[发明专利]具有阶梯氧化物的金属氧化物半导体场效应晶体管

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是要求Po-Yu Chen等人于2013年3月14日提交的标题为“MOS with Step Oxide”的临时专利申请第61/781,775号的优先权的非临时申请，并且其内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明总的来说涉及集成电路领域，更具体地，涉及具有阶梯氧化物的金属氧化物半导体场效应晶体管。

背景技术

在集成电路(IC)中，超高压(UHV)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件由于其相对于其他功率半导体器件(诸如绝缘栅双极型晶体管或晶闸管)的高效率而主要用于开关应用。由于在UHV MOSFET两端施加的电压增大，所以使用厚度增加的栅极氧化物以维持栅极和沟道之间的升高电场。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种功率器件，包括设置在衬底上方并通过组合隔离层与衬底隔离的栅极材料，组合隔离层包括：具有第一厚度的第一隔离层，设置在栅极的漏极侧下方；具有第二厚度的第二隔离层，设置在第一隔离层上方；具有第三厚度的第三隔离层，设置在栅极的源极侧下方；其中，组合隔离层还包括位于栅极下方且位于第一隔离层和第二隔离层与第三隔离层的邻接区域之间的阶梯状轮廓，阶梯状轮廓的阶梯尺寸约等于第一厚度和第二厚度的总和减去第三厚度。

优选地，该功率器件还包括具有第四厚度的第四隔离层，第四隔离层设置在栅极上方、栅极和漏极之间的第二隔离层上方以及栅极和源极之间的第三隔离层上方。

优选地，第二隔离层和第四隔离层包含二氧化硅(SiO₂)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)或它们的组合。

优选地，第二隔离层和第四隔离层包含氧化铪(HfO₂)、氧化铪硅(HfSiO)、氮氧化铪硅(HfSiON)、氧化铪钽(HfTaO)、氧化铪钛(HfTiO)、氧化铪锆(HfZrO)、氧化铪铝(HfAlO)或它们的组合。

优选地，该功率器件还包括：漏极侧间隔件，设置在栅极和漏极之间的第四隔离层上方并以约等于第一厚度、第二厚度和第四厚度的总和的距离与漏极垂直分离；以及源极侧间隔件，设置在栅极和源极之间的第四隔离层上方并以约等于第三厚度和第四厚度的总和的距离与源极垂直分离。

优选地，漏极自对准于漏极侧间隔件。

优选地，该功率器件还包括横向漏极延伸金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOS)功率器件。

优选地，组合隔离层位于N阱的表面上，N阱被注入包括p型衬底的衬底内，漏极位于N阱内，并且源极位于p+主体区内。

优选地，第一隔离层和第三隔离层包含二氧化硅(SiO₂)。

根据本发明的另一方面，提供了一种功率器件，包括：栅极材料，设置在衬底上方并通过组合隔离层与衬底隔离，组合隔离层包括：具有第一厚度、设置在栅极下方的第一隔离层和具有第二厚度、设置在栅极材料和第一隔离层上方的第二隔离层；源极侧间隔件和漏极侧间隔件，位于栅极材料的两侧且位于组合隔离层上方；以及漏极的双扩散注入区，包括自对准于漏极侧间隔件的第一离子化注入区。

优选地，该功率器件还包括源极，源极包括自对准于源极侧间隔件的第二离子化注入区。

优选地，该功率器件还包括双扩散漏极金属氧化物半导体场效应晶体管(DDDMOS)。

根据本发明的又一方面，提供了一种形成功率器的方法，包括：在衬底上方设置具有第一厚度的第一隔离层；在第一隔离层上方设置具有第二厚度的第二隔离层；去除位于衬底的源极区和主体区上方的第一隔离层和第二隔离层；在衬底的源极区和主体区上方设置具有第三厚度的第三隔离层；以及在第二隔离层和第三隔离层上方形成栅极。

优选地，该方法还包括：在栅极上方、栅极和漏极之间的第二隔离层上方、以及栅极和源极之间的第三隔离层上方设置具有第四厚度的第四隔离层；在栅极和漏极之间的第四隔离层上方设置漏极侧间隔件；以及在栅极和源极之间的第四隔离层上方设置源极侧间隔件。

优选地，该方法还包括：对栅极的漏极侧上的第一隔离层、第二隔离层和第四隔离层执行各向异性蚀刻，其中将漏极侧间隔件用作硬掩模以防止蚀刻栅极；同时对栅极的源极侧上的第三隔离层和第四隔离层执行各向异性蚀刻，其中将源极侧间隔件用作硬掩模以防止蚀刻栅极；以及注入源极区和主体区以形成源极，并且注入位于栅极的漏极侧上的漏极区以形成漏极，其中，漏极自对准于漏极侧间隔件。

优选地，各向异性蚀刻还包括含氟蚀刻气体的湿蚀刻。