[发明专利]一种基于纳米线器件的耐高压横向双向扩散晶体管

说明书

技术领域

本发明关于微电子半导体器件领域中横向双扩散MOS晶体管，具体涉及一种基于硅纳米线MOS晶体管的适合应用在射频功率放大器或其他高压电路的横向双扩散晶体管。

背景技术

随着射频电路的发展，射频器件在无线通讯如个人/商业无线通讯设备，移动通讯设备甚至是军用雷达等重要领域，受到的关注越来越多，需求量也逐年增大。在射频电路收发器系统中，功率放大器是一个非常重要的模块。而功率放大器通常要求处理较大幅度的信号，并要求其稳定性好，这就是要求功率放大器的电路核心元器件有很好的耐高压能力。通常这部分电路的核心器件采用工艺复杂价格昂贵的特殊材料制作或平面横向双扩散场效应晶体管(planar lateral double-diffused MOS transistor，planar LDMOS)制作。虽然平面横向双扩散场效应晶体管与现有的CMOS工艺兼容，但在CMOS工艺中光刻技术等关键工艺步骤提升有限，且先进技术无法达到批量生产目的的背景下，其平面晶体管的结构决定了其成本的不断提高和成品率的下降。目前，以45nm平面管工艺为例，该技术已经达到了工艺的极限，会对平面管引入严重的短沟道效应，致使器件的关态电流增大、跨导减小等。同时，由于平面结构的横向双扩散场效应晶体管正常工作时有较大的漏/衬底结反向偏压，所以存在较大的漏/衬底泄漏电流，影响输出电流的精度，甚至这个较大的漏/衬底反向偏压会导致器件提前击穿，降低LDMOS的耐高压能力。

硅纳米线MOS场效应晶体管(Silicon Nanowire MOSFET)一方面可以达到优秀的栅控能力、缓解短沟道效应，克服了普通平面晶体管很难缩小器件特征尺寸的问题；另一方面由于其悬浮沟道结构(floating channel)，达到无衬底的效果，由其构成的LDMOS可以克服平面LDMOS大的泄漏电流和提前击穿的问题。

所以，基于纳米线MOS场效应晶体管制作的耐高压横向双扩散场效应晶体管为更进一步增加超大规模集成电路的集成度和性能，尤其为工作可靠稳定的功率放大器模块或其他高压电路提供了一个优良的选择。

发明内容

本发明针对现有技术，提供了一种基于硅纳米线MOS晶体管的适合射频功率放大器或其他高压电路的横向双扩散晶体管。

本发明的技术方案是：

一种基于硅纳米线MOS晶体管的耐高压横向双扩散MOS晶体管，包括沟道区、栅介质、栅区、源区、漏区、源端外延区以及漏端S型漂移区。

所述沟道区是环栅硅纳米线场效应晶体管的核心部分，横向圆柱形结构，上面覆盖一层均匀栅介质，栅介质上层是栅区，栅区和栅介质完全包围硅纳米线。沟道区的长度取值范围是10纳米～10微米。圆柱形半径取值范围是3～5纳米，不掺杂。栅介质厚度取值范围是1～2.5纳米。栅区厚度范围是10纳米～5微米。

所述源区和漏区上下表面齐平，分别连接源端外延区和漏端S型漂移区。采用高浓度掺杂，掺杂浓度取值范围是10²⁰～10²¹cm^-3。

所述源端外延区位于源区和沟道区之间，其特征是其掺杂浓度与源区相同，以达到十分小的电阻。其长度取值范围是20纳米～100纳米。保持一定长度的原因是降低漏区与栅区的寄生电容。其掺杂浓度取值范围是10²⁰～10²¹cm^-3。

所述漏端S型漂移区位于漏区和沟道区之间，其结构特点是：

(1)相比源端外延区，漏端S型漂移区有更低的掺杂浓度10¹²～10¹⁸cm^-3。

(2)漏端S型漂移区俯视图呈单个或多个S型结构。整体长度为1微米～2微米。S型结构中每个折回尺度为50纳米～100纳米(纵向)×100纳米～200纳米(横向)。S型折回的个数取值范围是1～5。

(3)S型结构中间填充具有低相对介电常数的绝缘材料。相对介电常数取值范围1～4。

与现有技术相比，本发明的作用是：