[发明专利]横向扩散金属氧化物半导体晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物半导体晶体管领域，尤其涉及一种具有改进静电释放性能的横向扩散金属氧化物半导体晶体管及其制造方法。

背景技术

静电释放（Electrostatic Discharge，ESD）是因接触、短路或介质击穿而引起的物体间突然的电流。集成电路由半导体材料（例如：硅）和绝缘材料（例如：二氧化硅）制成，当这些材料遇到由ESD现象引起的高电压时，将会受到永久性的损害。集成电路技术中的横向扩散金属氧化物半导体（Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor，LDMOS）晶体管被广泛用于功率放大器，以提供相对较高的输出功率。因此，相比例如砷化镓场效应晶体管（Gallium Arsenide Field Effect Transistor，GaAs FET）等其他设备，LDMOS晶体管具有较高的漏源击穿电压，如：60伏特以上。

图1A所示为现有技术中的LDMOS晶体管100的截面图。LDMOS晶体管100包括P型衬底110，衬底110中包括N型浅漂移区108。LDMOS晶体管100还包括衬底接触端102、源极104和漏极106，衬底接触端102是置于衬底110中的高掺杂的P型区，源极104是置于衬底110中的高掺杂的N型区，漏极106是置于浅漂移区108中的高掺杂的N型区，栅极124通过栅氧层120和厚氧化层122与晶体管的衬底110分开。其中，漏极106与浅漂移区108之间的边界为118，衬底110与浅漂移区108之间的边界为116。

当ESD脉冲（例如:在1微秒内达到1000伏特）加至漏极106时，例如，因意外的接触、短路或介质击穿，可能发生指示正反馈情况的反弹效应。更具体地说，如果ESD脉冲加至漏极106，衬底110中的第一区域耗尽（例如：空穴通过源极104流走），因此，负离子电荷出现在衬底110与浅漂移区108之间的边界116附近的第一区域（第一区域由图1A中的“-”表示）。此外，浅漂移区108中第二区域的电子耗尽（例如：电子通过漏极106流走），因此，正离子电荷出现在边界116附近的第二区域（第二区域由图1A中的“+”表示）。衬底110的第一区域和浅漂移区108的第二区域构成了LDMOS晶体管100中的耗尽区。负离子和正离子在耗尽区建立高电场。

图1B所示为LDMOS晶体管100的另一截面图120。晶体管100中的耗尽区包括边界116处的多个PN结。例如，区域A1和A2构成PN结A1-A2；区域B1和B2构成PN结B1-B2；区域C1和C2构成PN结C1-C2。一旦其中一个PN结的电场达到阈值（如：PN结电压达到击穿电压），该PN结被击穿，雪崩倍增效应被触发，从而产生了大量的电子空穴对。因此，从漏极106流至源极104的衬底电流急速增长，从而将源极104和衬底110之间的PN结正向偏置。源极108通过正向偏置的PN结持续向高电场区域提供电子，因此，构成正反馈状态（即反弹效应），期间衬底电流能够持续增长。此外，由于衬底110中出现大量空穴，衬底110的衬底电压升高，因而PN结的反向电压降低。

由于在制造过程中，衬底110或浅漂移区108的掺杂浓度分布不均匀，PN结A1-A2、B1-B2和C1-C2位于边界116不同深度的位置。举例来说，在衬底110中，P型区域A1的掺杂浓度可能高于区域B1的掺杂浓度，而区域B1的掺杂浓度可能高于区域C1的掺杂浓度。同理，在浅漂移区108中，N型区域A2的掺杂浓度可能高于区域B2的掺杂浓度，而区域B2的掺杂浓度可能高于区域C2的掺杂浓度。