[发明专利]短沟槽横向金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率电子装置的结构和制造，特别涉及一种半导体装置的结构以及改进其性能参数的制造方法。

背景技术

金属氧化物半导体场效应晶体(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)器件有许多工业应用，如功率放大器，电源开关，低噪声放大器和数字集成电路(IC)等。作为各种电子产品的一项基本构成单元，MOSFET装置设计和制造领域的技术人员不断改进MOSFET的性能参数，如功率效率，最大工作电压，集成密度和频率响应等。

在Kwon等人的专利US5,406,110中，说明书附图1公开了一种具有降低表面电场(RESURF)功能的横向双扩散绝缘栅场效应晶体管(lateral double diffused insulatedgate field effect transistor，LDMOS)。其中，晶体管(10)有一个具有第二导电类型的薄外延层(14)，该外延层位于一个具有第一导电类型的半导体基底(12)上。形成一个具有第二导电类型的漂移区(24)，该漂移区延伸穿过所述薄外延层(14)到达所述基底(12)。在所述漂移区(24)上形成一个厚绝缘层(26)。在邻近所述漂移区(24)的位置形成一个具有第一导电类型的IGFET结构(isolated gate field effect transistor隔离栅场效应晶体管)。在所述IGFET结构(28)的内部形成一个具有第二导电类型的源极区(34)，该源极区(34)与所述漂移区(24)隔离以限定一个位于IGFET结构(28)内的沟道区(40)。一个导电栅极被绝缘的设置在IGFET结构(28)的上方，并从源极区(34)延伸到厚绝缘层(26)。在邻近漂移区(24)的位置上形成一个漏极(36)。本领域中，一个LDMOS装置的导电沟道是横向形成的。源极、漏极和栅极通常位于晶圆表面。采用上述装置结构及其相适配的涉及横向双扩散过程的制造方法，US5,406,110公开了许多超过本领域先前技术中的晶体管和制造过程的技术优势和进步。其中一个技术优势就是使IGFET结构具有了扩散的能力，并且仍然具有一个高掺杂浓度的漂移区(24)。另一个技术优势是通过简单的调整注入离子的剂量，能够改变输出装置的击穿电压的额定值。另一个技术优势是通过适当掩蔽不同漂移区的注入，使得能够在同一片芯片上制作多个具有不同额定击穿电压的晶体管。还有一个技术优势是在维持同样击穿电压的同时，减少传统晶体管的电阻。还有一个技术优势是在漂移区(24)和沟道区(40)之间提供一个电流通路，以避免增加装置的电阻。

在Hsing等的专利US5,517,046中，说明书附图2公开了一个具有增强漂移区的高电压横向DMOS(LDMOS)装置。所述LDMOS晶体管结构是由N型硅形成的，并且具有一个特殊的N型加强型漂移区(61)。在一个实施例中，在具有P体区(59)的N外延层(52)、P.sup.+体连接区(58)，N.sup.+源极(62)和漏极区(64)以及N型加强型漂移地区(61)等的上方形成一个具有多晶硅栅极网的蜂窝状晶体管。N型加强型漂移区(61等)与外延层(52)相比具有更高的掺杂浓度，并且在漏极区和栅极(56)(具有栅氧化层54)之间延伸。金属条(67、68)用来连接一排排源极(62)和漏极(64)区。N型加强型的漂移区(61)能在不明显的降低击穿电压的同时，有效地大幅度减小导通电阻。

从US5,406,110和US5,517,046中我们可以看到，具有不同掺杂物特性的横向双扩散技术能够制造具有以下优势的高电压LDMOS装置：

1、不需要多余的掩蔽物；

2、装置沟道可以做得很短，并且和栅极自对准。

双扩散过程需要高温环境外加很长的扩散时间来驱动掺杂剂掺杂到体区，而这是人们所不希望的，因为它影响到晶片的性能。更具体地说，使用双横向扩散创造短沟道需要约1100℃的高温和大概一个小时的掺杂时间，相反，LVCMOS(低电压CMOS)工艺只需不到950℃的温度。

因此，双重扩散过程造成了LVCMOS工艺所没有的、并且所不希望有的材料性能的改变。在该领域，对于扩散温度和时间的相关限制称为热预算。此外，在不增加额外的多晶硅层的条件下，LDMOS工艺不符合行业标准——亚微米CMOS工艺。

在以下的技术文献中：

标题：互补LDMOS晶体管的CMOS/BiCMOS工艺