專利名稱：橫向晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及橫向功率晶體管。
背景技術(shù)：
橫向功率晶體管，例如雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(DMOS)場效應(yīng)晶體管通常作為開關(guān)器件被廣泛應(yīng)用于各種電源管理電路中，這些電源管理電路用于為各種工業(yè)電子設(shè)備及消費(fèi)電子設(shè)備提供合適的工作電壓。通過控制功率晶體管以相對較高的頻率周期性地導(dǎo)通或關(guān)斷，從而將供電電壓轉(zhuǎn)換為合適的輸出電壓的電源管理電路通常稱作開關(guān)電源。開關(guān)電源中功率晶體管允許的最大開關(guān)速率是影響開關(guān)電源的功率轉(zhuǎn)換效率、尺寸及生產(chǎn)成本的因素之一。功率晶體管允許的開關(guān)速率越大，開關(guān)電源能夠采用的工作開關(guān)頻率就越聞。較聞的開關(guān)頻率意味著開關(guān)電源中用于驅(qū)動功率開關(guān)管的電路兀件允許的制造尺寸更小,功耗更低并且生產(chǎn)成本降低,集成度提高。功率晶體管通常包括制作于半導(dǎo)體襯底中的柵區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)。柵區(qū)用于控制襯底中位于源區(qū)和漏區(qū)之間的一個溝道區(qū)的導(dǎo)通和阻斷，從而控制從漏區(qū)到源區(qū)的電流。以橫向DMOS功率晶體管為例，其柵區(qū)通常位于柵介電層上，該柵介電層具有厚度相對較小的薄部和厚度相對較大的厚部，該薄部通常覆蓋該橫向DMOS功率晶體管的溝道區(qū)及其漂移區(qū)的一部分，該厚部覆蓋其漂移區(qū)的另外一部分。通常所述柵區(qū)連續(xù)地形成于所述柵介電層上并且部分延伸至所述厚部上。該厚部有助于降低柵區(qū)的場強(qiáng)，從而允許更高的漏區(qū)至柵區(qū)電壓施加于漏區(qū)和柵區(qū)之間，因而使所述橫向DMOS功率晶體管的擊穿電壓增大，具有更好的耐壓性。然而，由于柵區(qū)是連續(xù)形成于柵介電層上并且至少部分延伸至所述厚部上，導(dǎo)致漏柵電容(即漏區(qū)至柵區(qū)之間的等效電容)增大了。漏柵電容的增大使得將柵電容(包括漏柵電容和柵源電容)充電以將DMOS功率晶體管導(dǎo)通所需要的電荷量增大，從而需要更多充電時間，同時也使得將柵電容放電以將DMOS功率晶體管關(guān)斷需要釋放的電荷量增大和關(guān)斷，從而需要更多放電時間，因而導(dǎo)致該功率晶體管的開關(guān)速率變慢。對于功率晶體管，除了希望其具有相對較高的擊穿電壓、相對較低的導(dǎo)通電阻之夕卜，還希望其具有相對較小的漏柵電容以支持相對較大的開關(guān)速率。另外，也希望功率晶體管的柵介電層(尤其是溝道區(qū)上方的柵介電層)具有相對更小的厚度。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種橫向晶體管及其制造方法。在本發(fā)明的一個方面，提出了一種橫向晶體管，包括半導(dǎo)體層，具有第一導(dǎo)電類型；源區(qū)，形成于所述半導(dǎo)體層中，具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型；漏區(qū)，具有所述第二導(dǎo)電類型，形成于所述半導(dǎo)體層中并與所述源區(qū)相分離；第一阱區(qū)，具有所述第二導(dǎo)電類型，形成于所述漏區(qū)的外圍，向所述源區(qū)延伸，但與所述源區(qū)相分離；柵介電層，形成于所述半導(dǎo)體層上，覆蓋位于所述源區(qū)和所述第一阱區(qū)之間的所述半導(dǎo)體層，并向所述第一阱區(qū)上方延伸以覆蓋所述第一阱區(qū)的第一部分；場介電層，形成于所述半導(dǎo)體層上，覆蓋位于所述漏區(qū)和所述柵介電層之間的所述第一阱區(qū)的第二部分，并與所述柵介電層銜接，其中該場介電層的厚度大于所述柵介電層的厚度；柵區(qū)，位于所述柵介電層的靠近所述源區(qū)一側(cè)的第一部分上；以及場板，覆蓋所述場介電層的至少一部分，并延伸至所述柵介電層上以覆蓋所述柵介電層的第二部分，其中該場板與所述源區(qū)電氣耦接，并且該場板與所述柵區(qū)具有位于所述柵介電層的第三部分上方的隔離間隙，所述柵介電層的第三部分位于其第一部分和第二部分之間并連接該第一部分和第二部分。在本發(fā)明的另一方面，提出了一種形成橫向晶體管的方法，包括提供具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成具有第二導(dǎo)電類型的第一阱區(qū)，其中所述第二 導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反；在所述半導(dǎo)體層上形成覆蓋該第一阱區(qū)的第一部分的場介電層，露出該第一阱區(qū)的第二部分和第三部分，其中該第一阱區(qū)的第一部分位于其第二部分和第三部分之間；在所述半導(dǎo)體層上形成柵介電層，該柵介電層至少有一部分覆蓋所述第一阱區(qū)的第二部分并且與所述場介電層銜接，其中所述場介電層的厚度大于所述柵介電層的厚度；在所述柵介電層上形成覆蓋該柵介電層的第一部分的柵區(qū)；在所述場介電層和所述柵介電層上形成覆蓋該場介電層的至少一部分并覆蓋該柵介電層的第二部分的場板，所述柵區(qū)和所述場板之間具有位于該柵介電層第三部分上方的隔離間隙，該柵介電層的第三部分位于其第一部分和第二部分之間并相互連接；在所述第一阱區(qū)的第三部分中形成具有所述第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)，并在靠近所述柵區(qū)一側(cè)的半導(dǎo)體層中形成具有所述第二導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及將所述場板與所述源區(qū)耦接。


下面的附圖有助于更好地理解接下來對本發(fā)明不同實(shí)施例的描述。這些附圖并非按照實(shí)際的特征、尺寸及比例繪制，而是示意性地示出了本發(fā)明一些實(shí)施方式的主要特征。這些附圖和實(shí)施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發(fā)明的一些實(shí)施例。為簡明起見，不同附圖中具有相同功能的相同或類似的組件或結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記。圖1示出了根據(jù)本公開一個實(shí)施例的橫向晶體管100的縱向剖面示意圖；圖2示出了根據(jù)本公開另一實(shí)施例的橫向晶體管200的縱向剖面示意圖；圖3A示意出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的連續(xù)第三輕摻雜區(qū)201的平面示意3B示意出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的不連續(xù)第三輕摻雜區(qū)201的平面示意圖；圖4示出了根據(jù)本公開另一實(shí)施例的橫向晶體管300的縱向剖面示意圖；圖5示出了根據(jù)本公開一個實(shí)施例的制造橫向晶體管的方法中部分階段的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將詳細(xì)說明本發(fā)明的一些實(shí)施例。在接下來的說明中，一些具體的細(xì)節(jié)，例如實(shí)施例中的具體電路結(jié)構(gòu)和這些電路元件的具體參數(shù)，都用于對本發(fā)明的實(shí)施例提供更好的理解。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，即使在缺少一些細(xì)節(jié)或者其他方法、元件、材料等結(jié)合的情況下，本發(fā)明的實(shí)施例也可以被實(shí)現(xiàn)。在本公開的說明書及權(quán)利要求書中，若采用了諸如“左、右、內(nèi)、外、前、后、上、下、頂、之上、底、之下”等一類的詞，均只是為了便于描述，而不表示組件/結(jié)構(gòu)的必然或永久的相對位置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解這類詞在合適的情況下是可以互換的，例如，以使得本公開的實(shí)施例可以在不同于本說明書描繪的方向下仍可以運(yùn)作。在本公開的上下文中，將一層/元件稱作位于另一層/元件“上”時，該層/元件可以直接位于該另一層/元件上，或者它們之間可以存在居中層/元件。此外，“耦接”一詞意味著以直接或者間接的電氣的或者非電氣的方式連接?！耙粋€/這個/那個”并不用于特指單數(shù)，而可能涵蓋復(fù)數(shù)形式。“在……內(nèi)”可能涵蓋“在……內(nèi)/上”。在本公開的說明書中，若采用了諸如“根據(jù)本公開的一個實(shí)施例”、“在一個實(shí)施例中”等用語并不用于特指在同一個實(shí)施例中，當(dāng)然也可能是同一個實(shí)施例中。若采用了諸如“在另外的實(shí)施例中”、“根據(jù)本公開的不同實(shí)施例”、 “根據(jù)本公開另外的實(shí)施例”等用語，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的實(shí)施例中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在本公開說明書的一個或者多個實(shí)施例中公開的各具體特征、結(jié)構(gòu)或者參數(shù)、步驟等可以以任何合適的方式組合。除非特別指出，“或”可以涵蓋“和/或”的意思。若“晶體管”的實(shí)施例可以包括“場效應(yīng)晶體管”或者“雙極結(jié)型晶體管”，則“柵極/柵區(qū)”、“源極/源區(qū)”、“漏極/漏區(qū)”分別可以包括“基極/基區(qū)”、“發(fā)射極/發(fā)射區(qū)”、“集電極/集電區(qū)”，反之亦然。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解以上對各用詞的說明僅僅提供一些示例性的用法，并不用于限定這些詞。在本說明書中，用“ + ”和來描述摻雜區(qū)的相對濃度，但這并不用于限制摻雜區(qū)的濃度范圍，也不對摻雜區(qū)進(jìn)行其他方面的限定。例如，下文中描述為N+或N-的摻雜區(qū)，亦可以稱為N型摻雜區(qū)，描述為P+或P-的摻雜區(qū)，亦可以稱為P型摻雜區(qū)。如圖1所示，為根據(jù)本公開一個實(shí)施例的橫向晶體管100的縱向剖面示意圖。橫向晶體管100包括半導(dǎo)體層101，具有第一導(dǎo)電類型(例如圖1中示意為P型)；源區(qū)102，具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型(例如圖1中示意為N型)，該源區(qū)102形成于所述半導(dǎo)體層101中，其可能具有較高的摻雜濃度，例如，高于I X IO19CnT3 (圖1中用一個N+區(qū)域示意)；漏區(qū)103，具有所述第二導(dǎo)電類型，其形成于所述半導(dǎo)體層101中并與所述源區(qū)102相分離，該漏區(qū)103也可能具有較高的摻雜濃度，例如，高于I X IO19CnT3 (圖1中用另一個N+區(qū)域示意)；第一阱區(qū)104，具有所述的第二導(dǎo)電類型，該第一阱區(qū)104形成于所述漏區(qū)103的外圍，向所述源區(qū)102延伸，但與所述源區(qū)102相分離；柵介電層105，形成于所述半導(dǎo)體層101上，覆蓋位于源區(qū)102和第一阱區(qū)104之間的所述半導(dǎo)體層101并向第一阱區(qū)104上方延伸以覆蓋所述第一阱區(qū)104的第一部分；場介電層106，形成于所述半導(dǎo)體層101上，覆蓋位于漏區(qū)103和柵介電層105之間的所述第一阱區(qū)104的第二部分，并與所述柵介電層105銜接，其中該場介電層106的厚度大于所述柵介電層105的厚度；柵區(qū)107，位于柵介電層105的靠近所述源區(qū)102 —側(cè)的第一部分上；以及場板108，覆蓋所述場介電層106的至少一部分，并延伸至所述柵介電層105上以覆蓋所述柵介電層105的第二部分，其中該場板108與所述源區(qū)102電氣耦接，所述柵介電層105的位于其第一部分和其第二部分之間并連接該第一部分和該第二部分的第三部分未被柵區(qū)107覆蓋也未被場板108覆蓋，因而在柵區(qū)107和場板108之間形成了位于柵介電層105的第三部分上方的隔離間隙，將該柵區(qū)107和場板108電氣隔離。在一個實(shí)施例中，所述隔離間隙中填充有介電材料。在如圖1示意的示例性實(shí)施例中，橫向晶體管100可以包括N溝道橫向金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。當(dāng)該橫向晶體管100被導(dǎo)通時，在柵介電層105下方位于所述第一阱區(qū)104和所述源區(qū)102之間的該第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層101中會形成具有第二導(dǎo)電類型的反型層(在圖1的示例中，半導(dǎo)體層101示意為P型，第一阱區(qū)104和源區(qū)102均示意為N型，形成的反型層則為N型)，因而為漏區(qū)103至源區(qū)102提供電流通路。在橫向晶體管100的導(dǎo)通狀態(tài)下，半導(dǎo)體層101的位于所述柵介電層105下方并且有反型層形成的部分通常被提及為溝道區(qū)。所述第一阱區(qū)104的位于所述場介電層106下方的部分通常被提及為漂移區(qū)。在橫向晶體管100的導(dǎo)通狀態(tài)下，有效載流子可以通過該漂移區(qū)從源區(qū)102向漏區(qū)103漂移。另外，所述第一阱區(qū)104的位于所述柵介電層105下方的部分通常被提及為過渡區(qū)。。在橫向晶體管100的導(dǎo)通狀態(tài)下，該過渡區(qū)為有效載流子從溝道區(qū)向漂移區(qū)的漂移提供漂移通路。一般來說，橫向晶體管100的導(dǎo)通電阻主要來源于所述漂 移區(qū)和所述過渡區(qū)的阻抗。增大所述漂移區(qū)和所述過渡區(qū)的摻雜濃度通常有利于降低橫向晶體管100的導(dǎo)通電阻。不過，更大的摻雜濃度意味著所述漂移區(qū)和所述過渡區(qū)將更難被耗盡，會導(dǎo)致橫向晶體管100的擊穿電壓降低。但是，對于圖1示意的示例性實(shí)施例中的橫向晶體管100，所述場介電層106和所述場板108之間的相互作用有助于對所述漂移區(qū)和所述過渡區(qū)進(jìn)一步耗盡。因而，與沒有場板108的橫向晶體管相比，在保證擊穿電壓基本上相同的情況下，橫向晶體管100的第一阱區(qū)104 (所述漂移區(qū)和所述過渡區(qū))可以允許具有相對較高的摻雜濃度，從而使橫向晶體管100具有相對較小的導(dǎo)通電阻。另外，所述場板108耦接所述源區(qū)102有助于在所述第一阱區(qū)104中建立相對均勻的電場分布，從而減小在該第一阱區(qū)104中較高電場強(qiáng)度區(qū)域形成的可能性，可以進(jìn)一步改善橫向晶體管100的耐擊穿性能。此外，由于場板108至少覆蓋所述場介電層106的一部分以及所述柵介電層105的第二部分，具有相對較大厚度的場介電層106有更好的耐壓性從而可以承擔(dān)更高的漏柵電壓(即施加于所述漏區(qū)103和所述柵區(qū)107之間的電壓)，因而場板108與場介電層106結(jié)合使較高的漏柵電壓基本降在場介電層106上，有助于保護(hù)所述相對較薄的柵介電層105不受較高的漏柵電壓的損害。再者，由于場介電層106是平整地形成于半導(dǎo)體層101上，因而位于場板108和場介電層106下方的半導(dǎo)體層101的表面基本上很平整，從而使橫向晶體管100的導(dǎo)通電阻和晶體管100的面積乘積(一般用Rm*A表示，并被稱為比導(dǎo)通電阻)降低。圖1示意的實(shí)施例中，橫向晶體管100的場板108與柵區(qū)107是電氣隔離的，相比于場板與柵區(qū)連接在一起的晶體管(即具有連續(xù)柵區(qū)并且該連續(xù)柵區(qū)的一部分延伸至厚介電層上的晶體管)，該橫向晶體管100具有更低的漏柵電容。另外，由于將所述場板108與所述柵區(qū)107電氣隔離的隔離間隙位于所述柵介電層105上，因而柵區(qū)107整體位于柵介電層105上，而柵介電層105的厚度相對較小，則使得橫向晶體管100的漏柵電容進(jìn)一步降低。因此，橫向晶體管100允許的開關(guān)速率得以提升，從而當(dāng)該橫向晶體管100作為開關(guān)器件被應(yīng)用于集成電路中時，該集成電路可以工作于更高的開關(guān)頻率，其有助于降低電路的功耗并縮減電路的晶片尺寸。再者，橫向晶體管100的場板108與源區(qū)102耦接，而源區(qū)102在應(yīng)用中通常耦接至地電位，因此這種結(jié)構(gòu)有助于將晶體管100的導(dǎo)通電流向遠(yuǎn)離柵介電層105的方向“推離”，即橫向晶體管100導(dǎo)通過程中需要通過溝道區(qū)的有效載流子受場板108作用不容易偏離其從源區(qū)向漏區(qū)的漂移方向而打在柵介電層105上，使橫向晶體管100的熱載流子壽命得以提高。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，圖1中示意的橫向晶體管100僅用于對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行示意，而并不用于對本發(fā)明進(jìn)行其他方面的限定。根據(jù)本公開的不同實(shí)施例，所述半導(dǎo)體層101可以被提供并形成于其它層上(圖1中未示出)。例如，在一個實(shí)施例中，半導(dǎo)體層101被提供并形成于具有所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上；在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層101可能被提供并形成于具有所述第二導(dǎo)電類型的外延層上，該外延層形成于具有 所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上；在又一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層101甚至可能被提供并形成于絕緣體上硅(SOI)層上，該絕緣體上硅層形成于具有所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底上。根據(jù)本公開的各實(shí)施例傾向于覆蓋所有包括了半導(dǎo)體層101并在其上形成橫向晶體管100的等同實(shí)施方式和/或者變形實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述柵介電層105可以包括薄柵氧層(例如薄二氧化硅層)。根據(jù)本公開的其它實(shí)施例，所述柵介電層105可能包括與器件制造工藝相兼容的其它介電材料層。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述場介電層106可以包括厚場氧層(例如厚二氧化硅層)。根據(jù)本公開的其它實(shí)施例，所述場介電層106可能包括與器件制造工藝相兼容的其它介電材料層。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，柵區(qū)107可以包括摻雜的多晶硅。根據(jù)本公開的其它實(shí)施例，柵區(qū)107可能包括與器件制造工藝相兼容的其它導(dǎo)電材料(例如金屬、其它半導(dǎo)體、半金屬、和/或它們的組合物)。因此，這里的“多晶硅”意味著涵蓋了硅及除硅以外的其它類似材料及其組合物。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，場板108可以包括與柵區(qū)107的材料相同的材料層，例如也可以包括摻雜的多晶硅。根據(jù)本公開的其它實(shí)施例，場板108可能包括與器件制造工藝相兼容的其它導(dǎo)電材料，例如金屬、其它半導(dǎo)體、半金屬、和/或它們的組合物。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，橫向晶體管器件100可以進(jìn)一步包括層間介電層(ILD) 109 ;源電極110，通過例如形成于層間介電層109中的第一通孔VIA1和第二通孔VIA2，分別與所述源區(qū)102和所述場板108耦接；漏電極111，通過例如形成于層間介電層109中的第三通孔VIA3，與所述漏區(qū)103耦接；以及柵電極(圖1中未示出)，與所述柵區(qū)107耦接。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，將柵區(qū)107和場板108隔離的所述隔離間隙可以采用與形成層間介電層109所用材料相同的材料來填充。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，橫向晶體管100可以進(jìn)一步包括體接觸區(qū)112，形成于源區(qū)102附近，具有所述第一導(dǎo)電類型并且摻雜濃度較高(例如圖1中示意為P+體接觸區(qū))。在一個實(shí)施例中，體接觸區(qū)112可以與所述源區(qū)102接觸，并可以耦接源電極110，如圖1中所示。體接觸區(qū)112有利于提升源區(qū)102至半導(dǎo)體層101的電氣接觸性能。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，橫向晶體管100可以進(jìn)一步包括第二阱區(qū)113，該第二阱區(qū)113具有所述第一導(dǎo)電類型，例如，圖1中將第二阱區(qū)113示意為一個形成于所述源區(qū)102外圍并部分延伸至柵區(qū)107下方的P型體區(qū)。第二阱區(qū)113可以具有比半導(dǎo)體層101更高的摻雜濃度，從而有助于提高橫向晶體管100的閾值電壓，并且降低第一阱區(qū)105和源區(qū)102之間泄漏擊穿的可能性。在有體接觸區(qū)112形成的實(shí)施例中，源區(qū)102和體接觸區(qū)112均被第二阱區(qū)113包圍。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述源區(qū)102可能并不延伸至柵區(qū)107下方，這種情況下，橫向晶體管100還可以進(jìn)一步包括具有所述第一導(dǎo)電類型的第一輕摻雜區(qū)114A(例如圖1中示意為NLDS區(qū)，即N型輕摻雜擴(kuò)展源區(qū))，該第一輕摻雜區(qū)114A緊鄰所述源區(qū)102形成并與源區(qū)102接觸。該第一輕摻雜區(qū)11\可能延伸至柵區(qū)107下。類似地，根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述漏區(qū)103也可能并不延伸至所述場介電層106下，這時，橫向晶體管100還可以進(jìn)一步包括具有所述第一導(dǎo)電類型的第二輕摻雜區(qū)114B(例如圖1中示意為NLDD區(qū)，即N型輕摻雜擴(kuò)展漏區(qū))，該第二輕摻雜區(qū)114b緊鄰所述漏區(qū)103形成并與漏區(qū)103接觸。該第二輕摻雜層區(qū)114B可能延伸至所述場介電層106下。第一輕摻雜區(qū)114A和第二輕摻雜區(qū)114b有利于減小橫向晶體管100的短溝道效應(yīng)。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，橫向晶體管100可以進(jìn)一步包括隔離側(cè)墻1154和115b， 分別形成于所述柵區(qū)107的第一側(cè)和第二側(cè)；以及隔離側(cè)墻115。和115D，分別形成于所述場板108的第一側(cè)和第二側(cè)。隔離側(cè)墻1154和115B可以用于源區(qū)102和/或第二阱區(qū)113的自對準(zhǔn)形成，從而節(jié)約掩膜層和工藝流程。圖2示出了根據(jù)本公開另一實(shí)施例的橫向體管200的縱向剖面示意圖。為了簡明且便于理解，橫向晶體管200中的那些功能上與在橫向晶體管100中相同或類似的組件或結(jié)構(gòu)沿用了相同的附圖標(biāo)記。如圖2所示，橫向晶體管200可以進(jìn)一步包括第三輕摻雜區(qū)201，該第三輕摻雜區(qū)201形成于所述第一阱區(qū)104中，位于所述柵區(qū)107和所述場板108的所述隔離間隙下方，具有所述第一導(dǎo)電類型并具有較小的摻雜深度。這里深度指從垂直于半導(dǎo)體層101的上表面方向上衡量,該第三輕摻雜區(qū)201從半導(dǎo)體層101的上表面開始延伸至半導(dǎo)體層101中的距離。在未包含該第三輕摻雜區(qū)201的情況下，橫向晶體管200導(dǎo)通時，柵介質(zhì)層105的第二部分下方會因場板108的作用而形成與橫向晶體管200的溝道類型相反的反型層，例如，若橫向晶體管200為N溝道型，則柵介質(zhì)層105的第二部分下方會積聚空穴而形成P型反型層，若橫向晶體管200為P溝道型，則柵介質(zhì)層105的第二部分下方會積聚電子而形成N型反型層。如此在柵介質(zhì)層105的第二部分下方形成的與其溝道類型相反的反型層會向柵介質(zhì)層105的第二部分拉電流，這對柵介質(zhì)層105的第二部分會造成損害，而且使橫向晶體管200的熱載流子壽命減小。第三輕摻雜區(qū)201可以用于削減/阻止柵介質(zhì)層105的第二部分下方形成與橫向晶體管200的溝道類型相反的反型層。因此，一方面，該第三輕摻雜區(qū)201有助于提高橫向晶體管200的熱載流子壽命；另一方面，該第三輕摻雜區(qū)201可以減小柵介質(zhì)層105受熱載流子的損害，從而允許柵介質(zhì)層105具有更薄的厚度。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，在垂直于圖2截面的方向上(垂直于紙面的方向上)所述第三輕摻雜區(qū)201連續(xù)地形成于所述第一阱區(qū)104的位于所述隔離間隙下方的部分中。圖3A示意出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的連續(xù)第三輕摻雜區(qū)201的平面示意圖。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，在垂直于圖2截面的方向上(垂直于紙面的方向上)，所述第三輕摻雜區(qū)201也可以不連續(xù)地(即間斷地)形成于所述第一阱區(qū)104的位于所述隔離間隙下方的部分中。圖3B示意出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的不連續(xù)第三輕摻雜區(qū)201的平面示意圖。根據(jù)本公開各實(shí)施例及其變形實(shí)施方式的高壓晶體管器件的有益效果不應(yīng)該被認(rèn)為僅僅局限于以上所述的。根據(jù)本公開各實(shí)施例的這些及其它有益效果可以通過閱讀本發(fā)明的詳細(xì)說明及研究各實(shí)施例的附圖被更好地理解。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，圖1和圖2中示意的橫向晶體管100和200僅用于對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行示意，而并不用于對本發(fā)明進(jìn)行其他方面的限定。對本公開的實(shí)施例進(jìn)行其它可行的修改和變化都是可能的，這些變形的實(shí)施例并不超出本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。例如，圖4示出了根據(jù)本公開另一實(shí)施例的橫向晶體管300的縱向剖面示意圖。為了簡明且便于理解，橫向晶體管300中的那些功能上與在橫向晶體管100和200中相同或 類似的組件或結(jié)構(gòu)沿用了相同的附圖標(biāo)記。如圖4所示，在橫向晶體管300中，所述第一阱區(qū)104可以延伸至源區(qū)102 —側(cè)的下方并包圍源區(qū)102。在這種情況下，源區(qū)102、體接觸區(qū)112和第二阱區(qū)113均形成于第一阱區(qū)104中，源區(qū)102通過包圍該源區(qū)102的第二阱區(qū)113與所述第一阱區(qū)104隔離。圖4中示意的任何其它部件和區(qū)域都已在圖1至圖3B中進(jìn)行了說明，此處不再贅述。圖5示出了根據(jù)本公開一個實(shí)施例的制造橫向晶體管的方法中部分階段的流程示意圖。該方法包括步驟501，提供具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；步驟502，在所述半導(dǎo)體層中形成具有第二導(dǎo)電類型的第一阱區(qū)，其中所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反；步驟503，在所述半導(dǎo)體層上形成覆蓋該第一阱區(qū)的第一部分的場介電層，露出該第一阱區(qū)的第二部分和第三部分，其中第一阱區(qū)的第一部分位于其第二部分和第三部分之間；步驟504，在所述半導(dǎo)體層上形成柵介電層，該柵介電層至少有一部分覆蓋所述第一阱區(qū)的第二部分并且與所述場介電層銜接，其中所述場介電層的厚度大于所述柵介電層的厚度；步驟505，在所述柵介電層上形成覆蓋該柵介電層的第一部分的柵區(qū)，并在所述場介電層和所述柵介電層上形成覆蓋該場介電層的至少一部分并覆蓋該柵介電層的第二部分的場板，所述柵區(qū)和所述場板之間具有位于該柵介電層第三部分上方的隔離間隙，該柵介電層的第三部分位于其第一部分和第二部分之間并相互連接；步驟506，在所述第一阱區(qū)的第三部分中形成具有所述第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)，并在靠近所述柵區(qū)一側(cè)的半導(dǎo)體層中形成具有所述第二導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及步驟507，將所述場板與所述源區(qū)耦接。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，在步驟505中形成所述場板與所述柵區(qū)可以共享同一層以便節(jié)省工藝步驟及成本。例如，在步驟505，可以先在所述場介電層和柵介電層上形成輕摻雜或者未摻雜的多晶硅層，然后在該多晶硅層中注入第一劑量的N型和/或P型雜質(zhì)(例如，注入劑量大概在IX IO14CnT3到IX IO15CnT3的硼)以獲得合適的薄膜電阻(例如，lkohms/square到lOkohms/square),使其可以用于形成所述場板。緊接著,可以對摻雜后的多晶硅層進(jìn)行掩膜并刻蝕以形成所述場板及所述柵區(qū)，之后在柵區(qū)中注入具有更高濃度的第二劑量的N型和/或P型雜質(zhì)，例如采用與源區(qū)/漏區(qū)相同的離子注入。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，在步驟506形成所述漏區(qū)和源區(qū)之前，可以在所述柵區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)分別形成第一隔離側(cè)墻和第二隔離側(cè)墻，并在所述場板的第一側(cè)和第二側(cè)分別形成第三隔離側(cè)墻和第四隔離側(cè)墻。在一個實(shí)施例中，可以采用柵區(qū)兩側(cè)的第一隔離側(cè)墻/第二隔離側(cè)墻自對準(zhǔn)形成所述源區(qū)。在一個實(shí)施例中，可以采用場板兩側(cè)的第三隔離側(cè)墻/第四隔離側(cè)墻自對準(zhǔn)形成所述漏區(qū)。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述形成橫向晶體管的方法還可以進(jìn)一步包括在步驟506形成具有所述第一導(dǎo)電類型的第一輕摻雜區(qū)(如圖1中示出的NLDS區(qū)114A)，該第一輕摻雜區(qū)與所述源區(qū)毗鄰并接觸，并延伸至所述柵區(qū)下方。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述形成橫向晶體管的方法還可以進(jìn)一步包括在步驟506形成具有所述第一導(dǎo)電類型的第二輕摻雜區(qū)(如圖1中示出的NLDD區(qū)114B)，該第二輕摻雜區(qū)與所述漏區(qū)毗鄰并接觸，并延伸至所述場介電層下方。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述形成橫向晶體管的方法還可以進(jìn)一步包括步驟508，形成覆蓋所述橫向晶體管整個裸露上表面(包括覆蓋所述漏區(qū)、源區(qū)、場介電層、柵介電層、柵區(qū)和場板上表面)的層間介電層；步驟509，在所述層間介電層上形成源電極和漏電極，并在層間介電層中形成第一通孔、第二通孔和第三通孔，其中第一通孔和第二通孔分別用于將所述源電極耦接至所述源區(qū)和所述場板，第三通孔用于將所述漏電極耦接至所述
漏區(qū)。在一個實(shí)施例中，在步驟509還可以進(jìn)一步包括在所述層間介電層上形成柵電極，并在層間介電層中形成第四通孔用于將所述柵電極耦接至所述柵區(qū)。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述形成橫向晶體管的方法還可以進(jìn)一步包括形成鄰接所述源區(qū)的體接觸區(qū)(例如可以在步驟506中實(shí)現(xiàn))，該體接觸區(qū)具有所述的第一導(dǎo)電類型并具有相對較高的摻雜濃度。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述形成橫向晶體管的方法還可以進(jìn)一步包括在步驟506中，在形成所述源區(qū)和所述體接觸區(qū)之前，形成第二阱區(qū)，從而該第二阱區(qū)包圍所述源區(qū)和所述體接觸區(qū)并且將所述源區(qū)與所述第一阱區(qū)隔離開。根據(jù)本公開的一個實(shí)施例，所述形成橫向晶體管的方法還可以進(jìn)一步包括在所述第一阱區(qū)的位于所述柵區(qū)和所述場板的所述隔離間隙下方的部分中形成第三輕摻雜區(qū)，該第三輕摻雜區(qū)具有所述第一導(dǎo)電類型并具有較小的摻雜濃度和較淺的摻雜深度。例如，在一個實(shí)施例中，形成該第三輕摻雜區(qū)也可以在步驟506中實(shí)現(xiàn)，可以在形成所述源區(qū)和漏區(qū)之前注入第一導(dǎo)電類型的離子形成該第三輕摻雜區(qū)。在一個實(shí)施例中，所述第三輕摻雜區(qū)可以連續(xù)地形成于所述第一阱區(qū)的位于所述隔離間隙下方的部分中(參考圖3A的示意)。在一個實(shí)施例中，所述第三輕摻雜區(qū)也可以不連續(xù)地(即間斷地)形成于所述第一阱區(qū)的位于所述隔離間隙下方的部分中(參考圖3B的示意)。以上對根據(jù)本公開各實(shí)施例及其變形實(shí)施方式形成橫向晶體管的方法及步驟的描述僅為示例性的，并不用于對本發(fā)明進(jìn)行限定。另外，一些公知的制造步驟、工藝、材料及所用雜質(zhì)等并未給出或者并未詳細(xì)描述，以使本發(fā)明清楚、簡明且便于理解。發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上各實(shí)施例中描述的方法及步驟可能可以采用不同的順序?qū)崿F(xiàn)，并不僅僅局限于所描述的實(shí)施例。雖然本說明書中以N溝道橫向晶體管為例對根據(jù)本公開各實(shí)施例的橫向晶體管及其制造方法進(jìn)行了示意與描述，但這并不意味著對本發(fā)明的限定，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解這里給出的結(jié)構(gòu)及原理同樣適用于P溝道橫向晶體管及其它類型的半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體器件。因此，上述本發(fā)明的說明書和實(shí)施方式僅僅以示例性的方式對本發(fā)明實(shí)施例的橫向晶體管及其制造方法進(jìn)行了說明，并不用于限定本發(fā)明的范圍。對于公開的實(shí)施例進(jìn)行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實(shí)施例和對實(shí)施例中元件的等同變化可以被本 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所了解。本發(fā)明所公開的實(shí)施例的其他變化和修改并不超出本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種橫向晶體管,包括半導(dǎo)體層，具有第一導(dǎo)電類型；源區(qū)，形成于所述半導(dǎo)體層中，具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型；漏區(qū)，具有所述第二導(dǎo)電類型，形成于所述半導(dǎo)體層中并與所述源區(qū)相分離；第一阱區(qū)，具有所述第二導(dǎo)電類型，形成于所述漏區(qū)的外圍，向所述源區(qū)延伸，但與所述源區(qū)相分離；柵介電層，形成于所述半導(dǎo)體層上，覆蓋位于所述源區(qū)和所述第一阱區(qū)之間的所述半導(dǎo)體層，并向所述第一阱區(qū)上方延伸以覆蓋所述第一阱區(qū)的第一部分；場介電層，形成于所述半導(dǎo)體層上，覆蓋位于所述漏區(qū)和所述柵介電層之間的所述第一阱區(qū)的第二部分，并與所述柵介電層銜接，其中該場介電層的厚度大于所述柵介電層的厚度；柵區(qū)，位于所述柵介電層的靠近所述源區(qū)一側(cè)的第一部分上；以及場板，覆蓋所述場介電層的至少一部分，并延伸至所述柵介電層上以覆蓋所述柵介電層的第二部分，其中該場板與所述源區(qū)電氣耦接，并且該場板與所述柵區(qū)具有位于所述柵介電層的第三部分上方的隔離間隙，所述柵介電層的第三部分位于其第一部分和第二部分之間并連接該第一部分和第二部分。
2.如權(quán)利要求1所述的橫向晶體管，進(jìn)一步包括第二阱區(qū)，該第二阱區(qū)具有所述第一導(dǎo)電類型，形成于所述源區(qū)外圍并部分延伸至所述柵區(qū)下方。
3.如權(quán)利要求2所述的橫向晶體管，其中，所述第一阱區(qū)延伸至所述源區(qū)一側(cè)下方，并包圍所述源區(qū)和所述第二阱區(qū)，其中所述第二阱區(qū)將所述源區(qū)與所述第一阱區(qū)隔離。
4.如權(quán)利要求1所述的橫向晶體管，進(jìn)一步包括體接觸區(qū)，具有所述第一導(dǎo)電類型， 與所述源區(qū)毗鄰并與所述源區(qū)接觸。
5.如權(quán)利要求1所述的橫向晶體管，進(jìn)一步包括第三輕摻雜區(qū)，形成于所述第一阱區(qū)中，位于所述柵區(qū)和所述場板之間的所述隔離間隙下方，具有所述第一導(dǎo)電類型并具有較小的摻雜深度。
6.如權(quán)利要求5所述的橫向晶體管，其中，所述第三輕摻雜區(qū)連續(xù)形成于所述隔離間隙下方的所述第一阱區(qū)中。
7.如權(quán)利要求5所述的橫向晶體管，其中，所述第三輕摻雜區(qū)間斷形成于所述隔離間隙下方的所述第一阱區(qū)中。
8.如權(quán)利要求1所述的橫向晶體管，進(jìn)一步包括第一隔離側(cè)墻和第二隔離側(cè)墻，分別形成于所述柵區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)；以及第三隔離側(cè)墻和第四隔離側(cè)墻，分別形成于所述場板的第一側(cè)和第二側(cè)。
9.如權(quán)利要求1所述的橫向晶體管，進(jìn)一步包括第一輕摻雜區(qū)，具有所述第一導(dǎo)電類型，緊鄰述源區(qū)形成并與所述源區(qū)接觸，并且延伸至所述柵區(qū)下方。
10.如權(quán)利要求1所述的橫向晶體管，進(jìn)一步包括第二輕摻雜區(qū)，具有所述第一導(dǎo)電類型，緊鄰所述漏區(qū)形成并與所述漏區(qū)接觸，并且延伸至所述場介電層下。
11.如權(quán)利要求1所述的橫向晶體管，進(jìn)一步包括層間介電層；以及源電極，形成于所述層間介電層上，通過形成于所述層間介電層中的第一通孔和第二通孔和，分別與所述源區(qū)和所述場板耦接。
12.—種形成橫向晶體管的方法，包括提供具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成具有第二導(dǎo)電類型的第一阱區(qū)，其中所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反；在所述半導(dǎo)體層上形成覆蓋該第一阱區(qū)的第一部分的場介電層，露出該第一阱區(qū)的第二部分和第三部分，其中該第一阱區(qū)的第一部分位于其第二部分和第三部分之間；在所述半導(dǎo)體層上形成柵介電層，該柵介電層至少有一部分覆蓋所述第一阱區(qū)的第二部分并且與所述場介電層銜接，其中所述場介電層的厚度大于所述柵介電層的厚度；在所述柵介電層上形成覆蓋該柵介電層的第一部分的柵區(qū)；在所述場介電層和所述柵介電層上形成覆蓋該場介電層的至少一部分并覆蓋該柵介電層的第二部分的場板，所述柵區(qū)和所述場板之間具有位于該柵介電層第三部分上方的隔離間隙，該柵介電層的第三部分位于其第一部分和第二部分之間并相互連接；在所述第一阱區(qū)的第三部分中形成具有所述第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)，并在靠近所述柵區(qū)一側(cè)的半導(dǎo)體層中形成具有所述第二導(dǎo)電類型的源區(qū)；以及將所述場板與所述源區(qū)耦接。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述源區(qū)之前，形成第二阱區(qū)，該第二阱區(qū)包圍所述源區(qū)并且將所述源區(qū)與所述第一阱區(qū)隔離開。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在所述源區(qū)附近形成鄰接所述源區(qū)的體接觸區(qū)，該體接觸區(qū)具有所述的第一導(dǎo)電類型。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一阱區(qū)的位于所述柵區(qū)和所述場板的所述隔離間隙下方的部分中形成第三輕摻雜區(qū)，該第三輕摻雜區(qū)具有所述第一導(dǎo)電類型。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第三輕摻雜區(qū)連續(xù)地形成于所述第一阱區(qū)中。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第三輕摻雜區(qū)間斷地形成于所述第一阱區(qū)中。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括形成具有所述第一導(dǎo)電類型的第一輕摻雜區(qū)，該第一輕摻雜區(qū)與所述源區(qū)毗鄰并接觸，并延伸至所述柵區(qū)下方。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在所述柵區(qū)的第一側(cè)形成第一隔離側(cè)墻并在所述柵區(qū)的第二側(cè)形成第二隔離側(cè)墻；以及在所述場板的第一側(cè)形成第三隔離側(cè)墻并在所述場板的第二側(cè)形成第四隔離側(cè)墻。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括形成覆蓋整個橫向晶體管裸露上表面的層間介電層；以及在 所述層間介電層上形成源電極，并在所述層間介電層中形成第一通孔和第二通孔， 分別用于將所述源電極耦接至所述源區(qū)和所述場板。
全文摘要
提出了一種橫向晶體管及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的橫向晶體管包括柵區(qū)，形成于柵介質(zhì)層的第一部分上；以及場板，形成于場介質(zhì)層上，覆蓋該場介質(zhì)層的至少一部分，并延伸至所述柵介質(zhì)層上覆蓋該柵介質(zhì)層的第二部分，其中該場板與所述柵區(qū)之間具有位于所述柵介質(zhì)層的第三部分上方的隔離間隙，并且該場板與該橫向晶體管的源區(qū)耦接。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的橫向晶體管具有相對較小的漏柵電容，也可以具有較低的比導(dǎo)通電阻，還可以具有改善的熱載流子壽命。
文檔編號H01L29/40GK103022140SQ201210590639
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月22日
發(fā)明者喬伊·邁克格雷格 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司