横向扩散场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种横向扩散场效应晶体管，包括：在第一导电类型掺杂的漂移区中形成有第二导电类型掺杂的埋层，埋层分成具有不同浓度和不同深度的多个埋层段；各相邻两个埋层段在纵向上相互错位，使沟道区和漂移区之间的JFET效应降低，用以提高器件导通时漂移区的电流导通区域；最靠近沟道区的埋层段的掺杂浓度大于其它埋层段的掺杂浓度，且最靠近沟道区的埋层段的掺杂浓度使沟道区侧面附件漂移区能在漏端电压的初始阶段被充分耗尽。本发明专利技术还公开了一种横向扩散场效应晶体管的制造方法。本发明专利技术能防止低电压击穿、提高击穿电压，能增加漏电流的导通区域、降低器件的导通电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种横向扩散场效应晶体管；本专利技术还涉及一种横向扩散场效应晶体管的制造方法。
技术介绍
超高压横向扩散场效应晶体管(LDMOS)通常在漂移区中插入与漂移区导电类型相反的埋层，埋层可以帮助漂移区耗尽，这样可以适当提高漂移区浓度，还可保证超高压LDMOS的击穿电压。如图1所示，是现有横向扩散场效应晶体管的结构示意图；以N型LDMOS为例，现有LDMOS包括：漂移区102，由形成于P型半导体衬底如硅衬底101中的深N阱组成。在深N阱102的表面形成有场氧103，场氧103能为浅沟槽场氧(STI)或者局部场氧(LOCOS)。沟道区104，由形成于所述半导体衬底101的深N阱102中P阱组成。形成于所述半导体衬底101上方的多晶硅栅106，所述多晶硅栅106和所述半导体衬底101表面隔离有栅介质层，在横向上所述多晶硅栅106从所述沟道区104上方延伸到所述漂移区102的场氧103上方，被所述多晶硅栅106覆盖的所述沟道区104表面用于形成沟道；所述多晶硅栅106的第一侧面位于所述沟道区104上方、第二侧面位于所述漂移区102上方。N+区组成的源区107和漏区108，所述源区108形成于所述沟道区104中并和所述多晶硅栅106的第一侧面自对准，所述漏区108形成于所述漂移区102中。P+区组成的沟道引出区109，所述沟道引出区109形成于所述沟道区104中并用于将所述沟道区104引出，所述沟道引出区109和所述源区107横向接触。在漏区108侧的场氧103的表面形成有多晶硅场板106a。漏区108和多晶硅场板106a都通过接触孔111连接到由正面金属层112形成的漏极；正面金属层112还形成有栅极、源极和衬底电极。栅极通过接触孔111和多晶硅栅106接触；源极通过接触孔111和源区107和沟道引出区109连接；衬底引出电极通过接触孔111和P+区110连接，P+区110形成于深N阱102外的半导体衬底101的表面。在漂移区102中形成有P型掺杂的埋层(PTOP)105，埋层105可以帮助漂移区102耗尽，这样可以适当提高漂移区105浓度，还可保证超高压LDMOS的击穿电压。图1所示的现有结构中，由于漂移区102和沟道区104形成的JFET效应，LDMOS导通时，漏端电流很难通过埋层105以下的漂移区102到达源端，大多数漏电流都走埋层105上面的漂移区即图1中虚线框114所示区域的漂移区，这样就减小了电流通道，实际上抑制了电流的提高。现有漂移区的埋层105通常采用单一的高能量离子注入完成制作，埋层105的横向杂质分布是均匀的。也即位于沟道区104底部的埋层105和其它区域的埋层105是同时形成且掺杂浓度相同，这样容易造成在漏端即漏极端加电压的初始阶段，沟道区104和埋层105之间的漂移区102即虚线框103所示区域的漂移区102不易被完全耗尽，这样使得在漏端加电压的初始阶段就容易使该区域产生击穿，击穿如标记103a所示，所以现有结构容易形成低电压击穿，也即在比工作电压低很多的初始阶段如在工作电压的十分之一以下就发生击穿。如图2A所示，是图1所示现有器件的碰撞电离仿真图；标记201所对应的界面为半导体衬底101和深N阱102之间的界面，碰撞电离最大值出现在虚线圈202所对应区域位置，这和图1中的虚线框103所对应的位置一致。如图2B所示，是图1所示现有器件的耗尽区仿真图；可以看出，虚线圈203所对应区域内的漂移区并没有被充分耗尽。如图3A所示，是图1所示现有器件的电流密度仿真图；电流主要集中在埋层105上方的漂移区中即图3中虚线款204所示区域中，这个区域和图1中的虚线框114所对应的区域一致。如图3B所示，是图3A中沿AA线的纵向位置的电流密度曲线；虚线框106所对应的电流密度最大，该区域正是位于图3A的虚线框204所对应的区域的深度范围。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种横向扩散场效应晶体管，能防止低电压击穿、提高击穿电压，能增加漏电流的导通区域、降低器件的导通电阻。为此，本专利技术还提供一种横向扩散场效应晶体管的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的横向扩散场效应晶体管包括：第一导电类型掺杂的漂移区，形成于第二导电类型半导体衬底中。第二导电类型掺杂的沟道区，形成于所述半导体衬底中；所述沟道区和所述漂移区侧面接触或相隔一定距离。在所述漂移区中形成有第二导电类型掺杂的埋层，所述埋层分成具有不同浓度和不同深度的多个埋层段。各相邻两个所述埋层段的深度不同从而在纵向上相互错位，使所述沟道区和所述漂移区之间的JFET效应降低，用以提高器件导通时所述漂移区的电流导通区域。最靠近所述沟道区的埋层段的掺杂浓度大于所述埋层的其它埋层段的掺杂浓度，且最靠近所述沟道区的埋层段的掺杂浓度使所述沟道区侧面和该侧面相邻的所述埋层段之间的所述漂移区能在漏端电压的初始阶段被充分耗尽。进一步的改进是，所述漂移区由深阱组成，各所述埋层段通过离子注入实现，通过调节离子注入的能量调节各所述埋层段的深度，通过调节离子注入的剂量调节各所述埋层段的掺杂浓度。进一步的改进是，所述漂移区由外延层组成，所述漂移区的外延层通过多次外延生长形成，各所述埋层段在和其深度相对应的外延生长后在外延表面进行离子注入形成，通过调节离子注入的剂量调节各所述埋层段的掺杂浓度。进一步的改进是，各相邻两个所述埋层段在纵向上相互错位组成的所述埋层结构使器件导通时整个深度范围内的所述漂移区都为电流导通区域。进一步的改进是，最靠近所述沟道区的埋层段之外的其它埋层段的掺杂浓度相同或者不相同。进一步的改进是，横向扩散场效应晶体管为N型器件，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。进一步的改进是，横向扩散场效应晶体管为P型器件，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。进一步的改进是，横向扩散场效应晶体管还包括：形成于所述半导体衬底上方的多晶硅栅，所述多晶硅栅和所述半导体衬底表面隔离有栅介质层，在横向上所述多晶硅栅从所述沟道区上方延伸到所述漂移区上方，被所述多晶硅栅覆盖的所述沟道区表面用于形成沟道；所述多晶硅栅的第一侧面位于所述沟道区上方、第二侧面位于所述漂移区上方。第一导电类型重掺杂的源区和漏区，所述源区形成于所述沟道区中并和所述多晶硅栅的第一侧面自对准，所述漏区形成于所述漂移区中。进一步的改进是，所述横向扩散场效应晶体管还包括：第二导电类型重掺杂的沟道引出区，所述沟道引出区形成于所述沟道区中并用于将所述沟道区引出，所述沟道引出区和所述源区横向接触。进一步的改进是，所述横向扩散场效应晶体管还包括：场氧，位于所述沟道区和所述漏区之间的所述漂移区上方，所述场氧的第二侧和所述漏区横向接触，所述场氧的第一侧和所述沟道区相隔一段距离；所述多晶硅栅延伸到所述场氧上方。为解决上述技术问题，本专利技术提供的横向扩散场效应晶体管的制造方法包括如下步骤：...

【技术保护点】
一种横向扩散场效应晶体管，其特征在于，包括：第一导电类型掺杂的漂移区，形成于第二导电类型半导体衬底中；第二导电类型掺杂的沟道区，形成于所述半导体衬底中；所述沟道区和所述漂移区侧面接触或相隔一定距离；在所述漂移区中形成有第二导电类型掺杂的埋层，所述埋层分成具有不同浓度和不同深度的多个埋层段；各相邻两个所述埋层段的深度不同从而在纵向上相互错位，使所述沟道区和所述漂移区之间的JFET效应降低，用以提高器件导通时所述漂移区的电流导通区域；最靠近所述沟道区的埋层段的掺杂浓度大于所述埋层的其它埋层段的掺杂浓度，且最靠近所述沟道区的埋层段的掺杂浓度使所述沟道区侧面和该侧面相邻的所述埋层段之间的所述漂移区能在漏端电压的初始阶段被充分耗尽。

【技术特征摘要】
1.一种横向扩散场效应晶体管，其特征在于，包括：
第一导电类型掺杂的漂移区，形成于第二导电类型半导体衬底中；
第二导电类型掺杂的沟道区，形成于所述半导体衬底中；所述沟道区和所述漂移
区侧面接触或相隔一定距离；
在所述漂移区中形成有第二导电类型掺杂的埋层，所述埋层分成具有不同浓度和
不同深度的多个埋层段；
各相邻两个所述埋层段的深度不同从而在纵向上相互错位，使所述沟道区和所述
漂移区之间的JFET效应降低，用以提高器件导通时所述漂移区的电流导通区域；
最靠近所述沟道区的埋层段的掺杂浓度大于所述埋层的其它埋层段的掺杂浓度，
且最靠近所述沟道区的埋层段的掺杂浓度使所述沟道区侧面和该侧面相邻的所述埋
层段之间的所述漂移区能在漏端电压的初始阶段被充分耗尽。
2.如权利要求1所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在于：所述漂移区由深
阱组成，各所述埋层段通过离子注入实现，通过调节离子注入的能量调节各所述埋层
段的深度，通过调节离子注入的剂量调节各所述埋层段的掺杂浓度。
3.如权利要求1所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在于：所述漂移区由外
延层组成，所述漂移区的外延层通过多次外延生长形成，各所述埋层段在和其深度相
对应的外延生长后在外延表面进行离子注入形成，通过调节离子注入的剂量调节各所
述埋层段的掺杂浓度。
4.如权利要求1所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在于：各相邻两个所述
埋层段在纵向上相互错位组成的所述埋层结构使器件导通时整个深度范围内的所述
漂移区都为电流导通区域。
5.如权利要求1所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在于：最靠近所述沟道
区的埋层段之外的其它埋层段的掺杂浓度相同或者不相同。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在
于：横向扩散场效应晶体管为N型器件，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
7.如权利要求1至5中任一权利要求所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在
于：横向扩散场效应晶体管为P型器件，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
8.如权利要求1至5中任一权利要求所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在

\t于，横向扩散场效应晶体管还包括：
形成于所述半导体衬底上方的多晶硅栅，所述多晶硅栅和所述半导体衬底表面隔
离有栅介质层，在横向上所述多晶硅栅从所述沟道区上方延伸到所述漂移区上方，被
所述多晶硅栅覆盖的所述沟道区表面用于形成沟道；所述多晶硅栅的第一侧面位于所
述沟道区上方、第二侧面位于所述漂移区上方；
第一导电类型重掺杂的源区和漏区，所述源区形成于所述沟道区中并和所述多晶
硅栅的第一侧面自对准，所述漏区形成于所述漂移区中。
9.如权利要求8所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在于,所述横向扩散场
效应晶体管还包括：
第二导电类型重掺杂的沟道引出区，所述沟道引出区形成于所述沟道区中并用于
将所述沟道区引出，所述沟道引出区和所述源区横向接触。
10.如权利要求8所述的横向扩散场效应晶体管，其特征在于,所述横向扩散场
效应晶体管还包括：
场氧，位于所述沟道区和所述漏区之间的所述漂移区上方，所述场氧的第二侧和
所述漏区横向接触，所述场氧的第一侧和所述沟道区相隔一段距离；所述多晶硅栅延
伸到所述场氧上方。
11.一种横向扩散场效应晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在第二导电类型半导体衬底中形成第一导电类型掺杂的漂移区；所述漂
移区采用多次外延工艺形成；
步骤二、在所述漂移区中形成第二导电类型掺杂的埋层，所述埋层分成具有不同
浓度和不同深度的多个埋层段；各所述埋层段在和其深度相对应的外延生长后在外延
表面进行采用光刻加离子注入形成，通过调节离子注入的剂量调节各所述埋层段的掺
杂浓度；
各相邻两个所述埋层段的深度不同从而在纵向上相互错位，使所述沟道区和所述
漂移区之间的JFET效应降低，用以提高器件导通时所述漂移区的电流导通区域；
最靠近沟道区的埋层段的掺杂浓度大于所述埋层的其它埋层段的掺杂浓度，且最
靠近所述沟道区的埋层段的掺杂浓度使所述沟道区侧面和该侧面相邻的所述埋层段
之间的所述漂移区能在漏端电压的初始阶段被充分耗尽；
步骤三、光刻打开沟道区注入区并进行沟道区注入在所述半导体衬底中形成第二

\t导电类型掺杂的沟道区，所述沟道区和所述漂移区侧面接触或相隔一定距...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱文生，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31