CN2773909Y

CN2773909Y - 侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管

Info

Publication number: CN2773909Y
Application number: CNU2005200024394U
Authority: CN
Inventors: 黄志丰; 杨大勇; 林振宇; 简铎欣
Original assignee: System General Corp Taiwan
Current assignee: Fairchild Taiwan Corp
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2015-01-18

Abstract

本实用新型涉及一种侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，该晶体管包括至少一个以上的P型场效区块，其在延伸漏极区域中形成，该延伸漏极区域在一N型井中。该P型场效区块在N型井中形成结场效，以将寄生电容等电容值化，该寄生电容位于漏极区域以及源极区域之间。并提供一个具有高击穿电压，低导通阻抗，以及隔离结构的晶体管，以供单芯片整合制造方法应用。

Description

侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管

技术领域

本实用新型涉及一种侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，尤指一种大功率具有等寄生电容值的高压低导通阻抗侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管。

背景技术

公知利用单芯片制造方法来整合功率开关器件与控制电路已经是电力电子集成电路发展的主流技术，其中侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管技术在近来已开始被应用到单芯片集成电路制造工艺中。侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管制造方法是一种在半导体衬底上侧面扩散，而得以在侧向方向形成一主要电流路径的技术。一个利用低平面电场技术与低厚度的外延或N型井的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管制造方法，可以达到同时具有高压与低导通阻抗的特性。

虽然具有高压与低导通阻抗的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管已经可以被制造出来，但是制造工艺却过于繁杂，增加了生产成本，且降低了制造工艺的合格率。

再者，上述种种技术更有另外一个缺点，即源极没有隔离的源极结构。这种没有隔离的晶体管，会导致电流在衬底内流动，从而导致控制电路受到其产生的噪声干扰。此外，在侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管内部的这种电流，会产生接地弹跳(ground bounce)，进而干扰控制信号。

由上可知，上述公知的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，在实际使用上，显然具有不便与缺陷存在，而有待加以改善着。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题，在于提供一种侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，来实现一个具有高击穿电压，低导通阻抗，以及隔离结构的晶体管，以供单芯片整合制造工艺应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，其特征在于包含：一第一型离子掺杂区域，其内含第一型导电离子，其包含一第一扩散区域以及一第二扩散区域；一漏极扩散区域，其内含重掺杂第一型导电离子，以在该第一扩散区域内形成一漏极区域；至少一个以上的第二型离子场效区块，形成在该第一扩散区域内；一源极扩散区域，内含重掺杂第一型导电离子，以在该第二扩散区域内形成一源极区域；一构道，形成在该漏极区域与该源极区域之间；一栅极电极，形成在该沟道上方，以控制该沟道内的电流流动；以及一第二型离子掺杂区域，形成在该第二扩散区域内，将该源极区域包围起来以与其它区域隔离。

根据上述构想，其中该第二扩散区域提供该源极区域一个低阻抗的路径，且限制了在该漏极区域与该源极区域间的该电流的流动。

根据上述构想，所述的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管还包括：一栅极氧化层以及一场氧化层，形成在该栅极电极的下方；一漏极间隙，形成在该漏极扩散区域以及该场氧化层之间，以将该漏极扩散区域以及该场氧化层之间维持一个空间；以及一源极间隙，形成在该场氧化层与具隔离功能的该第二型离子掺杂区域之间，以将该场氧化层与具隔离功能的该第二型离子掺杂区域之间维持一空间。

根据上述构想，其中该漏极间隙与该源极间隙被用以增加击穿电压，且该漏极间隙还能减低该沟道的导通阻抗。

根据上述构想，所述的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管还包括：一源极金属接点，其具有一第一金属电极，与该源极扩散区域相接；以及一漏极金属接点，其具有一第二金属电极，与该漏极扩散区域相接。

根据上述构想，其中该第二型场效区块与该第一型井耗尽一漂移区，用以将该漏极区域与该源极区域间的寄生电容等电容值化。

根据上述构想，其中该第二型场效区块具有不同尺寸或相同尺寸。

根据上述构想，其中该第一型导电离子为N型导电离子，或P型导电离子；当该第一型导电离子为N型，该第二型导电离子为P型导电离子；当该第一型导电离子为P型，该第二型导电离子为N型导电离子。

根据本实用新型的其中一种方案，提供一种侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，其中包括一P型衬底(第二型掺杂层)；一N型井(第一型离子掺杂区域)，其内含N型导电离子(第一型导电离子)，其包含一第一扩散区域以及一第二扩散区域；一漏极扩散区域，其内含N+型导电离子(重掺杂第一型导电离子)，以在该第一扩散区域内形成一漏极区域；至少一个以上的P型场效区块(第二型离子场效区块)，形成在该第一扩散区域内，其中该P型场效区块具有不同尺寸或相同尺寸；一源极扩散区域，内含N+型导电离子，以在该第二扩散区域中形成一源极区域；一沟道，形成在该漏极区域与该源极区域之间；一栅极电极，形成在该沟道上方，以控制该沟道内的电流流动；以及一P型井(第二型离子掺杂区域)，形成在该第二扩散区域内，将该源极区域包围起来。

本实用新型再由第二扩散区域形成的N型井中形成一个隔离型P型井，能避免击穿发生。其中这些位于延伸漏极区域内的P型场效区块，在N型井内形成结场效，以耗尽漂移区，同时将在漏极与源极之间的寄生电容等电容值化；该分散的P型场效区块，还可以改善该沟道的导通阻抗。此外，该栅极电极形成在部分沟道的上端，以控制在该沟道内的电流流动。另外，被栅极覆盖的由第二扩散区域形成的N型井部分，也能够提供源极一个低阻抗的路径，而借此限制在漏极与源极之间的电流。

附图说明

图1为本实用新型的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管的示意图。

图2为本实用新型的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管的剖面图。

图3为本实用新型的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管的上视图。

其中，附图标记说明如下：

10 漏极电极 20 源极电极

15 漏极金属接点 25 源极金属接点

30 N型井 33 第一扩散区域

37 第二扩散区域 40 栅极电极

50 延伸漏极区域 52 漏极区域

53 漏极扩散区域 55 源极扩散区域

56 源极区域 57 接点扩散区域

58 接点区域 60～63 P型场效区块

65 P型井 67 第四扩散区域

71 漏极间隙 72 源极间隙

81 栅极氧化层 85、86 隔离层

87、88 场氧化层 90 P型衬底

100 侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管

101～109 寄生电容 12、22、42结合区

具体实施方式

请参阅图1所示，为本实用新型的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管100的示意图，其包含了一漏极电极10，一源极电极20，以及一栅极电极40。寄生电容101，102，103与104，串联在漏极电极10与栅极电极40之间。寄生电容105，106，107，108与109，串联在漏极电极10与源极电极20之间。当一高电压施加在漏极电极10与源极电极20上时，此电压会分配反应在电容105～109之上。此时，若每个寄生电容的电容值是相等的，则此电压会均等地分配到每一个电容上，而达到较高的击穿电压。为了使得等电容值电容能够实现，介电质与晶体管的形状尺寸必须加以适当地控制。

请参阅图2所示，为本实用新型的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管100的剖面图，其中包含了一P型衬底(第二型掺杂层)90。该侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管100还包含一第一扩散区域33以及一第二扩散区域37，其内含有N型导电离子(第一型导电离子)，以在P型衬底中形成一N型井(第一型离子掺杂区域)30，该第一扩散区域33包含了一延伸漏极区域50。一漏极扩散区域53，其内含有N+型导电离子(重掺杂第一型导电离子)，以在延伸漏极区域50中形成一漏极区域52。一第三扩散区域，其内含P型导电离子(第二型导电离子)，以在延伸漏极区域50中形成至少一个以上的P型场效区块(第二型离子场效区块)，该P型场效区块可具有不同尺寸及形状，图2中揭示一实施例，其具有P型场效区块60、61、62及63。其中P型场效区块63最接近漏极区域52。一源极扩散区域55，其内含N+型导电离子，以在N型井30中形成一源极区域56，该部分N型井30由第二扩散区域37形成。一接点扩散区域57，其内含P+型导电离子(重掺杂第二型导电离子)，以在N型井30中形成一个接点区域58，该部分N型井30由第二扩散区域37形成。一第四扩散区域67，其内含P型导电离子(第二型导电离子)，以在N型井30中形成一个隔离型P型井(第二型离子掺杂区域)65以预防击穿，该部分N型井30由第二扩散区域37形成。该隔离型P型井65将源极区域56以及接点区域58包围起来。P型场效区块60，61，62及63在N型井30中形成结场效区。这种效应会耗尽一漂移区，并且将在漏极区域52以及源极区域56中间的寄生电容等电容值化。其中该第一型导电离子为N型导电离子，或P型导电离子；当该第一型导电离子为N型，该第二型导电离子为P型导电离子；当该第一型导电离子为P型，该第二型导电离子为N型导电离子。

在源极区域56与漏极区域52中间，会形成一个穿过N型井30的沟道。而P型场效区块60，61，62及63将会进一步地减低沟道的导通阻抗。一栅极氧化层81与一场氧化层87在P型衬底90上方形成。一栅极电极40在栅极氧化层81与场氧化层87上形成，借以控制在沟道内的电流。一漏极间隙71在漏极扩散区域53以及场氧化层87间形成，以在漏极扩散区域53以及场氧化层87间维持一间隔。一源极间隙72在场氧化层87以及隔离型P型井间形成，以在场氧化层87以及隔离型P型井间维持一间隔。适当地调整源极间隙72与漏极间隙71能够有效地增加侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管100的击穿电压值。另外，该漏极间隙71能够降低沟道的导通阻抗。

隔离层85与86覆盖在栅极电极40与场氧化层87与88上。隔离层85与86可由硼磷硅玻璃(BPSG)形成。一漏极金属接点15是一金属电极，与漏极扩散区域53相接。一源极金属接点25是一金属电极，与源极扩散区域55及接点扩散区域57相接。

请参阅图3所示，为本实用新型的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管100的上视图，其包含漏极电极10，源极电极20，栅极电极40，漏极电极10的结合区(PAD)12，源极电极20的结合区22，栅极电极40的结合区42。根据图2及图3，可知延伸漏极区域50与漏极扩散区域53共同形成漏极。隔离型P型井65、源极扩散区域55以及接点扩散区域57共同形成源极。结合区12连接到漏极金属接点15以连结漏极电极10，结合区22连接到源极金属接点25以连结源极电极20。结合区42连接到栅极电极40，包围着P型场效区块60、61、62及63的N型井30将漏极电极区10以与栅极电极区20连接起来。其中位于P型场效区块60、61、62及63间部分的N型井，可减低沟道的导通阻抗。

P型场效区块60、61、62及63位于N型井30中的延伸漏极区域50内。N型井30以及P型场效区块60、61、62及63在漂移区中形成耗尽区，而在N型井30中建立电场，借以增加击穿电压。为了得到较高的击穿电压，延伸漏极区域50必须要在击穿发生前被完全耗尽。N型井30以及P型场效区块60、61、62及63使得延伸漏极区域50能够在击穿发生前被完全耗尽，即使漂移区的掺杂浓度高也一样。这个效应使得漂移区能够承受较高的掺杂浓度，而具有较低的阻抗。P型场效区块的尺寸能够因应所需的特性加以调整。经由决定N型井30的掺杂浓度以及P型场效区块群尺寸形状，能够达到电容等值化的目的。因此，一兼具高击穿电压与低导通阻抗的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管100就能够被制造出来。此外，在N型井30中，由第二扩散区域37形成的部分，为源极区域56提供了一个低阻抗路径，而将电流流动限制在漏极区域52以及源极区域56之间。

本实用新型进一步地将晶体管中的寄生电容作为调整参数，以改进晶体管的结构与设计，而寄生电容的电容值又能维持相等。本实用新型的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管100提供了一个示例结构，以达到高击穿电压、低导通阻抗以及隔离的特性。同时也达到了低制造成本以及高制造合格率的优点。

以上所述，仅为本实用新型最佳之一的具体实施例之详细说明与附图，但本实用新型的特征并不局限于此，并非用以限制本实用新型，本实用新型的所有范围应以所附的权利要求书保护的范围为准，凡合于本实用新型申请专利范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本实用新型的范畴中，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型领域内，可轻易思及的变化或修饰皆涵盖本实用新型的专利范围内。

Claims

1、一种侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，其特征在于包含：

一第一型离子掺杂区域，其内含第一型导电离子，其包含一第一扩散区域以及一第二扩散区域；

一漏极扩散区域，其内含重掺杂第一型导电离子，以在该第一扩散区域内形成一漏极区域；

至少一个以上的第二型离子场效区块，形成在该第一扩散区域内；

一源极扩散区域，内含重掺杂第一型导电离子，以在该第二扩散区域内形成一源极区域；

一沟道，形成在该漏极区域与该源极区域之间；

一栅极电极，形成在该沟道上方；以及

一第二型离子掺杂区域，形成在该第二扩散区域内，将该源极区域包围起来以与其它区域隔离。

2、如权利要求1所述的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，其特征在于还包括：

一栅极氧化层以及一场氧化层，形成在该栅极电极的下方；

一漏极间隙，形成在该漏极扩散区域以及该场氧化层之间，在该漏极扩散区域以及该场氧化层之间维持一个空间；以及

一源极间隙，形成在该场氧化层与具隔离功能的该第二型离子掺杂区域之间，在该场氧化层与具隔离功能的该第二型离子掺杂区域之间维持一空间。

3、如权利要求1所述的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，其特征在于还包括：

一源极金属接点，其具有一第一金属电极，与该源极扩散区域相接；以及

一漏极金属接点，其具有一第二金属电极，与该漏极扩散区域相接。

4、如权利要求1所述的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，其特征在于该第二型离子场效区块具有不同尺寸或相同尺寸。

5、如权利要求1所述的侧面扩散金属氧化物半导体场效晶体管，其中该第一型导电离子为N型导电离子，或P型导电离子；当该第一型导电离子为N型，该第二型导电离子为P型导电离子；当该第一型导电离子为P型，该第二型导电离子为N型导电离子。