專利名稱：具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的mosfet及其漏極制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的M0SFET及其漏極制造方法。
背景技術(shù)：
高壓MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)器件(工作電壓高于10V) 作為LCD等小型功率產(chǎn)品中的驅(qū)動，有著廣泛應(yīng)用。高壓器件中，溝道內(nèi)的 縱向、橫向電場急劇增加，從而存在較為嚴(yán)重的熱載流子效應(yīng)(HCI)可靠性 問題，限制了晶體管的使用壽命。襯底電流(I,)是一種常用且方便的表征HCI
的方法。在常見的晶體管中，ISUB-Ios曲線只有一個IsUB峰，對應(yīng)溝it^面的碰
撞電離。如圖1所示，高壓器件的襯底電流具有兩個峰，第一個峰(Vgs-4 V，VDS=18V)，第二個峰(Vgs-18 V，VDS=18 V)，在131)8第一個峰對應(yīng)溝道表面 和溝道下方具有新的碰撞電離，這新增加的成分是由漏極和襯底之間的引起 的雪崩效應(yīng)導(dǎo)致的，這個效應(yīng)可以使器件提前被擊穿，ISUB的第二個峰源于柵 極邊緣之外的另一個強(qiáng)碰撞電離區(qū)，這個區(qū)域位于漏極的邊緣，這個碰撞電 離區(qū)中的豎直電場(垂直于溝道方向)形成了一個雪崩擊穿區(qū)，加速了晶體管 的擊穿。
減小襯底電流的峰值，從而減少熱載流子效應(yīng)是急需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的M0SFET及其漏極制造方法， 采用垂直于溝道表面方向的層狀漏極結(jié)構(gòu)，以減少減小溝道下方漏極和襯底 之間的雪崩擊穿效應(yīng)，從而提高器件的可靠性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的M0SFET, 包含一個具有P阱的半導(dǎo)體基片， 一個形成在所述P阱表面上的絕緣膜上的 柵極， 一個形成在P阱表面中的源極結(jié)構(gòu)， 一個形成在P阱表面中的漏極結(jié)
構(gòu)， 一個形成在P阱表面中的襯底結(jié)構(gòu)；
所述的源極結(jié)構(gòu)包含高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+和N型緩變擴(kuò)散區(qū)，所述的 N型擴(kuò)散區(qū)n+形成在N型緩變擴(kuò)散區(qū)的內(nèi)部；
所述的襯底結(jié)構(gòu)為高摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p+;
所述的漏極結(jié)構(gòu)為垂直于溝道的層狀三明治結(jié)構(gòu)，包含依次排列的高摻 雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+, N型緩變漏極NGRD ( N-type graded drain),低摻雜的 P型擴(kuò)散區(qū)p-,以及P阱區(qū)，從而形成n+-p—p垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)； 所述的N型擴(kuò)散區(qū)n+形成在N型緩變漏極的內(nèi)部； 所述垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的一種制造方法包含以下步驟 步驟1、注入低摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p-,其濃度比p型阱濃度減少40%左
右；
步驟2、注入N型緩變漏極NGRD，增加NGRD的離子注入能量2(T/。以上， 或者NGRD注入濃度不超過兩個數(shù)量級，能量大于n+的注入能量2. 3倍以上； 步驟3、注入高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+, n+漏極的摻雜濃度為1015 cnf2; 所述垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的另一種制造方法包含以下步驟 步驟l、注入低摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p-,其濃度比p型阱濃度減少40%左
右；
步驟2、注入N型緩變漏極NGRD， N型緩變漏極NGRD的摻雜濃度為1012
cnf2;
步驟3、注入高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+,減少n+的摻雜濃度20。/。左右，或 者減少n+的注入能量25%。
本發(fā)明提供的一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的M0SFET及其漏極制造方法， 采用垂直于溝道表面方向的層狀漏極結(jié)構(gòu)，在不增加晶體管尺寸的條件下， 有效降低柵極邊緣的電場，降低n+區(qū)邊緣導(dǎo)致晶體管擊穿的豎直電場，而且 由于水平電場仍然保持不變，溝道電流不會受到影響，本發(fā)明的漏極制造方 法，不需增加光罩或者工藝步驟，簡單有效。


圖l是背景技術(shù)中襯底電流的峰值圖2是本發(fā)明提供的一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的M0SFET的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是沒有使用本發(fā)明的漏極結(jié)構(gòu)的高壓器件在測試條件下襯底電流 U第二個峰的電場分布；
圖4是具有本發(fā)明漏極結(jié)構(gòu)的高壓器件在測試條件下襯底電流Isub第二
個峰的電場分布。
具體實施例方式
以下根據(jù)圖2~圖4具體說明本發(fā)明的
具體實施例方式
如圖2所示，本發(fā)明提供一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的MOSFET，包含一 個具有P阱的半導(dǎo)體基片， 一個形成在所述P阱表面上的絕緣膜上的柵極， 一個形成在P阱表面中的源極結(jié)構(gòu)， 一個形成在P阱表面中的漏極結(jié)構(gòu)，一 個形成在P阱表面中的襯底結(jié)構(gòu)；
所述的源極結(jié)構(gòu)包含高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+和N型緩變擴(kuò)散區(qū)，所述的 N型擴(kuò)散區(qū)n+形成在N型緩變擴(kuò)散區(qū)的內(nèi)部；
所述的襯底結(jié)構(gòu)為高摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p+;
所述的漏極結(jié)構(gòu)為垂直于溝道的層狀三明治結(jié)構(gòu)，包含依次排列的高摻 雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+, N型緩變漏極NGRD ( N-type graded drain),低摻雜的 P型擴(kuò)散區(qū)p-,以及P阱區(qū)，從而形成n+-p一p垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)； 所述的N型擴(kuò)散區(qū)n+形成在N型緩變漏極的內(nèi)部； 所述垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的一種制造方法包含以下步驟 步驟1、注入p型低摻雜的砷，其濃度比p型阱濃度減少40%左右； 步驟2、注入N型磷緩變漏極NGRD，增加NGRD的離子注入能量20%以上， 或者NGRD注入濃度不超過兩個數(shù)量級，能量大于n+的注入能量2. 3倍以上； 步驟3、注入N型高摻雜砷，n+漏極的摻雜濃度為1015 cm—2; 所述垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的另 一種制造方法包含以下步驟 步驟l、注入p型低摻雜的砷，其濃度比p型阱濃度減少40%左右； 步驟2、注入N型磷緩變漏極NGRD,摻雜濃度為1012 cnf2; 步驟3、注入，減少n+的摻雜濃度20°/。左右，或者減少n+的注入能量25%。
如圖3所示，是沒有使用本發(fā)明的漏極結(jié)構(gòu)的高壓器件在測試條件下襯
底電流IsUB第二個峰的電場分布，如圖4所示，是具有本發(fā)明漏極結(jié)構(gòu)的高 壓器件在測試條件下襯底電流IsUB第二個峰的電場分布，可以明顯看出，使
用本發(fā)明的n+-p一p垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)，柵極邊緣的豎直電場被P務(wù)低了很多。 本發(fā)明提供的一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的M0SFET及其漏極制造方法， 采用垂直于溝道表面方向的層狀漏極結(jié)構(gòu)，在不增加晶體管尺寸的條件下， 有效降低柵極邊緣的電場，降低n+區(qū)邊緣導(dǎo)致晶體管擊穿的豎直電場，而且 由于水平電場仍然保持不變，溝道電流不會受到影響，本發(fā)明的漏極制造方 法，不需增加光罩或者工藝步驟，簡單有效。
權(quán)利要求
1.一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的MOSFET，包含一個具有P阱的半導(dǎo)體基片，一個形成在所述P阱表面上的絕緣膜上的柵極，一個形成在P阱表面中的源極結(jié)構(gòu)，一個形成在P阱表面中的漏極結(jié)構(gòu)，一個形成在P阱表面中的襯底結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的漏極結(jié)構(gòu)為垂直于溝道的層狀三明治結(jié)構(gòu)，包含依次排列的高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+，N型緩變漏極NGRD，低摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p-，以及P阱區(qū)；所述的N型擴(kuò)散區(qū)n+形成在N型緩變漏極的內(nèi)部。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的M0SFET，其特征在于，所 迷的源極結(jié)構(gòu)包含高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+和N型緩變擴(kuò)散區(qū)，所述的N 型擴(kuò)散區(qū)n+形成在N型緩變擴(kuò)散區(qū)的內(nèi)部。
3. 如權(quán)利要求1所述的具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的M0SFET，其特征在于，所 述的襯底結(jié)構(gòu)為高摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p+。
4. 一種制造權(quán)利要求l所述的垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包含 以下步驟步驟l、注入低摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p-，其濃度比p型阱濃度減少40% 左右；步驟2、注入N型緩變漏極NGRD,增加NGRD的離子注入能量20%以 上，或者NGRD注入濃度不超過兩個數(shù)量級，能量大于n+的注入能量2. 3 倍以上；步驟3、注入高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+, n+漏極的摻雜濃度為1015 cnf2;
5. —種制造權(quán)利要求l所述的垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包含 以下步驟步驟1、注入低摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p-,其濃度比p型阱濃度減少40% 左右；步驟2、注入N型緩變漏極NGRD, N型緩變漏極NGRD的摻雜濃度為 1012 cm—2;步驟3、注入高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+，減少n+的摻雜濃度20y。左右，或者減少n+的注入能量25%。 6.如權(quán)利要求4或5所述的垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述的 低摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p-為p型低摻雜的砷，所述的N型緩變漏極NGRD為 N型磷緩變漏極NGRD，所述的高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+為N型高摻雜砷。
全文摘要
一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的MOSFET，所述的漏極結(jié)構(gòu)為垂直于溝道的層狀三明治結(jié)構(gòu)，包含依次排列的高摻雜的N型擴(kuò)散區(qū)n+，N型緩變漏極NGRD，低摻雜的P型擴(kuò)散區(qū)p-，以及P阱區(qū)。在制造該層狀漏極結(jié)構(gòu)時，先注入淺摻雜的p-擴(kuò)散區(qū)，再注入N型緩變漏極和高摻雜的n+擴(kuò)散區(qū)。本發(fā)明提供的一種具有垂直層狀漏極結(jié)構(gòu)的MOSFET及其漏極制造方法，采用垂直于溝道表面方向的層狀漏極結(jié)構(gòu)，以減少減小溝道下方漏極和襯底之間的雪崩擊穿效應(yīng)，從而提高器件的可靠性。
文檔編號H01L29/78GK101188249SQ20071017227
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者葉景良, 廖寬仰, 戴明志 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司