專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
技術(shù)背景隨著已經(jīng)小尺寸地制造半導(dǎo)體器件，高電壓器件的尺寸也己經(jīng)逐漸地減小。具體而言，高電壓器件無(wú)論其尺寸如何都必須執(zhí)行相同性能。另外，有 必要提供與低電壓器件的制造工藝兼容的制造方法。由于快速跳回(snapback)現(xiàn)象而在高電壓器件中可能出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。 具體而言，如果增加向高電壓晶體管的漏極施加的電壓，則電子從其源極移向漏極。因此，在位于漏極方向上的間隔件的下部周圍可能出現(xiàn)碰撞電離。隨著碰撞電離出現(xiàn)，空穴從位于漏極方向上的間隔件的下部朝著襯底移 動(dòng)，使得電流流過(guò)襯底。因此，從漏極流向源極的電流量驟然增加，引起快 速跳回現(xiàn)象。從而使BV (擊穿電壓)特性變壞。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明實(shí)施例涉及一種具有改進(jìn)的擊穿電壓特性的半導(dǎo)體器件及其制 造方法。本發(fā)明實(shí)施例涉及一種能夠防止出現(xiàn)撞擊電離的半導(dǎo)體器件及其制造 方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一種半導(dǎo)體器件包括第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底；柵電極， 在半導(dǎo)體襯底上的；第一導(dǎo)電漂移區(qū)，形成在柵電極的相對(duì)的兩側(cè)處；源區(qū) 或者漏區(qū)，形成在第一導(dǎo)電漂移區(qū)中；以及STI區(qū)，形成在位于柵電極與漏 區(qū)之間的漂移區(qū)中。位于STI區(qū)的下部處的漂移區(qū)具有雜質(zhì)濃度在向下方向上減少、然后增加并且再次減少的摻雜分布。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步 驟以第一能量將第一導(dǎo)電雜質(zhì)注入第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底中，由此在第二導(dǎo) 電半導(dǎo)體襯底中形成第一雜質(zhì)區(qū)；以第二能量將第一導(dǎo)電雜質(zhì)注入第二導(dǎo)電 半導(dǎo)體襯底中，由此在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底中形成第二雜質(zhì)區(qū)；對(duì)半導(dǎo)體襯 底進(jìn)行熱處理以通過(guò)分別擴(kuò)散第一和第二雜質(zhì)區(qū)來(lái)形成第一導(dǎo)電漂移區(qū)；在 第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底上形成柵電極；通過(guò)將高濃度的第一導(dǎo)電雜質(zhì)注入漂移區(qū)中，在第一導(dǎo)電漂移區(qū)中形成源區(qū)或者漏區(qū)；以及通過(guò)有選擇地蝕刻?hào)烹?極與漏區(qū)之間的第一導(dǎo)電漂移區(qū)來(lái)形成用絕緣材料填充的STI區(qū)。 本發(fā)明能夠改進(jìn)擊穿電壓特性，防止碰撞電離。


圖1是圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖； 圖2是圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中漂移區(qū)的摻雜分布的曲線圖；圖3至圖8是圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的截 面圖；圖9是圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的開(kāi)態(tài)擊穿電壓 (on-breakdownvoltage)特征的曲線圖；以及圖10和圖11是圖示了在一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中漂移驅(qū)動(dòng)工藝的特 性隨時(shí)間變化的曲線圖。
具體實(shí)施方式
下文將參照附圖來(lái)描述根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件及其制造方法。圖1是圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖。參照?qǐng)Dl，包含N型雜質(zhì)的漂移區(qū)20形成于P型半導(dǎo)體襯底10中，而包含高濃度N型雜質(zhì)的源區(qū)30或者漏區(qū)40形成于漂移區(qū)20中。然后，柵電極50形成于漂移區(qū)20之間。柵電極50包括柵絕緣層51、柵多晶硅52和間隔件53。漂移區(qū)20水平地形成于柵電極50以下。漂移區(qū)20具有以下?lián)诫s分布，其中雜質(zhì)濃度在從半導(dǎo)體襯底10的表面向下的方向上逐漸地增加、然后減 少并且再次逐漸地增加、然后減少。通過(guò)在溝槽中填充絕緣材料來(lái)形成的STI (淺溝槽隔離)區(qū)60形成在柵 電極50與源區(qū)30之間的漂移區(qū)20中。另外，同樣的STI區(qū)60形成在柵電 極50與漏區(qū)40之間的漂移區(qū)20中。漂移區(qū)20使在柵電極50與漏區(qū)40之間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小。 漂移區(qū)20必須具有足夠?qū)挾仁沟闷茀^(qū)20可以增加?xùn)烹姌O50與漏區(qū) 40之間的間隔。然而，由于必須以小尺寸制造半導(dǎo)體器件、在柵極與漏極之 間的電流因漂移區(qū)20而減少、并且柵極電壓增加，所以必須減小漂移區(qū)20 的寬度。根據(jù)該實(shí)施例，漂移區(qū)20的寬度減少而STI區(qū)60分別形成于漂移區(qū)20中。STI區(qū)60形成于各漂移區(qū)20中，使得漂移區(qū)20的寬度可以減少而在柵 電極50與漏區(qū)40之間的電場(chǎng)強(qiáng)度也可以減少。同時(shí)，作為功率器件的特征的SOA (安全工作區(qū))取決于當(dāng)在柵電極 50、源區(qū)30和半導(dǎo)體襯底10接地的狀態(tài)下增加向漏區(qū)40施加的電壓時(shí)所 測(cè)得的擊穿電壓以及當(dāng)在源區(qū)30和半導(dǎo)體襯底10接地而向柵電極50施加 工作電壓的狀態(tài)下增加向漏區(qū)40施加的電壓時(shí)所測(cè)得的開(kāi)態(tài)擊穿電壓 (BVon)。擊穿電壓和接通擊穿電壓這兩個(gè)特性根據(jù)漂移區(qū)20的摻雜分布而可能 造成交替換位的現(xiàn)象(trade-offphenomenon)。根據(jù)該實(shí)施例，獨(dú)立地控制擊穿電壓和開(kāi)態(tài)擊穿電壓這兩個(gè)特性。具體 而言，持續(xù)地維持漂移區(qū)20的摻雜濃度以使擊穿電壓特性恒定，并且改變 漂移區(qū)20的摻雜分布以改進(jìn)開(kāi)態(tài)擊穿電壓特性。圖2是圖示了在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中漂移區(qū)在從STI區(qū)的下表 面向下的方向上的摻雜分布的曲線圖。如圖2中所示，漂移區(qū)20具有以下?lián)诫s分布，其中雜質(zhì)濃度在從與STI 區(qū)60的下表面相接觸的漂移區(qū)20開(kāi)始沿深度方向上逐漸地減少、然后增加 并且再次減少。根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)形成漂移區(qū)20時(shí)，在同一雜質(zhì)劑量之下執(zhí)行兩步雜質(zhì)注入。具體而言，分別以500KeV的注入能量和180KeV的注入能量來(lái)注 入P離子，然后使P離子受到熱處理工藝。因此，漂移區(qū)20具有如圖2中所示的摻雜分布。同時(shí)，在STI區(qū)60形成于漂移區(qū)20中的半導(dǎo)體器件中，最強(qiáng)電場(chǎng)形成 于與漏區(qū)40相鄰的STI區(qū)60的下部61中。在這樣的狀態(tài)下，隨著電壓施加到漏區(qū)40，電子經(jīng)由STI區(qū)60的下部 61從源區(qū)30朝著漏區(qū)40流動(dòng)。因此，在與漏區(qū)40相鄰的STI區(qū)60的下部 61中可能出現(xiàn)撞擊電離。然而，在根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，漂移區(qū)20具有如圖2中所示 的摻雜分布。因此，可以通過(guò)在從STI區(qū)60的下部61的深度方向上移位電 子的移動(dòng)路徑來(lái)分布電子，使得可以防止出現(xiàn)撞擊電離和快速跳回現(xiàn)象。圖3至圖8是圖示了根據(jù)該實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。參照?qǐng)D3，在半導(dǎo)體襯底IO上形成掩模層11。然后，P離子以400Kev 至600KeV的注入能量注入到半導(dǎo)體襯底10中，由此形成第一雜質(zhì)區(qū)21。 根據(jù)該實(shí)施例，以500KeV的注入能量將P離子注入到半導(dǎo)體襯底10中。參照?qǐng)D4，通過(guò)使用掩模層11以130KeV至230KeV的注入能量將P離 子注入到半導(dǎo)體襯底10中，由此形成第二雜質(zhì)區(qū)22。根據(jù)該實(shí)施例，以 180KeV的注入能量將P離子注入到半導(dǎo)體襯底10中。參照?qǐng)D5，執(zhí)行漂移驅(qū)動(dòng)工藝以去除掩模層11并且對(duì)半導(dǎo)體襯底10進(jìn) 行熱處理，然后使第一雜質(zhì)區(qū)21和第二雜質(zhì)區(qū)22中包含的雜質(zhì)擴(kuò)散，由此 形成漂移區(qū)20。這時(shí)，執(zhí)行漂移驅(qū)動(dòng)工藝40分鐘至50分鐘。根據(jù)該實(shí)施例，執(zhí)行漂移 驅(qū)動(dòng)工藝45分鐘。參照?qǐng)D6，有選擇地去除各漂移區(qū)20的一部分，然后在漂移區(qū)20中填 充絕緣材料，由此在漂移區(qū)20中形成STI區(qū)60。參照?qǐng)D7，在漂移區(qū)20之間形成柵電極50，其中柵電極50包括柵極絕 緣層51、柵極多晶硅52和間隔件53。參照?qǐng)D8，將高濃度P離子注入到漂移區(qū)20中，由此在漂移區(qū)20中形 成源區(qū)30或者漏區(qū)40。圖9是圖示了根據(jù)該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的開(kāi)態(tài)擊穿電壓特性的曲線圖。在圖9中，水平軸代表漏電壓VD而豎直軸代表漏電流ID。圖9示出了當(dāng)形成漂移區(qū)20時(shí)執(zhí)行兩步雜質(zhì)注入的第一情況與當(dāng)形成 漂移區(qū)20時(shí)執(zhí)行一步雜質(zhì)注入的第二情況的比較。在執(zhí)行一步雜質(zhì)注入的情況下，當(dāng)柵電壓VG為32V時(shí)，如果漏電壓 VD大于38V，則漏電流驟然增加，這稱為"快速跳回現(xiàn)象"。圖10和圖11是圖示了在該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中漂移驅(qū)動(dòng)工藝的特性 根據(jù)時(shí)間變化的曲線圖。圖10示出了執(zhí)行漂移驅(qū)動(dòng)過(guò)程30分鐘的情況，而圖11示出了執(zhí)行漂 移驅(qū)動(dòng)過(guò)程45分鐘的情況。參照?qǐng)D10和圖11，在執(zhí)行漂移驅(qū)動(dòng)過(guò)程30分鐘的情況下，當(dāng)漏電壓 VD為38V時(shí)出現(xiàn)結(jié)擊穿，使得可能出現(xiàn)溝道粘合。然而，在執(zhí)行漂移驅(qū)動(dòng)過(guò)程45分鐘的情況下，雖然漏電壓VD大于40V， 但是沒(méi)有出現(xiàn)快速跳回現(xiàn)象。這代表了在增加結(jié)之后，通過(guò)增加漂移驅(qū)動(dòng) 工藝的時(shí)間來(lái)增加擊穿裕度，從而提高擊穿電壓特性。該實(shí)施例涉及擊穿電壓特性改進(jìn)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。該實(shí)施例涉及能夠防止出現(xiàn)撞擊電離的半導(dǎo)體器件及其制造方法。在本說(shuō)明書(shū)中提到的"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例" 等，都意味著結(jié)合實(shí)施例所描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性被包含在本發(fā) 明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在本說(shuō)明書(shū)各處出現(xiàn)的這些詞語(yǔ)并不一定都指同一 個(gè)實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任一實(shí)施例來(lái)描述特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性時(shí)， 則認(rèn)為其落入本領(lǐng)域技術(shù)人員可以結(jié)合其它的實(shí)施例來(lái)實(shí)施這些特征、結(jié)構(gòu) 或特性的范圍內(nèi)。雖然以上參考本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例而對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng) 理解的是，本領(lǐng)域人員可以導(dǎo)出落在此公開(kāi)文件的原理的精神和范圍內(nèi)的許 多其它改型和實(shí)施例。更具體地說(shuō)，在此公開(kāi)文件、附圖以及所附權(quán)利要求 書(shū)的范圍內(nèi)，能夠?qū)M件和/或附件組合排列中的排列進(jìn)行各種變更與改型。 除了組件和/或排列的變更與改型之外，本發(fā)明的其他應(yīng)用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言也是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底；柵電極，位于所述半導(dǎo)體襯底上；第一導(dǎo)電漂移區(qū)，形成在所述柵電極的相對(duì)的兩側(cè)處；源區(qū)或者漏區(qū)，形成在所述第一導(dǎo)電漂移區(qū)中；以及STI區(qū)，形成在所述柵電極與所述漏區(qū)之間的所述漂移區(qū)中，其中位于所述STI區(qū)的下部處的所述漂移區(qū)具有雜質(zhì)濃度在向下的方向上減少、然后增加并且再次減少的摻雜分布。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述雜質(zhì)包括P離子。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述雜質(zhì)在所述柵電極以下 水平地注入。
4. 一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟以第一能量將第一導(dǎo)電雜質(zhì)注入第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底中，由此在所述第 二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底中形成第一雜質(zhì)區(qū)；以第二能量將所述第一導(dǎo)電雜質(zhì)注入所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底中，由此 在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底中形成第二雜質(zhì)區(qū)；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理以通過(guò)分別擴(kuò)散所述第一雜質(zhì)區(qū)和所述 第二雜質(zhì)區(qū)來(lái)形成第一導(dǎo)電漂移區(qū)；在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底上形成柵電極；通過(guò)將高濃度的所述第一導(dǎo)電雜質(zhì)注入所述漂移區(qū)中，在所述第一導(dǎo)電 漂移區(qū)中形成源區(qū)或者漏區(qū)；以及通過(guò)有選擇地蝕刻所述柵電極與所述漏區(qū)之間的所述第一導(dǎo)電漂移區(qū) 來(lái)形成用絕緣材料填充的STI區(qū)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一能量為400KeV至600KeV。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第二能量為130KeV至230KeV。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中將所述熱處理執(zhí)行40分鐘至50分鐘。
8. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中位于所述STI區(qū)的下部處的所述漂 移區(qū)具有雜質(zhì)濃度在向下方向上減少、然后增加并且再次減少的摻雜分布。
9. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述雜質(zhì)包括P離子。
10. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述雜質(zhì)在所述柵電極以下水平地 注入。
全文摘要
公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括第二導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上的柵電極；在柵電極的相對(duì)的兩側(cè)形成的第一導(dǎo)電漂移區(qū)；在第一導(dǎo)電漂移區(qū)中形成的源區(qū)或者漏區(qū)；以及形成在柵電極與漏區(qū)之間的漂移區(qū)中的STI區(qū)。位于STI區(qū)的下部處的漂移區(qū)具有雜質(zhì)濃度在向下的方向上減少、然后增加并且再次減少的摻雜分布。本發(fā)明能夠改進(jìn)擊穿電壓特性，防止碰撞電離。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101335298SQ20081012932
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者張德基, 張炳琸, 樸盛羲, 金知泓 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司