[發明專利]具有低寄生BJT增益和穩定閾值電壓的橫向絕緣柵極雙極型晶體管結構

有效

• 申請號: 201310119631.0
• 申請日: 2013-04-08
• 公開（公告）號: CN103531619A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 林隆世;黃坤銘;林明毅
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/423;H01L21/331
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明總的來說涉及半導體技術，更具體地，涉及高壓半導體器件及其制造方法。

背景技術

半導體集成電路(IC)材料、設計、處理以及制造的技術進步使得IC器件不斷縮小，每一代均具有比上一代更小和更復雜的電路。

由于包括諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的器件的半導體電路應用于高電壓應用，諸如包括已知為高電壓橫向絕緣柵極雙極型晶體管(HVLIGBT)的HV?LDMOS類型的高電壓橫向擴散金屬氧化物半導體器件(HV?LDMOS)，針對變化閾值電壓而產生一些問題。MOS制造工藝流程可以包括多次高濃度注入。可惜多次注入也降低了寄生BJT的增益，這會閉鎖并影響器件性能。寄生BJT是當晶體管導通時允許高電流流過的LIGBT的一部分。當LIGBT導通時，電子流經LIGBT的溝道，且空穴同時流經寄生BJT。因此，在寄生BJT中形成了使高電流用于LIGBT的低阻抗路徑。寄生BJT中的不期望電阻會導致LIGBT過熱。

對于正常操作的LIGBT，當LIGBT截止時，寄生BJT截止。LIGBT的內部閉鎖電路是指即使LIGBT截止寄生BJT電路仍持續流動的情況。持續的空穴電流會損壞晶體管并造成產品故障。雖然開發了包括使用深p型阱的多種方法來減小寄生BJT增益并減小寄生BJT路徑中的阻抗，但仍持續尋求具有低寄生BJT增益和一致的閾值電壓的HV?LIGBT器件及其制造方法。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種半導體器件，包括：半導體襯底，具有絕緣體層和位于絕緣體層上方的硅層；以及晶體管區域，位于半導體襯底上方。晶體管區域包括：漂移區域，具有第一導電類型并位于絕緣體層上方；第一阱區域，位于漂移區域中并具有第一導電類型；第二阱區域，位于漂移區域中并具有第二導電類型，第二導電類型與第一導電類型相反；第一絕緣結構，位于第一阱區域和第二阱區域之間的漂移區域上方并且部分地嵌入漂移區域；第二絕緣結構，位于第二阱區域上方并且部分地嵌入第二阱區域；柵極結構，位于第一絕緣結構上方并且部分地位于第二阱區域上方；漏極區域，位于第一阱區域中；源極區域，位于第二絕緣結構和柵極結構之間的第二阱區域中，源極區域包括具有第二導電類型的第一源極區域和具有第一導電類型的第二源極區域，第二源極區域部分地設置在柵極結構的一部分之下；和第三阱區域，位于第二阱區域內并設置在源極區域的下方，第三阱區域以高于第二阱區域的劑量具有第二導電類型并且不被設置在柵極結構的下方。

優選地，第一導電類型是n型，并且第二源極區域與SOI襯底上的低壓晶體管區域中的輕摻雜漏極(LDD)區域相比具有更高的n型摻雜物濃度。

優選地，第一阱區域包括位于第二源極區域之下的低阻抗區域。

優選地，該半導體器件進一步包括：位于第一絕緣結構下方且具有第二導電類型的環阱。

優選地，從上往下看時，第二阱區域、第一絕緣結構、第二絕緣結構、柵極結構和源極結構中的每一個都具有彎曲形狀。

更優選地，彎曲形狀形成橢圓形。

優選地，第二源極區域部分地設置在柵極隔離件的下方。

優選地，柵極結構包括柵極電介質，并且柵極電介質包括氧化硅或高K介電材料。

優選地，第二源極區域進一步部分地設置在柵極電介質的下方。

優選地，半導體襯底為p型，或者半導體襯底為n型。

根據本發明的另一方面，提供了一種制造晶體管的方法，包括：提供半導體襯底，半導體襯底具有第一導電類型的襯底、絕緣層和具有第二導電類型的硅層；在硅層中摻雜具有第二導電類型的第一阱區域；在硅層中摻雜具有第一導電類型的第二阱區域和第三阱區域，第二阱區域和第三阱區域具有不同的峰值摻雜物濃度，并且第一阱區域、第二阱區域和第三阱區域彼此不重疊；在第一阱區域和第三阱區域之間的第二阱區域之中和上方熱生長第一絕緣層并且在第三阱區域中熱生長第二絕緣層；在襯底上形成柵極堆疊件，柵極堆疊件具有覆蓋第一絕緣層的第一部分、覆蓋第三阱區域的一部分的第二部分；在第三阱區域中形成第一源極區域，第一源極區域具有第二導電類型；形成圍繞柵極堆疊件的柵極隔離件；在第二絕緣層和柵極隔離件之間的第三阱區域中摻雜第四阱區域，第四阱區域具有第一導電類型；在第四阱區域的一部分上方形成第二源極區域；以及在第一阱區域中形成漏極區域。