横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管及其制造方法技术

一种横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管，包括衬底、第一阱区、漏极区、第二阱区以及源极区。衬底具有第一导电型杂质，具有第二导电型杂质的第一阱区，位于部分衬底中。漏极区位于第一阱区中。具有第一导电型杂质的第二阱区，位于部分衬底中。源极区位于第二阱区中，源极区包括轻掺杂源极区以及重掺杂源极区，都由衬底的上表面向下延伸，轻掺杂源极区的深度大于重掺杂源极区。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管，尤其涉及一种具有双重扩散式源极区域的横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管。
技术介绍
当半导体元件愈做愈小，漏极与源极之间的沟道长度也随之缩短，因此晶体管的操作速度将加快。但是金属氧化物半导体晶体管(Metal OxideSemiconductor Transistor，MOS)的沟道长度并不能无限制的缩短，当沟道长度缩短到某一特定程度之后，各种因沟道长度变小所衍生的问题便会发生，其中之一便是热载流子效应(Hot Carrier Effect)。传统上，广泛地为大家所采用的解决热载流子效应的方法，就是在原来的MOS的源极与漏极接近沟道的地方，再增加一组掺杂程度较原来N型源极与漏极为低的N型区，这种结构称之为轻掺杂漏极结构(Lightly DopedDrain)。以下详述其结构及制造方法。请参照图1A～1G，其绘示根据传统横向双重扩散金属氧化物半导体晶体管的制造方法。本实施例的N型横向双扩散金属氧化物半导体晶体管(Laterally Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor Transistor，LDNMOS)的制造方法包括下列步骤。首先，提供P型衬底110，形成N型第一阱区112于部分衬底110中，且形成P型第二阱区114于部分衬底110中，如图3A所示。接着，形成多个场氧化层于衬底110的上表面，多个场氧化层其中的第一场氧化层122及第二场氧化层124位于第一阱区112，多个场氧化层其中的第三场氧化层126及第四场氧化层128位于第二阱区114，如图1B所示。然后，形成栅极141于部分衬底110以及部分第二场氧化层124上，如图1C所示。然后，利用自对准工艺(self-alignment)形成漏极区于第一阱区112中，并且形成具有轻掺杂漏极结构(lightly doping drain，LDD)的源极区于第二阱区114中，其详细流程包括下列步骤首先，利用光掩模形成图案化光致抗蚀剂层130于衬底110上，图案化光致抗蚀剂层130具有开口132，开口132暴露出位于第三场氧化层126以及第一场氧化层122之间的衬底110，如图1D所示。接着，进行离子注入；透过开口132将N型杂质注入衬底110中，并据以形成轻掺杂源极区162及轻掺杂漏极区152于衬底110中，如图1D所示。在移除图案化光致抗蚀剂层130之后，形成间隙壁(spacer)148于栅极141的侧面，据以形成栅极结构140，如图1E所示。接着，如图1F所示，利用相同的光掩模形成相同图案的光致抗蚀剂层134于衬底110上，并透过开口136进行离子注入工艺。以具有间隙壁148的栅极结构140为掩模，将高浓度的N型杂质，注入衬底110中，据以形成重掺杂源极区164以及重掺杂漏极区154于衬底110中。在此工艺中，轻掺杂漏极区152与重掺杂漏极区154完全重迭在一起；轻掺杂源极区162与重掺杂源极区164则不完全重迭，轻掺杂源极区162会突出于重掺杂源极区164的侧面，并位于间隙壁148的下方。也就是说，源极区利用自对准工艺形成轻掺杂漏极结构。然后，去除图案化光致抗蚀剂层134之后，并将P型杂质注入衬底110中以形成P型杂质阱170，藉此就完成了横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管100，如图1G所示。然而，轻掺杂漏极结构无法有效改善热载流子效应问题，导致晶体管的操作电压仍需控制在一定强度之下，否则同样会产生电击穿(ElectricalBreakdown)问题。在晶体管操作电压超过临界值时，沟道内的横向电场增加，使沟道中产生热电子。具有高能量的热电子撞击漏极而产生许多电子空穴对，使得沟道内接近漏极区域的载流子数量上升，称为载流子倍增(CarrierMultiplication)现象。产生的电子通常吸往漏极而增加漏极的电流大小，部分电子射入栅极氧化层中。产生的空穴将流往衬底，而产生衬底电流(substratecurrent)，另一部份空穴则被源极所收集，加强NPN现象，促使更多的载流子倍增，最后发生电击穿。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的就是在于提供一种横向双重扩散金属氧化物半导体晶体管，其源极区域采用双重扩散式结构，可改善热载流子效应，藉此提高源极的驱动电压。根据本专利技术，提供了一种横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管，包括衬底、第一阱区、漏极区、第二阱区以及源极区。衬底具有第一导电型杂质，具有第二导电型杂质的第一阱区位于部分衬底中。漏极区位于第一阱区中。具有第一导电型杂质的第二阱区位于部分衬底中。源极区位于第二阱区中，源极区包括轻掺杂源极区以及重掺杂源极区，都由衬底的上表面向下延伸，轻掺杂源极区的深度大于重掺杂源极区。根据本专利技术，还提供了一种横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的制造方法，包括下列步骤(a)提供具有第一导电型杂质的衬底；(b)形成具有第二导电型杂质的第一阱区于部分衬底中；(c)形成具有第一导电型杂质的第二阱区于部分衬底中；(d)形成多个场氧化层于衬底的上表面，多个场氧化层其中的第一场氧化层及第二场氧化层位于第一阱区，多个场氧化层其中的第三场氧化层位于第二阱区；(e)形成栅极于部分衬底以及部分第二场氧化层上；(f)形成漏极区于第一阱区中；以及(g)形成源极区于第二阱区中，源极区包括轻掺杂源极区和重掺杂源极区，都由衬底的上表面向下延伸，其中，轻掺杂源极区的深度大于重掺杂源极区的深度。为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1A～1G说明根据传统横向双重扩散金属氧化物半导体晶体管的制造方法。图2是说明根据本专利技术实施例一的横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管的结构图。图3A～3Q是说明根据本专利技术实施例一的横向双扩散金属氧化物半导体晶体管的制造方法。图4是说明根据本专利技术实施例二的横向双重扩散金属氧化物半导体晶体管的结构图。图5A～5I是说明根据本专利技术实施例二的横向扩散金属氧化物半导体晶体管的制造方法中形成源极区及漏极区的方法流程图。图6是比较传统LDMOS与本实施例二的LDMOS的栅极电压与衬底电流的关系图。主要元件符号说明100传统横向双重扩散金属氧化物半导体晶体管110衬底112第一阱区114第二阱区120四乙基正硅酸盐层121氮化硅层121a、121b、121c、121d开口122第一场氧化层124第二场氧化层126第三场氧化层128第四场氧化层130图案化光致抗蚀剂层132开口134图案化光致抗蚀剂层136开口140栅极结构141栅极148间隙壁149二氧化硅层150漏极区152轻掺杂漏极区154重掺杂漏极区160源极区162轻掺杂源极区164重掺杂源极区。170第一杂质阱200横向双重扩散金属氧化物半导体晶体管210衬底212第一阱区 214第二阱区220四乙基正硅酸盐层221氮化硅层221a、221b、221c、221d开口222第一场氧化层224第二场氧化层226第三场氧化层228第四场氧化层230图案化光致抗蚀剂层232开口234图案化光致抗蚀剂层236开口238图案化光致抗蚀剂层239开口240栅极结构242栅极氧化层244多晶硅层246栅极硅化金属层24本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管，其包括：　　　　一衬底，具有一第一导电型杂质；　　　　一具有第二导电型杂质的一第一阱区，位于部分该衬底中；以及　　　　一漏极区，位于该第一阱区中；　　　　具有第一导电型杂质的一第二阱区，位于部分该衬底中；以及　　　　一源极区，位于该第二阱区中，该源极区包括一轻掺杂源极区以及一重掺杂源极区，都由该衬底的一上表面向下延伸，该轻掺杂源极区的深度大于该重掺杂源极区。

【技术特征摘要】
1.一种横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管，其包括一衬底，具有一第一导电型杂质；一具有第二导电型杂质的一第一阱区，位于部分该衬底中；以及一漏极区，位于该第一阱区中；具有第一导电型杂质的一第二阱区，位于部分该衬底中；以及一源极区，位于该第二阱区中，该源极区包括一轻掺杂源极区以及一重掺杂源极区，都由该衬底的一上表面向下延伸，该轻掺杂源极区的深度大于该重掺杂源极区。2.如权利要求1所述的横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管，其中，该轻掺杂源极区的宽度大于该重掺杂源极区的宽度。3.如权利要求1所述的横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管，还包括多个场氧化层，都形成于该衬底上，所述多个场氧化层其中的一第一场氧化层以及一第二场氧化层位于该第一阱区，所述多个场氧化层其中的一第三场氧化层位于该第二阱区；其中，该第三场氧化层与该重掺杂源极区相隔一间距。4.如权利要求3所述的横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管还包括一栅极结构，设置在部分该衬底上以及部分该第二场氧化层上，其中，该栅极结构包括一栅极，包括一栅极氧化层，形成于该沟道区上方的该衬底上，以及部分该第二场氧化层上；一多晶硅层，设置于该栅极氧化层上；以及一金属层，设置于该多晶硅层上；以及一间隙壁，设置于该栅极的侧面。5.如权利要求4所述的横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管，其中，该栅极结构与该重掺杂源极区相隔一间距。6.一种横向双重扩散式金属氧化物半导体晶体管的制造方法，包括下列步骤提供具有一第一导电型杂质的一衬底；形成具有一第二导电型杂质的一第一阱区于部分该衬底中；形成具有该第一导电型杂质的一第二阱区于部分该衬底中；形成多个场氧化层于该衬底的一上表面，所述多个场氧化层其中的一第一场氧化层及一第二场氧化层位于该第一阱区，所述多个场氧化层其中的一第三场氧化层位于该第二阱区；形成一栅极于部分该衬底以及部分该第二场氧化层上；形成一漏极区于该第一阱区中；以及形成一源极区于该第二阱区中，该源极区包括一轻掺杂源极区以及一重掺杂源极区，都由该衬底的一上表面向下延伸，其中，该轻掺杂源极区的深度大于该重掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：林正基，苏醒，朱建文，连士进，叶清本，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]