎo)體區(qū)域60中。在底部半導(dǎo)體區(qū)域60 形成之前，在中間半導(dǎo)體區(qū)域53的厚度方向的雜質(zhì)濃度的積分值通 常被調(diào)節(jié)到lxl012~5xl012cirT2。因此，當(dāng)二極管IO處于非導(dǎo)通狀態(tài) 時(shí)，中間半導(dǎo)體區(qū)域53的空間電荷量和表面半導(dǎo)體區(qū)域54的空間電 荷量相等。
如上所述，中間半導(dǎo)體區(qū)域53的峰值雜質(zhì)濃度位于中間半導(dǎo)體 區(qū)域53和絕緣膜30之間的邊界面的附近53a處。在邊界面的附近 53a處的中間半導(dǎo)體區(qū)域53的雜質(zhì)濃度也可以被調(diào)節(jié)到比底部半導(dǎo) 體區(qū)域60的表面?zhèn)鹊碾s質(zhì)濃度更大。位于表面半導(dǎo)體區(qū)域54和底部 半導(dǎo)體區(qū)域60之間的中間半導(dǎo)體區(qū)域53的部分的雜質(zhì)濃度被調(diào)節(jié)到 小于底部半導(dǎo)體區(qū)域60的雜質(zhì)濃度。中間半導(dǎo)體區(qū)域53的部分的雜 質(zhì)濃度也可以被調(diào)節(jié)到大于底部半導(dǎo)體區(qū)域60的雜質(zhì)濃度。
二極管10包括位于半導(dǎo)體層40的底部部分處的底部半導(dǎo)體區(qū)域 60,并且底部半導(dǎo)體區(qū)域60通過引入高濃度的n型雜質(zhì)形成。二極 管10包括位于半導(dǎo)體層40的表面部分處的表面半導(dǎo)體區(qū)域54,并 且表面半導(dǎo)體區(qū)域54通過引入p型雜質(zhì)形成。此外，二極管10包括 位于底部半導(dǎo)體區(qū)域60和表面半導(dǎo)體區(qū)域54之間的中間半導(dǎo)體區(qū)域 53，并且中間半導(dǎo)體區(qū)域53通過引入低濃度的n型雜質(zhì)形成。由于 二極管10包括表面半導(dǎo)體區(qū)域54、中間半導(dǎo)體區(qū)域53和底部半導(dǎo) 體區(qū)域60的堆疊結(jié)構(gòu)，因此二極管10在半導(dǎo)體層40的豎直方向表 現(xiàn)出與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布。
圖2示出了沿圖1的線A-A，在豎直方向延伸的電場(chǎng)強(qiáng)度的分 布。圖2示出當(dāng)二極管IO處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在半導(dǎo)體層40和絕緣
膜30的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度的分布。圖2的實(shí)線示出了二極 管10的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布，而圖2的虛線示出了用于比較的現(xiàn)有技術(shù) 二極管的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布。這里，用于比較的二極管是不包括表面半 導(dǎo)體區(qū)域54和底部半導(dǎo)體區(qū)域60的二極管。此外，圖3示出了二極 管10的等勢(shì)線的分布。為了清楚，在圖3中省略了附圖標(biāo)記、陰影 等。
如圖2所示，在二極管10的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度從底部 半導(dǎo)體區(qū)域60和絕緣膜30之間的邊界面向半導(dǎo)體層40的內(nèi)部突然 降低。在半導(dǎo)體層40的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度產(chǎn)生在半導(dǎo)體層 40內(nèi)電場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。如圖2所示，在半導(dǎo)體層40內(nèi)，電場(chǎng)的 幅值在正和負(fù)之間反轉(zhuǎn)。由于表面半導(dǎo)體區(qū)域54的存在，可以獲得 該現(xiàn)象。由于存在表面半導(dǎo)體區(qū)域54，因此如圖3所示，在半導(dǎo)體 層40內(nèi)等勢(shì)線以彎線的形式形成。此外底部半導(dǎo)體區(qū)域60、中間半 導(dǎo)體區(qū)域53和表面半導(dǎo)體區(qū)域54的組合導(dǎo)致將在半導(dǎo)體層40中的 較深位置處形成電勢(shì)線的至高點(diǎn)。因此，在半導(dǎo)體層40的豎直方向 形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度從底部半導(dǎo)體區(qū)域60和絕緣膜30之間的邊界面向 半導(dǎo)體層40的內(nèi)部突然降低。對(duì)于二極管10，調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域 60、中間半導(dǎo)體區(qū)域53和表面半導(dǎo)體區(qū)域54的雜質(zhì)濃度和形狀，使 得在半導(dǎo)體層40的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置是底部 半導(dǎo)體區(qū)域60和中間半導(dǎo)體區(qū)域53的邊界面。因此，在半導(dǎo)體層 40的豎直方向形成的電場(chǎng)中，正和負(fù)的強(qiáng)度在底部半導(dǎo)體區(qū)域60和 中間半導(dǎo)體區(qū)域53之間反轉(zhuǎn)。底部半導(dǎo)體區(qū)域60具有正的電場(chǎng)強(qiáng) 度，并且中間半導(dǎo)體區(qū)域53和表面半導(dǎo)體區(qū)域54具有負(fù)的電場(chǎng)強(qiáng) 度。因此，盡管電子在底部半導(dǎo)體區(qū)域60內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)，但是 電子也無法在中間半導(dǎo)體區(qū)域53和表面半導(dǎo)體區(qū)域54內(nèi)沿豎直方向 移動(dòng)。因此，在半導(dǎo)體層40內(nèi)電子沿豎直方向移動(dòng)的距離可以限制 到底部半導(dǎo)體區(qū)域60的厚度T60。當(dāng)相對(duì)于移動(dòng)的距離進(jìn)行積分的 電子的電離率的值(即電離積分)達(dá)到1時(shí)，雪崩擊穿發(fā)生。對(duì)于二 極管10，電子移動(dòng)的距離可被限制到底部半導(dǎo)體區(qū)域60的厚度
T60。因此，通過調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域60的厚度T60,可以控制雪 崩擊穿的發(fā)生。因此，對(duì)于二極管10，即使在底部半導(dǎo)體區(qū)域60和 絕緣膜30之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)10a增大，也可以控制雪崩擊 穿的發(fā)生。
作為對(duì)比，對(duì)于用于比較的現(xiàn)有技術(shù)的二極管，在豎直方向形成 的電場(chǎng)的強(qiáng)度沿著半導(dǎo)體層的內(nèi)部為正。因此，電子移動(dòng)的距離是半 導(dǎo)體層的厚度。因此，當(dāng)半導(dǎo)體層的電場(chǎng)增大時(shí)，擊穿頻繁地發(fā)生。 在比較二極管中，在半導(dǎo)體層和絕緣膜之間的邊界面處的臨界電場(chǎng) 12a不能增大。如圖2所示，可以使二極管10的底部半導(dǎo)體區(qū)域60 和絕緣膜30之間邊界面處的臨界電場(chǎng)10a大于比較二極管的半導(dǎo)體 層和絕緣膜之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)12a。
由于在二極管10中雪崩擊穿的發(fā)生被控制，因此底部半導(dǎo)體區(qū) 域60和絕緣膜30之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)10a可被增大?？捎擅?單位厚度的絕緣膜30承擔(dān)的電壓約為底部半導(dǎo)體區(qū)域60和絕緣膜 30之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)10a的3倍。因此在二極管10中，通 過增大臨界電場(chǎng)，可以增大可由每單位厚度的絕緣膜30承擔(dān)的電 壓。由此可以增大可由絕緣膜30承擔(dān)的電壓。
以下列出二極管10的其它特征。
(1)在半導(dǎo)體層40的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置 與底部半導(dǎo)體區(qū)域60的厚度T60具有很強(qiáng)的關(guān)系。因此，優(yōu)選地， 底部半導(dǎo)體區(qū)域60的厚度T60在0.5nm的范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)撞堪雽?dǎo)體區(qū) 域60的厚度T60被調(diào)節(jié)到0.5nm內(nèi)時(shí)，電子在底部半導(dǎo)體區(qū)域60 內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)的距離減小，并且底部半導(dǎo)體區(qū)域60和絕緣膜30 之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)10a可增大到0.5MV/cm或更大。通常， 具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的臨界電場(chǎng)處于0.25MV/cm ~ 0.4MV/cm的范圍內(nèi)。如 果能夠獲得0.5MV/cm或更大的臨界電場(chǎng)，則可以使可由每單位厚度 的絕緣膜30承擔(dān)的電壓顯著地大于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此外，更優(yōu)選地，將 底部半導(dǎo)體區(qū)域60的厚度T60調(diào)節(jié)到O.lnm之內(nèi)。當(dāng)?shù)撞堪雽?dǎo)體區(qū) 域60的厚度T60在O.lnm之內(nèi)時(shí)，在邊界面處的臨界電場(chǎng)10a可被
增大到0.65MV/cm或更大。
(2) 二極管10包括其中n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51的一部分與底部 半導(dǎo)體區(qū)域60的一部分交迭的交迭區(qū)域51a。交迭區(qū)域51a的雜質(zhì) 濃度較高。交迭區(qū)域51a設(shè)置在陰極半導(dǎo)體區(qū)域52之下。交迭區(qū)域 51a可控制在陰極半導(dǎo)體區(qū)域52之下的耗盡層的寬度的增大。通過 減小耗盡層的寬度，可以減小電子在耗盡層上移動(dòng)的距離。因此，可 以控制雪崩擊穿的發(fā)生。因此陰極半導(dǎo)體區(qū)域52之下的臨界電場(chǎng)可 被增大，并且可由每單位厚度的絕緣膜30承擔(dān)的電壓可被增大。
(3) 底部半導(dǎo)體區(qū)域60的雜質(zhì)濃度從n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51側(cè) 向陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55側(cè)降低。具有這種類型的濃度分布的底部半導(dǎo) 體區(qū)域60適合于獲得n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51和陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū)域55之 間的RESURF效應(yīng)。即形成具有這種類型的濃度分布的底部半導(dǎo)體 區(qū)域60，以相對(duì)于由半導(dǎo)體襯底20、絕緣膜30和半導(dǎo)體層40形成 的MOS結(jié)構(gòu)的電容器工作。形成底部半導(dǎo)體區(qū)域60以消除在非導(dǎo) 通狀態(tài)下的MOS結(jié)構(gòu)的電容器中累積的負(fù)空間電荷的量。因此，當(dāng) 二極管IO處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在中間半導(dǎo)體區(qū)域53已經(jīng)耗盡時(shí)的正 空間電荷的量和在底部半導(dǎo)體區(qū)域60已經(jīng)耗盡時(shí)的正空間電荷的量 之和，與在表面半導(dǎo)體區(qū)域54已經(jīng)耗盡時(shí)的負(fù)空間電荷的量和在 MOS結(jié)構(gòu)的電容器中累積的負(fù)空間電荷的量之和相等。在二極管10 中，包括在半導(dǎo)體層40的豎直延伸范圍內(nèi)的正空間電荷和負(fù)空間電 荷的量相互抵消，該半導(dǎo)體層40包括堆疊的底部半導(dǎo)體區(qū)域60、中 間半導(dǎo)體區(qū)域53和表面半導(dǎo)體區(qū)域54。這可以通過以下公式表示
<formula>formula see original document page 23</formula>這里，qns(m是在中間半導(dǎo)體區(qū)域53已經(jīng)耗盡時(shí)的正空間電荷的量。 此外，基于在形成為二極管之前半導(dǎo)體層40中包含的雜質(zhì)以及在形 成中間半導(dǎo)體區(qū)域53時(shí)引入的雜質(zhì)，確定中間半導(dǎo)體區(qū)域53的正空
間電荷的量。qbwnbl(x)是在底部半導(dǎo)體區(qū)域60已經(jīng)耗盡時(shí)的正空間
電荷的量。對(duì)于Qbwnbl(x)，正空間電荷的量根據(jù)沿橫向方向的距離 x而變化。對(duì)于QBWNBL(x)，更大量的正空間電荷出現(xiàn)在接近n型阱
半導(dǎo)體區(qū)域51的側(cè)。QpTOP是在表面半導(dǎo)體區(qū)域54已經(jīng)耗盡時(shí)的負(fù) 空間電荷的量。(eox/Tbox).V(x)是由MOS結(jié)構(gòu)的電容器累積的負(fù)空 間電荷的量。對(duì)于(eox/Tbox).V(x)，負(fù)空間電荷的量根據(jù)施加到陰極 半導(dǎo)體區(qū)域52的電壓V(x)以及在橫向方向的距離x變化。對(duì)于 (eox/Tbox).V(x)，更大量的正空間電荷出現(xiàn)在接近n型阱半導(dǎo)體區(qū)域 51的側(cè)。當(dāng)二極管10處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在陰極電極上施加高壓， 因此底部半導(dǎo)體區(qū)域60相對(duì)于MOS結(jié)構(gòu)的電容器工作，并且底部 半導(dǎo)體區(qū)域60的雜質(zhì)濃度從n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51側(cè)向陽(yáng)極半導(dǎo)體區(qū) 域55側(cè)降低。因此，可以獲得更有效的RESURF效應(yīng)。因此，在二 極管10處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，可使n型阱半導(dǎo)體區(qū)域51和陽(yáng)極半導(dǎo)體 區(qū)域55之間的電勢(shì)分布具有均勻的狀態(tài)。從而可以控制電場(chǎng)局部集 中的現(xiàn)象，并且可以增大二極管10的耐壓。此外，以上公式的技術(shù) 概念還適用于下述第二和第三實(shí)施方式。
(4)通過利用離子注入技術(shù)形成底部半導(dǎo)體區(qū)域60。此外，在離 子已經(jīng)注入之后，不在底部半導(dǎo)體區(qū)域60上進(jìn)行過度的熱擴(kuò)散(其 指950。C或更高的熱處理)。因此，在底部半導(dǎo)體區(qū)域60的豎直方 向的雜質(zhì)分布具有極陡的狀態(tài)。由于不進(jìn)行熱擴(kuò)散，因此可以使在底 部半導(dǎo)體區(qū)域60的豎直方向的厚度T60極薄。由于底部半導(dǎo)體區(qū)域 60的厚度T60極薄，因此可以減小電子在豎直方向移動(dòng)的距離，并 且可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。 (第二實(shí)施方式)
圖4示意性示出橫向n型通道LDMOS (橫向擴(kuò)散MOS) 100的 基本部分的剖視圖。LDMOS 100包括包含高濃度的p型雜質(zhì)的單 晶硅半導(dǎo)體襯底120，在半導(dǎo)體襯底120上形成的氧化硅(Si02)絕 緣膜130，以及在絕緣膜130上形成的單晶硅半導(dǎo)體層140。半導(dǎo)體 層140的厚度T140通常被調(diào)節(jié)到0.4 ~ 2nm。半導(dǎo)體襯底120可以包 括高濃度的n型雜質(zhì)(通常為磷)，半導(dǎo)體襯底120可以基本上認(rèn)為 是導(dǎo)體。
半導(dǎo)體層140包括n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151， p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155，表面半導(dǎo)體區(qū)域154，底部半導(dǎo)體區(qū)域160，中間半導(dǎo)體區(qū)域 153和源半導(dǎo)體區(qū)域182。
n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151在半導(dǎo)體層140的一部分中形成，并包括 n型雜質(zhì)(通常為磷)。n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151的雜質(zhì)濃度通常被調(diào) 節(jié)到5xl016~5xl017cnT3。包括高濃度的n型雜質(zhì)(通常為磷)的漏 半導(dǎo)體區(qū)域152在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151的表面部分形成。漏半導(dǎo)體 區(qū)域152可被認(rèn)為是n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151的一部分。漏半導(dǎo)體區(qū)域 152的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié)到lxl019~lxl022cnT3。 n型阱半導(dǎo)體區(qū)域 151通過漏半導(dǎo)體區(qū)域152電連接到漏電極D。 n型阱半導(dǎo)體區(qū)域 151從半導(dǎo)體層140的表面延伸到絕緣膜130。 LDMOS 100包括其 中n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151的一部分與底部半導(dǎo)體區(qū)域160的一部分交 迭的交迭區(qū)域151a。
p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155在半導(dǎo)體層140的一部分中形成，并位于 與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151分離的位置。p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155包括p 型雜質(zhì)(通常為硼)。p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié) 到5xl016~5xl017cm-3。包括高濃度的p型雜質(zhì)(通常為硼)的阱接 觸半導(dǎo)體區(qū)域186在p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155的表面部分中提供。阱接 觸半導(dǎo)體區(qū)域186的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié)到lxl019~lxl022cnT3。阱 接觸半導(dǎo)體區(qū)域186可以認(rèn)為是p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155的一部分。p 型阱半導(dǎo)體區(qū)域155通過阱接觸半導(dǎo)體區(qū)域186電連接到源電極S。 p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155從半導(dǎo)體層140的表面延伸到其底面。p型阱 半導(dǎo)體區(qū)域155與絕緣膜130接觸。
表面半導(dǎo)體區(qū)域154在半導(dǎo)體層140的表面的一部分中形成，并 位于n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155之間。表面半 導(dǎo)體區(qū)域154包括p型雜質(zhì)(通常為硼)。在表面半導(dǎo)體區(qū)域154的 厚度方向的雜質(zhì)濃度的積分值通常被調(diào)節(jié)到lxl012~5xl012cnT2。表 面半導(dǎo)體區(qū)域154的厚度T154通常被調(diào)節(jié)到0.1~lnm。表面半導(dǎo)體 區(qū)域154包括接觸半導(dǎo)體區(qū)域172。接觸半導(dǎo)體區(qū)域172的雜質(zhì)濃度 通常被調(diào)節(jié)到lxl019~lxl022cm-3。表面半導(dǎo)體區(qū)域154通過接觸半
導(dǎo)體區(qū)域172電連接到源電極S。
底部半導(dǎo)體區(qū)域160在半導(dǎo)體層140的底部表面的一部分中形 成，位于與表面半導(dǎo)體區(qū)域154分離的位置，并位于n型阱半導(dǎo)體區(qū) 域151和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155之間，底部半導(dǎo)體區(qū)域160與n型 阱半導(dǎo)體區(qū)域151接觸，并與p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155分離。底部半導(dǎo) 體區(qū)域160包括n型雜質(zhì)(通常為磷)。底部半導(dǎo)體區(qū)域160的雜質(zhì) 濃度從底部半導(dǎo)體區(qū)域160和絕緣膜130之間的邊界面向底部半導(dǎo)體 區(qū)域160的表面?zhèn)冉档?。底部半?dǎo)體區(qū)域160的雜質(zhì)濃度限定底部半 導(dǎo)體區(qū)域160的厚度T160。底部半導(dǎo)體區(qū)域160的厚度T160是從底 部半導(dǎo)體區(qū)域160和絕緣膜130之間的邊界面到其中底部半導(dǎo)體區(qū)域 160的雜質(zhì)濃度是底部半導(dǎo)體區(qū)域160和絕緣膜130之間的邊界面處 的雜質(zhì)濃度的十分之一或更少的位置之間的距離。底部半導(dǎo)體區(qū)域 160的厚度T160通常被調(diào)節(jié)到0.5nm或更小。底部半導(dǎo)體區(qū)域160 包括7個(gè)部分區(qū)域161 ~ 167。部分區(qū)域161 ~ 167中的每一個(gè)都具有 特有的雜質(zhì)濃度。部分區(qū)域161 ~ 167的雜質(zhì)濃度從n型阱半導(dǎo)體區(qū) 域151側(cè)向p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155側(cè)降低。部分區(qū)域161~167中的 每一個(gè)具有比中間半導(dǎo)體區(qū)域153的雜質(zhì)濃度更大的雜質(zhì)濃度。部分 區(qū)域161 ~ 167的雜質(zhì)濃度從p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155側(cè)向n型阱半導(dǎo) 體區(qū)域151以整數(shù)倍增大。在部分區(qū)域167 (其具有最大的雜質(zhì)濃 度)的厚度方向的雜質(zhì)濃度的積分值，通常被調(diào)節(jié)到lxl012~ 5xl012cirT2。此外，如上所述，n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151的一部分與底 部半導(dǎo)體區(qū)域160的一部分交迭，由此形成交迭區(qū)域151a。因此， 交迭區(qū)域151a中的雜質(zhì)濃度極高。
中間半導(dǎo)體區(qū)域153在表面半導(dǎo)體區(qū)域154和底部半導(dǎo)體區(qū)域 160之間的半導(dǎo)體層140中形成，并與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151和p型 阱半導(dǎo)體區(qū)域155接觸。中間半導(dǎo)體區(qū)域153包括低濃度的n型雜質(zhì) (通常為磷)。位于表面半導(dǎo)體區(qū)域154和底部半導(dǎo)體區(qū)域160之間 的中間半導(dǎo)體區(qū)域153的一部分的雜質(zhì)濃度低于底部半導(dǎo)體區(qū)域160 的雜質(zhì)濃度。此外，中間半導(dǎo)體區(qū)域153的雜質(zhì)濃度從底部表面?zhèn)认?br> 頂部表面?zhèn)冉档?。如后所述，中間半導(dǎo)體區(qū)域153通過向半導(dǎo)體層 140引入雜質(zhì)形成。向半導(dǎo)體層140和絕緣膜130之間的邊界面的附 近153a引入雜質(zhì)。因此中間半導(dǎo)體區(qū)域153的峰值雜質(zhì)濃度位于與 絕緣膜130的邊界面的附近153a。中間半導(dǎo)體區(qū)域153的一部分之 后通過進(jìn)一步引入雜質(zhì)形成到底部半導(dǎo)體區(qū)域160中。在底部半導(dǎo)體 區(qū)域160形成之前，在中間半導(dǎo)體區(qū)域153的厚度方向的雜質(zhì)濃度的 積分值通常被調(diào)節(jié)到lxl012~5xl012cm-2。因此，中間半導(dǎo)體區(qū)域 153的空間電荷的量和表面半導(dǎo)體區(qū)域154的空間電荷的量相等。
如上所述，中間半導(dǎo)體區(qū)域153的峰值雜質(zhì)濃度位于中間半導(dǎo)體 區(qū)域153和絕緣膜130之間的邊界面的附近153a處。在邊界面的附 近153a處的中間半導(dǎo)體區(qū)域153的雜質(zhì)濃度也可以被調(diào)節(jié)到比底部 半導(dǎo)體區(qū)域160的表面?zhèn)忍幍碾s質(zhì)濃度更大。位于表面半導(dǎo)體區(qū)域 154和底部半導(dǎo)體區(qū)域160之間的中間半導(dǎo)體區(qū)域153的部分的雜質(zhì) 濃度被調(diào)節(jié)到小于底部半導(dǎo)體區(qū)域160的雜質(zhì)濃度。中間半導(dǎo)體區(qū)域 153的部分的雜質(zhì)濃度也可以被調(diào)節(jié)到大于底部半導(dǎo)體區(qū)域160的雜 質(zhì)濃度。
源半導(dǎo)體區(qū)域182形成在p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155的表面部分上， 并且通過p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155與中間半導(dǎo)體區(qū)域153相隔離。源半 導(dǎo)體區(qū)域182包括高濃度的n型雜質(zhì)(通常為礴)。源半導(dǎo)體區(qū)域 182電連接到源電極S。隔離絕緣膜184在源半導(dǎo)體區(qū)域182和阱接 觸半導(dǎo)體區(qū)域186之間形成。
LDMOS 100包括柵絕緣膜174和柵電極176。柵電極176通過 柵絕緣膜174面對(duì)p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155，該p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155 隔離源半導(dǎo)體區(qū)域182和中間半導(dǎo)體區(qū)域153。
LDMOS 100還包括場(chǎng)氧化膜164。場(chǎng)氧化膜164形成在n型阱 半導(dǎo)體區(qū)域151和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155之間的半導(dǎo)體層140的表面 上。第一平面電極166形成在p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155側(cè)的場(chǎng)氧化膜 164的表面的一部分中。第一平面電極166電連接到柵電極G。第二 平面電極162形成在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151側(cè)的場(chǎng)氧化膜164的表面 的一部分中。第二平面電極162電連接到漏電極D。
增大LDMOS 100的耐壓的操作和效果與第一實(shí)施方式的二極管 10的操作和效果基本上相同。即，由于LDMOS 100包括表面半導(dǎo) 體區(qū)域154、中間半導(dǎo)體區(qū)域153和底部半導(dǎo)體區(qū)域160， LDMOS 100在半導(dǎo)體層140的豎直方向表現(xiàn)出與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的電場(chǎng)強(qiáng)度的 分布。在LDMOS 100的半導(dǎo)體層140的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度 從底部半導(dǎo)體區(qū)域160和絕緣膜130之間的邊界面向半導(dǎo)體層140的 內(nèi)部突然降低。在半導(dǎo)體層140的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度產(chǎn)生在 半導(dǎo)體層140內(nèi)電場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在半導(dǎo)體層140內(nèi)，電場(chǎng)的幅 值在正和負(fù)之間反轉(zhuǎn)。對(duì)于LDMOS 100，調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域 160、中間半導(dǎo)體區(qū)域153和表面半導(dǎo)體區(qū)域154的雜質(zhì)濃度和形 狀，使得在半導(dǎo)體層140的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置 是底部半導(dǎo)體區(qū)域160和中間半導(dǎo)體區(qū)域153的邊界面。因此，在半 導(dǎo)體層140的豎直方向形成的電場(chǎng)中，正和負(fù)的強(qiáng)度在底部半導(dǎo)體區(qū) 域160和中間半導(dǎo)體區(qū)域153之間反轉(zhuǎn)。底部半導(dǎo)體區(qū)域160具有正 的電場(chǎng)強(qiáng)度，而中間半導(dǎo)體區(qū)域153和表面半導(dǎo)體區(qū)域154具有負(fù)的 電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，盡管電子在底部半導(dǎo)體區(qū)域160內(nèi)沿豎直方向移 動(dòng)，但是電子也無法在中間半導(dǎo)體區(qū)域153和表面半導(dǎo)體區(qū)域154內(nèi) 沿豎直方向移動(dòng)。因此，在半導(dǎo)體層140內(nèi)載流子沿豎直方向移動(dòng)的 距離可以限制到底部半導(dǎo)體區(qū)域160的厚度T160。當(dāng)相對(duì)于移動(dòng)的 距離進(jìn)行積分的電子的電離率的值(即電離積分)達(dá)到1時(shí)，雪崩擊 穿發(fā)生。對(duì)于LDMOS 100，電子移動(dòng)的距離可以被限制到底部半導(dǎo) 體區(qū)域160的厚度T160。因此，通過調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域160的厚 度，可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。因此，對(duì)于LDMOS 100，即使在底 部半導(dǎo)體區(qū)域160和絕緣膜130之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)增大，也 可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。
由于在LDMOS 100中雪崩擊穿的發(fā)生被控制，因此底部半導(dǎo)體 區(qū)域160和絕緣膜130之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)可被增大。可由每 單位厚度的絕緣膜130承擔(dān)的電壓約為底部半導(dǎo)體區(qū)域160和絕緣膜
130之間邊界面處的臨界電場(chǎng)的3倍。因此在LDMOS 100中，通過 增大臨界電場(chǎng)，可以增大可由每單位厚度的絕緣膜130承擔(dān)的電壓。 由此可以增大可由絕緣膜130承擔(dān)的電壓。 以下列出LDMOS 100的其它特征。
(1) 在半導(dǎo)體層140的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位 置與底部半導(dǎo)體區(qū)域160的厚度T160具有很強(qiáng)的關(guān)系。因此，底部 半導(dǎo)體區(qū)域160的厚度T160形成在0.5nm的范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)撞堪雽?dǎo)體 區(qū)域160的厚度被調(diào)節(jié)到0.5nm內(nèi)時(shí)，電子在底部半導(dǎo)體區(qū)域160 內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)的距離減小，并且底部半導(dǎo)體區(qū)域160和絕緣膜 130之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)可增大到0.5MV/cm或更大。通常， 具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的臨界電場(chǎng)處于0.25MV/cm ~ 0.4MV/cm的范圍內(nèi)。如 果能夠獲得0.5MV/cm或更大的臨界電場(chǎng)，則可以使可由每單位厚度 的絕緣膜130承擔(dān)的電壓顯著地大于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此外，更優(yōu)選地，將 底部半導(dǎo)體區(qū)域160的厚度T160調(diào)節(jié)到O.lnm之內(nèi)。當(dāng)?shù)撞堪雽?dǎo)體 區(qū)域160的厚度T160在O.lnm之內(nèi)時(shí)，在邊界面處的臨界電場(chǎng)可被 增大到0.65MV/cm或更大。
(2) LDMOS 100包括其中n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151的一部分與底 部半導(dǎo)體區(qū)域160的一部分交迭的交迭區(qū)域151a。交迭區(qū)域151a的 雜質(zhì)濃度較高。交迭區(qū)域151a設(shè)置在漏半導(dǎo)體區(qū)域152之下。交迭 區(qū)域151a可控制在漏半導(dǎo)體區(qū)域152之下的耗盡層的寬度的增大。 通過減小耗盡層的寬度，可以減小電子在耗盡層上移動(dòng)的距離。因 此，可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。因此漏半導(dǎo)體區(qū)域152之下的臨界電 場(chǎng)可被增大，并且可由每單位厚度的絕緣膜130承擔(dān)的電壓可被增 大。
(3) 底部半導(dǎo)體區(qū)域160的雜質(zhì)濃度從n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151 側(cè)向p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155側(cè)降低。具有這種類型的濃度分布的底部 半導(dǎo)體區(qū)域160適合于獲得n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151和p型阱半導(dǎo)體 區(qū)域155之間的RESURF效應(yīng)。即形成具有這種類型的濃度分布的 底部半導(dǎo)體區(qū)域160，以相對(duì)于由半導(dǎo)體襯底120、絕緣膜130和半
導(dǎo)體層140形成的MOS結(jié)構(gòu)的電容器工作。形成底部半導(dǎo)體區(qū)域 160以消除在非導(dǎo)通狀態(tài)下的MOS結(jié)構(gòu)的電容器中累積的負(fù)空間電 荷的量。因此，當(dāng)LDMOS 100處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，在中間半導(dǎo)體區(qū)域 153已經(jīng)耗盡時(shí)的正空間電荷的量和在底部半導(dǎo)體區(qū)域160已經(jīng)耗盡 時(shí)的正空間電荷的量之和，與在當(dāng)表面半導(dǎo)體區(qū)域154已經(jīng)耗盡時(shí)的 負(fù)空間電荷的量和在MOS結(jié)構(gòu)的電容器中累積的負(fù)空間電荷的量之 和相等。在LDMOS 100中，包括在半導(dǎo)體層140的豎直延伸范圍內(nèi) 的正空間電荷和負(fù)空間電荷的量相互抵消，該半導(dǎo)體層140包括堆疊 的底部半導(dǎo)體區(qū)域160、中間半導(dǎo)體區(qū)域153和表面半導(dǎo)體區(qū)域 154。因此，在LDMOS 100關(guān)斷時(shí)，可使n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151和 p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155之間的電勢(shì)分布具有均勻的狀態(tài)。從而可以控 制電場(chǎng)局部集中的現(xiàn)象，并且可以增大LDMOS 100的耐壓。
(4)通過利用離子注入技術(shù)形成底部半導(dǎo)體區(qū)域160。此外，在離 子已經(jīng)注入之后，不在底部半導(dǎo)體區(qū)域160上進(jìn)行過度的熱擴(kuò)散(其 指950'C或更高的熱處理)。因此，在底部半導(dǎo)體區(qū)域160的豎直方 向的雜質(zhì)分布以極陡的狀態(tài)形成。由于不進(jìn)行熱擴(kuò)散，因此可以使在 底部半導(dǎo)體區(qū)域160的豎直方向的厚度T160極薄。由于底部半導(dǎo)體 區(qū)域160的厚度T160極薄，因此可以減小電子在豎直方向移動(dòng)的距 離，并且可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。 (LDMOS 100的制造方法)
以下將參照?qǐng)D5~12說明LDMOS 100的制造方法。LDMOS 100 可以實(shí)現(xiàn)約2400V的耐壓。在說明LDMOS 100的制造方法時(shí)，將 主要說明底部半導(dǎo)體區(qū)域160的制造方法。底部半導(dǎo)體區(qū)域160的制 造方法并不限于LDMOS 100的底部半導(dǎo)體區(qū)域160,而還可以應(yīng)用 于制造二極管10的底部半導(dǎo)體區(qū)域60，以及制造LDMOS 200 (后 面說明)的底部半導(dǎo)體區(qū)域260。
首先，如圖5所示，制備SOI襯底，其中半導(dǎo)體襯底120、絕緣 膜130和半導(dǎo)體層140堆疊?？梢允褂靡韵逻^程制造SOI襯底。首 先，進(jìn)行包括高濃度的p型雜質(zhì)的半導(dǎo)體襯底120的濕氧化，并在半
導(dǎo)體襯底120的表面上形成具有12nm的厚度的絕緣膜130。濕氧化 的條件設(shè)置為1200°C，持續(xù)400小時(shí)。
接下來，具有4.5Qcm的比電阻的半導(dǎo)體層140結(jié)合到絕緣膜 130的表面上。絕緣膜130和半導(dǎo)體層140通過在1100'C熱處理1小 時(shí)，可被緊密地結(jié)合。
接下來，半導(dǎo)體層140從其表面拋光，以將半導(dǎo)體層140的厚度 調(diào)節(jié)到1.4fim。通過進(jìn)行以上步驟來制造SOI襯底。
接下來，如圖6所示，在場(chǎng)氧化膜164和隔離絕緣膜184中形成 絕緣隔離溝槽191和192。由平面圖，絕緣隔離溝槽191和192在半 導(dǎo)體層140中形成環(huán)。絕緣隔離溝槽191和192將半導(dǎo)體層140的一 部分與半導(dǎo)體層140的其余部分絕緣并隔離，形成島型區(qū)域。在該示 例中，絕緣隔離溝槽191和192絕緣并隔離半導(dǎo)體層140中的區(qū)域 153，在半導(dǎo)體層140中LDMOS 100由半導(dǎo)體層140其余區(qū)域142 和144形成。其余區(qū)域142和144具有形成在其中的其它半導(dǎo)體元件 (例如，低耐壓NMOS，低耐壓PMOS)等。具體地說，使用以下 過程制造絕緣隔離溝槽191和192、場(chǎng)氧化膜164和隔離絕緣膜 184。首先，使用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)在半導(dǎo)體層140中刻蝕環(huán)形的 溝槽。溝槽從半導(dǎo)體層140的表面達(dá)到半導(dǎo)體層140的底部表面，并 具有0.4nm的寬度。接下來，執(zhí)行濕氧化以選擇性地在半導(dǎo)體層140 的表面處形成場(chǎng)氧化膜164和隔離絕緣膜184。此時(shí)，還從溝槽的內(nèi) 壁形成熱氧化膜，從而溝槽的內(nèi)部也填充有熱氧化膜，由此形成絕緣 隔離溝槽191和192。
接下來，如圖7所示，在半導(dǎo)體層140的整個(gè)表面上形成薄犧牲 氧化膜193。然后，向半導(dǎo)體層140的底部表面部分(該底部表面部 分可以指半導(dǎo)體層140的底部表面?zhèn)鹊牟糠?，或半?dǎo)體下層140和絕 緣膜130之間的邊界面附近)進(jìn)行砩的離子注入。離子注入的條件是 1.4 MeV， 3xlO"cnT2。從而峰值雜質(zhì)濃度位于半導(dǎo)體層140的底部表 面部分，并且可以形成在豎直方向具有陡的雜質(zhì)分布的集中區(qū)域(未 示出)。該集中區(qū)域包括中間半導(dǎo)體區(qū)域153和底部半導(dǎo)體區(qū)域
160。特別地，通過結(jié)合在后續(xù)步驟引入的雜質(zhì)，形成集中區(qū)域，使 得底部半導(dǎo)體區(qū)域160在半導(dǎo)體層140的底部的部分中形成。底部半 導(dǎo)體區(qū)域160可以具有極陡的豎直雜質(zhì)分布。
接下來，如圖8所示，表面半導(dǎo)體區(qū)域154在半導(dǎo)體層140的表 面部分中形成。表面半導(dǎo)體區(qū)域154選擇性地在直接位于場(chǎng)氧化膜 164之下的半導(dǎo)體層140的表面部分中形成。具體地，表面半導(dǎo)體區(qū) 域154可以使用以下過程制造。首先，利用光刻技術(shù)形成光致抗蝕層 195，該光致抗蝕層195在要形成表面半導(dǎo)體區(qū)域154的部分中具有 開口。接下來，通過在光致抗蝕層195中的開口，進(jìn)行硼的離子注 入。離子注入的條件是300KeV， 3xl012cnT2。由此可以在半導(dǎo)體層 140的表面部分形成表面半導(dǎo)體區(qū)域154。
接下來，將參照?qǐng)D9~11說明底部半導(dǎo)體區(qū)域160的制造步驟。 底部半導(dǎo)體區(qū)域160具有多個(gè)部分區(qū)域161 ~ 167，所述多個(gè)部分區(qū) 域161~167具有不同的雜質(zhì)濃度。通過使用多個(gè)不同形狀的光致抗 蝕層196、 197和198 (掩模的示例)形成底部半導(dǎo)體區(qū)域160，以將 不同濃度的雜質(zhì)在不同階段引入到半導(dǎo)體層140中。在該雜質(zhì)引入步 驟中，使用3個(gè)光致抗蝕層196、 197和198,并且引入到3個(gè)光致 抗蝕層196、 197和198中的每一個(gè)的雜質(zhì)量以2的冪增大，導(dǎo)致形 成具有不同雜質(zhì)的23，即8個(gè)區(qū)域。這8個(gè)區(qū)域是一個(gè)不引入雜質(zhì) 的區(qū)域和7個(gè)部分區(qū)域161 ~ 167。可以使用3個(gè)光致抗蝕層196、 197和198形成具有7個(gè)部分區(qū)域161 ~ 167的底部半導(dǎo)體區(qū)域160。 ^使用3個(gè)光致抗蝕層196、 197和198形成7個(gè)部分區(qū)域161 ~ 167， 是具有實(shí)用性的離子注入技術(shù)。
首先，如圖9所示，使用第一光致抗蝕層196以將磷離子注入到 與第一部分區(qū)域161、第三部分區(qū)域163、笫五部分區(qū)域165和第七 部分區(qū)域167對(duì)應(yīng)的區(qū)域中。離子注入的條件是1.4 MeV， SxloUcm-
接下來，如圖10所示，使用第二光致抗蝕層197以將磷離子注 入到與第二部分區(qū)域162、第三部分區(qū)域163、第六部分區(qū)域166和
第七部分區(qū)域167對(duì)應(yīng)的區(qū)域中。離子注入的條件是1.4 MeV， 1x1012chT2。
接下來，如圖11所示，使用第三光致抗蝕層198以將磷離子注 入到與第五部分區(qū)域165、第六部分區(qū)域166和第七部分區(qū)域167對(duì) 應(yīng)的區(qū)域中。離子注入的條件是1.4MeV， 2xl012cnT2。
通過以上3個(gè)離子注入步驟，5xl0HcnT2的磷引入到第一部分區(qū) 域161, lxl(^cm-2的磷引入到第二部分區(qū)域162， 1.5xl012cnT2的磷 引入到第三部分區(qū)域163， 2xl012cm-2的磷引入到第四部分區(qū)域 164, 2.5xl012cnT2的磷引入到第五部分區(qū)域165, 3xl012cm-2的磷引 入到第六部分區(qū)域166， 3.5xl0、n^的磷引入到第七部分區(qū)域167。 因此，底部半導(dǎo)體區(qū)域160的雜質(zhì)濃度具有相對(duì)于紙面從左側(cè)向右側(cè) 增大的分布。
在底部半導(dǎo)體區(qū)域160的制造方法中，可以使用數(shù)量比部分區(qū)域 161~167少的光致抗蝕層196、 197和198形成底部半導(dǎo)體區(qū)域 160。因此，可以以低成本制造具有含不同雜質(zhì)濃度的多個(gè)部分區(qū)域 161 ~ 167的底部半導(dǎo)體區(qū)域160。
接下來，如圖12所示，利用光刻技術(shù)和離子注入技術(shù)形成n型 阱半導(dǎo)體區(qū)域151和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155。使用進(jìn)行多次離子注入 的低溫處理制造n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域155。從 半導(dǎo)體層140的表面向絕緣膜130形成n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151和p 型阱半導(dǎo)體區(qū)域155。由此形成交迭區(qū)域151a,在該交迭區(qū)域151a 中，n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151和底部半導(dǎo)體區(qū)域160交迭。交迭區(qū)域 151a的雜質(zhì)濃度是n型阱半導(dǎo)體區(qū)域151和第七部分區(qū)域167的雜 質(zhì)濃度之和。
在該步驟后形成表面結(jié)構(gòu)的步驟可以是普通CMOS制造步驟。 由此僅通過向標(biāo)準(zhǔn)CMOS處理添加很少的步驟就可以制造圖4中所 示的LDMOS 100。 (第三實(shí)施方式)
圖13示意性示出橫向p型通道LDMOS 200的基本部分的剖視
圖。LDMOS 200包括包含高濃度的p型雜質(zhì)的單晶硅半導(dǎo)體襯底 220，在半導(dǎo)體襯底220上形成的氧化硅(Si02)絕緣膜230，以及 在絕緣膜230上形成的單晶硅半導(dǎo)體層240。半導(dǎo)體層240的厚度 T240通常被調(diào)節(jié)到0.4~2nm。半導(dǎo)體襯底220可以包括高濃度的n 型雜質(zhì)(通常為磷)。半導(dǎo)體村底220可以基本上認(rèn)為是導(dǎo)體。
半導(dǎo)體層240包括n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251， p型阱半導(dǎo)體區(qū)域 255，表面半導(dǎo)體區(qū)域254,底部半導(dǎo)體區(qū)域260,中間半導(dǎo)體區(qū)域 253和源半導(dǎo)體區(qū)域282。
n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251在半導(dǎo)體層240的一部分中形成，并包括 n型雜質(zhì)(通常為磷)。n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251的雜質(zhì)濃度通常被調(diào) 節(jié)到5xl016~5xl017cnr3。包括高濃度的n型雜質(zhì)(通常為磷)的阱 接觸半導(dǎo)體區(qū)域286在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251的表面部分提供。阱接 觸半導(dǎo)體區(qū)域286可被認(rèn)為是n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251的一部分。阱接 觸半導(dǎo)體區(qū)域286的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié)到lxl019~lxl022cnT3。 n 型阱半導(dǎo)體區(qū)域251通過阱接觸半導(dǎo)體區(qū)域286電連接到源電極S。 n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251從半導(dǎo)體層240的表面延伸到絕緣膜230。 LDMOS 200包括其中n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251的一部分與底部半導(dǎo)體 區(qū)域260的一部分交迭的交迭區(qū)域251a。
p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255在半導(dǎo)體層240的一部分中形成，并位于 與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251分離的位置。p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255包括p 型雜質(zhì)(通常為硼)。p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié) 到5xl016~5xl017cnT3。包括高濃度的p型雜質(zhì)(通常為硼)的阱接 觸半導(dǎo)體區(qū)域252在p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255的表面部分中提供。阱接 觸半導(dǎo)體區(qū)域252的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié)到lxl019~lxl022cnT3。阱 接觸半導(dǎo)體區(qū)域252可以認(rèn)為是p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255的一部分。p 型阱半導(dǎo)體區(qū)域255通過阱接觸半導(dǎo)體區(qū)域252電連接到漏電極D。 p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255從半導(dǎo)體層240的表面延伸到其底面。p型阱 半導(dǎo)體區(qū)域255與絕緣膜230接觸。
表面半導(dǎo)體區(qū)域254在半導(dǎo)體層240的表面的一部分中形成，并
位于n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255之間。表面半 導(dǎo)體區(qū)域254包括p型雜質(zhì)(通常為硼)。在表面半導(dǎo)體區(qū)域254的 厚度方向的雜質(zhì)濃度的積分值通常被調(diào)節(jié)到lxl012~5xl012cnT2。表 面半導(dǎo)體區(qū)域254的厚度T254通常被調(diào)節(jié)到0.1 ljun。漏半導(dǎo)體區(qū) 域272在表面半導(dǎo)體區(qū)域254的表面部分中形成。漏半導(dǎo)體區(qū)域272 的雜質(zhì)濃度通常被調(diào)節(jié)到lxl019~lxl022cnT3。表面半導(dǎo)體區(qū)域254 通過漏半導(dǎo)體區(qū)域272電連接到漏電極D。
底部半導(dǎo)體區(qū)域260在半導(dǎo)體層240的底部表面的一部分中形 成，位于與表面半導(dǎo)體區(qū)域254分離的位置，并位于n型阱半導(dǎo)體區(qū) 域251和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255之間。底部半導(dǎo)體區(qū)域260與n型 阱半導(dǎo)體區(qū)域251接觸，并與p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255分離。底部半導(dǎo) 體區(qū)域260包括n型雜質(zhì)(通常為磷)。底部半導(dǎo)體區(qū)域260的雜質(zhì) 濃度從底部半導(dǎo)體區(qū)域260和絕緣膜230之間的邊界面向底部半導(dǎo)體 區(qū)域260的表面?zhèn)冉档汀５撞堪雽?dǎo)體區(qū)域260的雜質(zhì)濃度限定底部半 導(dǎo)體區(qū)域260的厚度T260。底部半導(dǎo)體區(qū)域260的厚度T260是從底 部半導(dǎo)體區(qū)域260和絕緣膜230之間的邊界面到其中底部半導(dǎo)體區(qū)域 260的雜質(zhì)濃度是底部半導(dǎo)體區(qū)域260和絕緣膜230之間的邊界面處 的雜質(zhì)濃度的十分之一或更少的位置之間的距離。底部半導(dǎo)體區(qū)域 260的厚度T260通常被調(diào)節(jié)到0.5nm或更小。底部半導(dǎo)體區(qū)域260 包括7個(gè)部分區(qū)域261 ~ 267,部分區(qū)域261 ~ 267中的每一個(gè)都具有 特有的雜質(zhì)濃度。部分區(qū)域261~267的雜質(zhì)濃度從n型阱半導(dǎo)體區(qū) 域251側(cè)向p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255側(cè)降低。部分區(qū)域261 ~ 267中的 每一個(gè)都具有比中間半導(dǎo)體區(qū)域253的雜質(zhì)濃度更大的雜質(zhì)濃度。部 分區(qū)域261 ~ 267的雜質(zhì)濃度以整數(shù)倍增大。在部分區(qū)域267 (其具 有最大的雜質(zhì)濃度)的厚度方向的雜質(zhì)濃度的積分值，通常被調(diào)節(jié)到 lxl012~5xl012cm-2。此外，如上所述，n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251的一部 分與底部半導(dǎo)體區(qū)域260的一部分交迭，形成交迭區(qū)域251a。因 此，交迭區(qū)域251a中的雜質(zhì)濃度極高。
中間半導(dǎo)體區(qū)域253在表面半導(dǎo)體區(qū)域254和底部半導(dǎo)體區(qū)域
260之間的半導(dǎo)體層240中形成，并與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251和p型 阱半導(dǎo)體區(qū)域255接觸。中間半導(dǎo)體區(qū)域253包括低濃度的n型雜質(zhì) (通常為磷)。位于表面半導(dǎo)體區(qū)域254和底部半導(dǎo)體區(qū)域260之間 的中間半導(dǎo)體區(qū)域253的一部分的雜質(zhì)濃度低于底部半導(dǎo)體區(qū)域260 的雜質(zhì)濃度。此外，中間半導(dǎo)體區(qū)域253的雜質(zhì)濃度從底部表面?zhèn)认?頂部表面?zhèn)冉档?。如上所述，中間半導(dǎo)體區(qū)域253通過向半導(dǎo)體層 240引入雜質(zhì)形成。向半導(dǎo)體層240和絕緣膜230之間的邊界面的附 近253a引入雜質(zhì)。因此中間半導(dǎo)體區(qū)域253的峰值雜質(zhì)濃度位于與 絕緣膜230的邊界面的附近253a。中間半導(dǎo)體區(qū)域253的一部分之 后通過進(jìn)一步引入雜質(zhì)形成到底部半導(dǎo)體區(qū)域260中。在底部半導(dǎo)體 區(qū)域260形成之前，在中間半導(dǎo)體區(qū)域253的厚度方向的雜質(zhì)濃度的 積分值通常被調(diào)節(jié)到lxl012~5xl012cnT2。因此，中間半導(dǎo)體區(qū)域 253的電荷的量和表面半導(dǎo)體區(qū)域254的電荷的量相等。
如上所述，中間半導(dǎo)體區(qū)域253的峰值雜質(zhì)濃度位于中間半導(dǎo)體 區(qū)域253和絕緣膜230之間的邊界面的附近253a處。在邊界面的附 近253a處的中間半導(dǎo)體區(qū)域253的雜質(zhì)濃度也可以被調(diào)節(jié)到比底部 半導(dǎo)體區(qū)域260的表面?zhèn)忍幍碾s質(zhì)濃度更大。位于表面半導(dǎo)體區(qū)域 254和底部半導(dǎo)體區(qū)域260之間的中間半導(dǎo)體區(qū)域253的部分的雜質(zhì) 濃度被調(diào)節(jié)到小于底部半導(dǎo)體區(qū)域260的雜質(zhì)濃度。中間半導(dǎo)體區(qū)域 253的一部分的雜質(zhì)濃度也可以被調(diào)節(jié)到大于底部半導(dǎo)體區(qū)域260的 雜質(zhì)濃度。源半導(dǎo)體區(qū)域282形成在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251的表面部 分上，并且通過n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251與中間半導(dǎo)體區(qū)域253相隔 離。源半導(dǎo)體區(qū)域282包括高濃度的n型雜質(zhì)(通常為磷)。源半導(dǎo) 體區(qū)域282電連接到源電極S。隔離絕緣膜284在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域 251和阱接觸半導(dǎo)體區(qū)域286之間形成。
LDMOS 200包括柵絕緣膜274和柵電極276。柵電極276通過 柵絕緣膜274面對(duì)n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251和中間半導(dǎo)體區(qū)域253，該 n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251和中間半導(dǎo)體區(qū)域253隔離源半導(dǎo)體區(qū)域282 和表面半導(dǎo)體區(qū)域254。
LDMOS 200還包括場(chǎng)氧化膜264。場(chǎng)氧化膜264形成在n型阱 半導(dǎo)體區(qū)域251和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255之間的半導(dǎo)體層240的表面 上。柵電極276的一部分延伸到位于其n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251側(cè)的場(chǎng) 氧化膜264的表面的一部分。
LDMOS 200還包括控制電極C?？刂齐姌OC形成在其p型阱半 導(dǎo)體區(qū)域255側(cè)的場(chǎng)氧化膜264的表面的一部分中。預(yù)定的電壓施加 到控制電極C上，使得寄生MOS結(jié)構(gòu)不在p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255和 表面半導(dǎo)體區(qū)域254之間工作。
增大LDMOS 200的耐壓的操作和效果與第一實(shí)施方式的二極管 10和第二實(shí)施方式的LDMOS 100的操作和效果基本上相同。即， 由于LDMOS 200包括表面半導(dǎo)體區(qū)域254、中間半導(dǎo)體區(qū)域253和 底部半導(dǎo)體區(qū)域260, LDMOS 200在半導(dǎo)體層240的豎直方向表現(xiàn) 出與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布。在LDMOS 200的半導(dǎo)體層 240的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度從底部半導(dǎo)體區(qū)域260和絕緣膜 230之間的邊界面向半導(dǎo)體層240的內(nèi)部突然降低。在半導(dǎo)體層240 的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度產(chǎn)生在半導(dǎo)體層240內(nèi)電場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)的 現(xiàn)象。在半導(dǎo)體層240內(nèi)，電場(chǎng)的幅值在正和負(fù)之間反轉(zhuǎn)。對(duì)于 LDMOS 200，調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域260、中間半導(dǎo)體區(qū)域253和表 面半導(dǎo)體區(qū)域254的雜質(zhì)濃度和形狀，使得在半導(dǎo)體層240的豎直方 向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位置是底部半導(dǎo)體區(qū)域260和中間半導(dǎo) 體區(qū)域253的邊界面。因此，在半導(dǎo)體層240的豎直方向形成的電場(chǎng) 中，正和負(fù)的強(qiáng)度在底部半導(dǎo)體區(qū)域260和中間半導(dǎo)體區(qū)域253之間 反轉(zhuǎn)。底部半導(dǎo)體區(qū)域260具有正的電場(chǎng)強(qiáng)度，而中間半導(dǎo)體區(qū)域 253和表面半導(dǎo)體區(qū)域254具有負(fù)的電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，盡管電子在底 部半導(dǎo)體區(qū)域260內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)，但是電子也無法在中間半導(dǎo)體 區(qū)域253和表面半導(dǎo)體區(qū)域254內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)。因此，在半導(dǎo)體 層240內(nèi)電子沿豎直方向移動(dòng)的距離可以限制到底部半導(dǎo)體區(qū)域260 的厚度T260。當(dāng)相對(duì)于移動(dòng)的距離進(jìn)行積分的電子的電離率的值 (即電離積分)達(dá)到1時(shí)，雪崩擊穿發(fā)生。對(duì)于LDMOS 200，電子
移動(dòng)的距離可以被限制到底部半導(dǎo)體區(qū)域260的厚度T260。因此， 通過調(diào)節(jié)底部半導(dǎo)體區(qū)域260的厚度T260，可以控制雪崩擊穿的發(fā) 生。因此，對(duì)于LDMOS 200，即使在底部半導(dǎo)體區(qū)域260和絕緣膜 230接觸處的臨界電場(chǎng)增大，也可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。
由于在LDMOS 200中雪崩擊穿的發(fā)生被控制，因此底部半導(dǎo)體 區(qū)域260和絕緣膜230之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)可被增大。可由每 單位厚度的絕緣膜230承擔(dān)的電壓約為底部半導(dǎo)體區(qū)域260和絕緣膜 230之間邊界面處的臨界電場(chǎng)的3倍。因此在LDMOS 200中，通過 增大臨界電場(chǎng)，可以增大可由每單位厚度的絕緣膜230承擔(dān)的電壓。 由此可以增大可由絕緣膜230承擔(dān)的電壓。
以下列出LDMOS 200的其它特征。
(1) 在半導(dǎo)體層240的豎直方向形成的電場(chǎng)的強(qiáng)度變?yōu)?的位 置與底部半導(dǎo)體區(qū)域260的厚度T260具有很強(qiáng)的關(guān)系。因此，底部 半導(dǎo)體區(qū)域260的厚度T260形成在0.5nm的范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)撞堪雽?dǎo)體 區(qū)域260的厚度T260被調(diào)節(jié)到0.5nm內(nèi)時(shí)，電子在底部半導(dǎo)體區(qū)域 260內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)的距離減小，并且在底部半導(dǎo)體區(qū)域260和絕 緣膜230之間的邊界面處的臨界電場(chǎng)可增大到0.5MV/cm或更大。通 常，具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的臨界電場(chǎng)處于0.25MV/cm ~ 0.4MV/cm的范圍 內(nèi)。如果能夠獲得0.5MV/cm或更大的臨界電場(chǎng)，則可以使可由每單 位厚度的絕緣膜230承擔(dān)的電壓顯著地大于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此外，更優(yōu)選 地，將底部半導(dǎo)體區(qū)域260的厚度T260調(diào)節(jié)到O.lnm之內(nèi)。當(dāng)?shù)撞?半導(dǎo)體區(qū)域260的厚度T260在O.lfim之內(nèi)時(shí)，在邊界面處的臨界電 場(chǎng)可被增大到0.65MV/cm或更大。
(2) LDMOS 200包括其中n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251的一部分與底 部半導(dǎo)體區(qū)域260的一部分交迭的交迭區(qū)域251a。交迭區(qū)域251a的 雜質(zhì)濃度較高。交迭區(qū)域251a設(shè)置在源半導(dǎo)體區(qū)域252之下，并且 可以控制在源半導(dǎo)體區(qū)域252之下的耗盡層的寬度的增大。通過減小 耗盡層的寬度，可以減小電子在耗盡層上移動(dòng)的距離。因此，可以控 制雪崩擊穿的發(fā)生。因此源半導(dǎo)體區(qū)域252之下的臨界電場(chǎng)可被增
大，并且可由每單位厚度的絕緣膜230承擔(dān)的電壓可被增大。
(3)底部半導(dǎo)體區(qū)域260的雜質(zhì)濃度從n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251 側(cè)向p型阱半導(dǎo)體區(qū)域255側(cè)降低。具有這種類型的濃度分布的底部 半導(dǎo)體區(qū)域260適合于獲得n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251和p型阱半導(dǎo)體 區(qū)域255之間的RESURF效應(yīng)。即形成具有這種類型的濃度分布的 底部半導(dǎo)體區(qū)域260，以相對(duì)于由半導(dǎo)體襯底220、絕緣膜230和半 導(dǎo)體層240形成的MOS結(jié)構(gòu)的電容器工作。形成底部半導(dǎo)體區(qū)域 260以消除在非導(dǎo)通狀態(tài)下的MOS結(jié)構(gòu)的電容器中累積的負(fù)空間電 荷的量。因此，當(dāng)LDMOS 200處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，在中間半導(dǎo)體區(qū)域 253已經(jīng)耗盡時(shí)的正空間電荷的量和在底部半導(dǎo)體區(qū)域260已經(jīng)耗盡 時(shí)的正空間電荷的量之和，與在表面半導(dǎo)體區(qū)域254已經(jīng)耗盡時(shí)的負(fù) 空間電荷的量和在MOS結(jié)構(gòu)的電容器中累積的負(fù)空間電荷的量之和 相等。在LDMOS 200中，包括在半導(dǎo)體層240的豎直延伸范圍內(nèi)的 正空間電荷和負(fù)空間電荷的量相互抵消，該半導(dǎo)體層240包括堆疊的 底部半導(dǎo)體區(qū)域260、中間半導(dǎo)體區(qū)域253和表面半導(dǎo)體區(qū)域254。 因此，在LDMOS 200關(guān)斷時(shí)，可使n型阱半導(dǎo)體區(qū)域251和p型阱 半導(dǎo)體區(qū)域255之間的電勢(shì)分布具有均勻的狀態(tài)。從而可以控制電場(chǎng) 局部集中的現(xiàn)象，并且可以增大LDMOS 200的耐壓。
(4)通過利用離子注入技術(shù)形成底部半導(dǎo)體區(qū)域260。此外，在離 子已經(jīng)注入之后，不在底部半導(dǎo)體區(qū)域260上進(jìn)行過度的熱擴(kuò)散(其 指950。C或更高的熱處理)。因此，在底部半導(dǎo)體區(qū)域260的豎直方 向的雜質(zhì)分布以極陡的狀態(tài)形成。由于不進(jìn)行熱擴(kuò)散，因此可以使在 底部半導(dǎo)體區(qū)域260的豎直方向的厚度T260極薄。由于底部半導(dǎo)體 區(qū)域260的厚度T260極薄，因此可以減小電子在豎直方向移動(dòng)的距 離，并且可以控制雪崩擊穿的發(fā)生。
以上介紹了本發(fā)明的實(shí)施方式的具體例子，但是這些僅僅是例 子，并不限制其權(quán)利要求。權(quán)利要求中所述的各種技術(shù)包括對(duì)于上述 具體例子的各種變形和修改。
此外，在本說明書或附圖中公開的技術(shù)要素在單獨(dú)以及各種結(jié)合
的情況下都具有技術(shù)實(shí)用性，并不限制于提交申請(qǐng)時(shí)的權(quán)利要求中所 述的結(jié)合。此外，可以使用在本說明書或附圖中公開的技術(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn) 多種目的或者實(shí)現(xiàn)這些目的中的一個(gè)。
權(quán)利要求
1.一種橫向半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣膜；以及在絕緣膜上形成的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括第一半導(dǎo)體區(qū)域，在半導(dǎo)體層的一部分中形成，包括第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，并與第一主電極電連接；第二半導(dǎo)體區(qū)域，在半導(dǎo)體層的另一部分中形成，與第一半導(dǎo)體區(qū)域分離，包括第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，并與第二主電極電連接；表面半導(dǎo)體區(qū)域，在第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的表面部分中形成，包括第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，并與第二主電極電連接；底部半導(dǎo)體區(qū)域，在第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的底部部分中形成，與表面半導(dǎo)體區(qū)域分離，并包括第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，以及中間半導(dǎo)體區(qū)域，在表面半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的一部分中形成，與第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸，并包括第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其中底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中 當(dāng)半導(dǎo)體器件處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在表面半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域堆疊的區(qū)域處豎直延伸的半導(dǎo)體層的地帶中 的正空間電荷的量和負(fù)空間電荷的量相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中 底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度從底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面向底部半導(dǎo)體區(qū)域和中間半導(dǎo)體區(qū)域之間的邊界面降低，并且其中底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度是底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間 的邊界面處的底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度的十分之一或更小的位置，是距離底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面0.5nm內(nèi)的位置。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中 中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度從中間半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域之間的邊界面向中間半導(dǎo)體區(qū)域和表面半導(dǎo)體區(qū)域之間的邊界面降 低。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中 第一半導(dǎo)體區(qū)域從半導(dǎo)體層的表面延伸到絕緣膜，并與底部半導(dǎo)體區(qū)域接觸。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中 底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度沿著從第一半導(dǎo)體區(qū)域向第二半導(dǎo)體區(qū)域延伸的方向降低。
7. —種橫向半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣膜；以及在絕緣膜上形成的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括n型阱半導(dǎo)體區(qū)域，在半導(dǎo)體層的一部分中形成，包括n型雜質(zhì)，并與漏電極電連接；p型阱半導(dǎo)體區(qū)域，在半導(dǎo)體層的另一部分中形成，與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域分離，包括p型雜質(zhì)，并與源電極電連接；表面半導(dǎo)體區(qū)域，在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū)域之間的半導(dǎo)體層的表面部分中形成，包括p型雜質(zhì)，并與源電極電連接；底部半導(dǎo)體區(qū)域，在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū) 域之間的半導(dǎo)體層的底部部分中形成，與表面半導(dǎo)體區(qū)域分離，并包 括n型雜質(zhì)，中間半導(dǎo)體區(qū)域，在表面半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域之間 的半導(dǎo)體層的一部分中形成，與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體 區(qū)域接觸，并包括n型雜質(zhì)，以及源半導(dǎo)體區(qū)域，在p型阱半導(dǎo)體區(qū)域的一部分中形成，通過p型阱半導(dǎo)體區(qū)域與中間半導(dǎo)體區(qū)域隔離，包括n型雜質(zhì)，并與 源電極電連接，其中底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
8. —種橫向半導(dǎo)體器件，包括 半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣膜；以及 在絕緣膜上形成的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括n型阱半導(dǎo)體區(qū)域，在半導(dǎo)體層的一部分中形成，包括n型 雜質(zhì)，并與源電極電連接；p型阱半導(dǎo)體區(qū)域，在半導(dǎo)體層的另一部分中形成，與n型 阱半導(dǎo)體區(qū)域分離，包括p型雜質(zhì)，并與漏電極電連接；表面半導(dǎo)體區(qū)域，在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū) 域之間的半導(dǎo)體層的表面部分中形成，包括p型雜質(zhì)，并與漏電極 電連接；底部半導(dǎo)體區(qū)域，在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體區(qū) 域之間的半導(dǎo)體層的底部部分中形成，與表面半導(dǎo)體區(qū)域分離，并包 括n型雜質(zhì)，中間半導(dǎo)體區(qū)域，在表面半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域之間 的半導(dǎo)體層的一部分中形成，與n型阱半導(dǎo)體區(qū)域和p型阱半導(dǎo)體 區(qū)域接觸，并包括n型雜質(zhì)，以及源半導(dǎo)體區(qū)域，在n型阱半導(dǎo)體區(qū)域的一部分中形成，通 過n型阱半導(dǎo)體區(qū)域與中間半導(dǎo)體區(qū)域隔離，包括p型雜質(zhì)，并與 源電極電連接，其中底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高于中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中 當(dāng)半導(dǎo)體器件處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在表面半導(dǎo)體區(qū)域、中間半導(dǎo)的正空間電荷的量和負(fù)空間電荷的量相等。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中 底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度從底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面向底部半導(dǎo)體區(qū)域和中間半導(dǎo)體區(qū)域之間的邊界面降低，并且其中底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度是底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間 的邊界面處的底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度的十分之一或更小的位置， 是距離底部半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜之間的邊界面0.5nm內(nèi)的位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中中間半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度從中間半導(dǎo)體區(qū)域和底部半導(dǎo)體區(qū)域 之間的邊界面向中間半導(dǎo)體區(qū)域和表面半導(dǎo)體區(qū)域之間的邊界面降 低。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7到11中任一項(xiàng)所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中n型阱半導(dǎo)體區(qū)域從半導(dǎo)體層的表面延伸到絕緣膜，并與底部半 導(dǎo)體區(qū)域接觸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7到12中任一項(xiàng)所述的橫向半導(dǎo)體器件，其中底部半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度沿著從n型阱半導(dǎo)體區(qū)域向p型阱半 導(dǎo)體區(qū)域延伸的方向降低。
14. 一種制造橫向半導(dǎo)體器件的方法，所述橫向半導(dǎo)體器件包括 半導(dǎo)體襯底、在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣膜、以及在絕緣膜上形成的 半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層具有多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域，每個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域具有 特有的雜質(zhì)濃度，所述方法包括第一步驟，通過第一掩模覆蓋半導(dǎo)體層，并引入量為"A"的雜質(zhì)，第二步驟，通過第二掩模覆蓋半導(dǎo)體層，并引入量為"2xA"的雜 質(zhì)，以及 重復(fù)以上步驟"N"次，其中每一個(gè)掩模具有與其它掩模不同的形狀，并且 在第N步引入的雜質(zhì)量為"2^xA"，從而在半導(dǎo)體層內(nèi)形成半導(dǎo)體區(qū)域，每個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域具有特有的 雜質(zhì)濃度，并且半導(dǎo)體區(qū)域的總數(shù)為2N。
全文摘要
二極管(10)包括SOI襯底，其中堆疊有半導(dǎo)體襯底(20)，絕緣膜(30)和半導(dǎo)體層(40)。底部半導(dǎo)體區(qū)域(60)、中間半導(dǎo)體區(qū)域(53)和表面半導(dǎo)體區(qū)域(54)在半導(dǎo)體層(40)中形成。底部半導(dǎo)體區(qū)域(60)包括高濃度的n型雜質(zhì)。中間半導(dǎo)體區(qū)域(53)包括低濃度的n型雜質(zhì)。表面半導(dǎo)體區(qū)域(54)包括p型雜質(zhì)。還公開了LDMOS晶體管。
文檔編號(hào)H01L29/20GK101375402SQ20068004842
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者川上昌宏, 早川清春, 瀧雅人, 石子雅康 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社