专利名称：具有应变硅结构的高压低功耗soi ldmos 晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电子器件，主要是一种晶体管。具体地说是一种绝缘体上硅 (SOI)横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LDM0SFET)。
背景技术：
近年来，电机控制，电子镇流器，功率供应开关模块及其它相关技术推动着智能功 率集成电路(SPIC)快速发展。在SPIC中，LDMOS器件发挥中重要作用。LDMOS器件的设 计，首要考虑的因素是击穿电压(BV)与导通电阻(Ron)的折衷问题。近期，一种称为超结 (Super Junction)的新型器件，由于其相对传统器件在击穿电压及导通电阻的折衷方面有 很大的改善而被广泛关注。超结的观念是基于器件在关闭状态时，漂移区中交替并重掺杂 的n、P柱能够完全电荷补偿。假设超结中的η、Ρ柱很窄而且各自内部的杂质相同时，在很 小的电压下，η、ρ柱就处于耗尽状态，而此时，η、ρ柱显示出固有层的属性，且漂移区中的电 场能够得到近似一致分布，因此击穿电压得到了较人的提高。然而，LDMOS晶体管中包含的ρ型衬底的电荷参与了超结结构中的电荷补偿，因 此，器件的击穿电压受到较大影响，致使超结结构在横向功率器件中没有得到大范围的应 用。Salama等提出在SOI结构上植入超结LDMOS (Patent No. US 6，768，180 B2)，有效地限 制了超结中电荷与衬底中电荷相互作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能更大的降低SOI LDMOS晶体管的导通电阻的具有应 变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管。本发明的目的是这样实现的包括源区9、体区8、漏区5、超结结构中η柱3、超结结构中ρ柱4、源电极10、漏电 极12、栅电极11、埋置介质层6，所述超结结构中ρ柱4为与硅材料晶格不匹配的单晶材料， 所述单晶材料是如Ge或SiGe使硅能够生成应变的材料，所述超结结构中η柱3为在超结 结构中P柱4基础上生成的η型平行于源漏电极的横向张应变硅。本发明中的超结结构中ρ柱4在源漏电极方向截面结构可以有以下几种形式1、超结结构中ρ柱4在源漏电极方向截面为梳状结构。2、超结结构中η柱3、ρ柱4成上下层叠状排列。3、超结结构中η柱3、ρ柱4沿纸面方向层叠状排列。本发明的具有应变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管的组成中还可以包括P型埋层13。所述P型埋层13为与硅材料晶格不匹配的单晶材料，所述单晶材料为Ge或 SiGe使硅能够生成应变的材料，且超结结构中η柱3及超结结构中ρ柱4为在ρ型埋层13 基础上生成的，沿纸面方向层叠状排列的η、Ρ型平行于源漏电极的横向张应变硅。此外，上述超结中的应变硅η柱3、ρ柱4或ρ型埋层13的三维尺寸及杂质浓度分 布可以根据器件具体导通特性、击穿特性的要求来具体设定。
本发明所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管，可通过优化设计 超结中η柱3、p柱4或ρ型埋层13的三维尺寸及杂质浓度分布，令η柱3在平行于源漏电 极横向上生成张应变硅，大大地提高3区中的电子载流子迁移率，从而降低器件的导通电 阻值。达到在不牺牲器件耐压的前提下，同时兼顾降低漏-源导通电阻的要求。本发明与常 规SOI LDMOS晶体管工艺兼容，具有很强的可实施性，更易满足功率电子系统的应用要求。
图1是一种已有的超结SOI LDMOS晶体管三维结构示意图；
图2是本发明的第一实施方式的具有应变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管 三维结构示意图；图3是本发明的第二实施方式的具有应变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管 三维结构示意图；图4是本发明的第三实施方式的具有应变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管 三维结构示意图；图5是本发明的第四实施方式的具有应变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管 三维结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述参照图2，本发明的SOI LDMOS晶体管。包括源区9、体区8、超结中η柱3、超结中 P柱4、漏区5、源电极10、漏电极12、栅电极11、埋置介质层6(为SiO2或Al2O3等绝缘介质 层)。其特征在于P柱4为与硅材料晶格不匹配的单晶材料(如Ge，SiGe等使硅能够生成 应变的材料)，且η柱3为在ρ柱4基础上生成的η型平行于源漏电极的横向张应变硅。超 结结构中P柱4在源漏电极方向截面为梳状结构。根据器件具体导通特性、击穿特性的要 求，确定图2中超结η柱3与超结ρ柱4杂质浓度关系=N3 = N4，超结η柱3与超结ρ柱4 宽度关系为W3 > W4 ；超结η柱3与超结ρ柱4空间体积关系V3 = V4。参照图3，本发明的SOI LDMOS晶体管。包括源区9、体区8、超结中η柱3、超结中 P柱4、漏区5、源电极10、漏电极12、栅电极11、埋置介质层6(为SiO2或Al2O3等绝缘介质 层)。其特征在于P柱4为与硅材料晶格不匹配的单晶材料(如Ge，SiGe等使硅能够生成 应变的材料)，且η柱3为在ρ柱4基础上生成的η型平行于源漏电极的横向张应变硅。超 结结构中η柱3、ρ柱4成上下层叠状排列。根据器件具体导通特性、击穿特性的要求，确定 图3中超结η柱3与超结ρ柱4杂质浓度关系=N3 = N4，超结η柱3与超结ρ柱4宽度关 系W3 = W4，超结η柱3与超结ρ柱4厚度关系=H3 = Η4。参照图4，本发明的SOI LDMOS晶体管。包括源区9、体区8、超结中η柱3、超结中 P柱4、漏区5、源电极10、漏电极12、栅电极11、埋置介质层6(为SiO2或Al2O3等绝缘介质 层)。其特征在于P柱4为与硅材料晶格不匹配的单晶材料(如Ge，SiGe等使硅能够生成 应变的材料)，且η柱3为在ρ柱4基础上生成的η型平行于源漏电极的横向张应变硅。超 结结构中η柱3、ρ柱4沿纸面方向层叠状排列。根据器件具体导通特性、击穿特性的要求， 确定图4中超结η柱3与超结ρ柱4杂质浓度关系=N3 = N4，超结η柱3与超结ρ柱4宽度关系W3 = W4，超结η柱3与超结P柱4厚度关系=H3 = Η4。参照图5，本发明的SOI LDMOS晶体管。包括源区9、体区8、超结中η柱3、超结中 P柱4、漏区5、ρ型埋层13、源电极10、漏电极12、栅电极11、埋置介质层6(为SiO2或Al2O3 等绝缘介质层)。其特征在于P型埋层13为与硅材料晶格不匹配的单晶材料(如Ge，SiGe 等使硅能够生成应变的材料)，且η柱3及ρ柱4为在ρ型埋层13基础上生成的η、ρ型平 行于源漏电极的横向张应变硅。根据器件具体导通特性、击穿特性的要求，确定图5中超结 η柱3、超结ρ柱4及ρ型埋层13杂质浓度关系N3 = N4 = N13，超结η柱3与超结ρ柱4宽 度关系为W3 > W4 ；超结η柱3、超结ρ柱4及ρ型埋层13空间体积关系V3 = V4+V13。上述为本发明特举之实施例，并非用以限定本发明。本发明提供的具有应变硅的 超结结构同样适用于SOI高压二极管、SOI LIGBT.S0I晶闸管和JFET等横向功率半导体器 件以及它们的变体。在不脱离本发明的实质和范围内，可做些许的调整和优化，本发明的保 护范围以权利要求为准。
权利要求
一种具有应变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管，包括源区(9)、体区(8)、漏区(5)、超结结构中n柱(3)、超结结构中p柱(4)、源电极(10)、漏电极(12)、栅电极(11)、埋置介质层(6)，其特征是所述超结结构中p柱(4)为与硅材料晶格不匹配的单晶材料，所述单晶材料是如Ge或SiGe使硅能够生成应变的材料，所述超结结构中n柱(3)为在超结结构中p柱(4)基础上生成的n型平行于源漏电极的横向张应变硅。
2.根据权利要求1所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOILDM0S晶体管，其特征是 超结结构中P柱(4)在源漏电极方向截面为梳状结构。
3.根据权利要求2所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOILDM0S晶体管，其特征是 超结结构中n柱(3)与超结结构中p柱(4)的杂质浓度关系为N3 = N4 ；宽度关系为W3 > W4 ；空间体积关系为V3 = V4。
4.根据权利要求1所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOILDM0S晶体管，其特征是 超结结构中n柱(3)、p柱(4)成上下层叠状排列。
5.根据权利要求4所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOILDM0S晶体管，其特征是 超结结构中n柱(3)与超结结构中p柱(4)的杂质浓度关系为N3 = N4 ；宽度关系为W3 = W4 ；厚度关系为H3 = H4。
6.根据权利要求1所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOILDM0S晶体管，其特征是 超结结构中n柱(3)、p柱(4)沿纸面方向层叠状排列。
7.根据权利要求6所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOILDM0S晶体管，其特征是 超结结构中n柱(3)与超结结构中p柱(4)的杂质浓度关系为N3 = N4 ；宽度关系为W3 = W4 ；厚度关系为H3 = H4。
8.根据权利要求1所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOILDM0S晶体管，其特征是 还包括P型埋层(13)，所述p型埋层(13)为与硅材料晶格不匹配的单晶材料，所述单晶材 料为Ge或SiGe使硅能够生成应变的材料，且超结结构中n柱(3)及超结结构中p柱(4) 为在P型埋层(13)基础上生成的，沿纸面方向层叠状排列的n、p型平行于源漏电极的横向 张应变硅。
9.根据权利要求8所述的具有应变硅结构的高压低功耗SOILDM0S晶体管，其特征是: 超结结构中n柱(3)与超结结构中p柱(4)及p型埋层(13)的杂质浓度关系为N3 = N4 = N13 ；超结结构中n柱⑶与超结结构中P柱⑷宽度关系为W3 > ff4 ；超结结构中n柱(3) 与超结结构中P柱(4)及p型埋层(13)空间体积关系V3 = V4+V13。
全文摘要
本发明提供的是一种具有应变硅结构的高压低功耗SOI LDMOS晶体管。包括源区(9)、体区(8)、漏区(5)、超结结构中n柱(3)、超结结构中p柱(4)、源电极(10)、漏电极(12)、栅电极(11)、埋置介质层(6)，所述超结结构中p柱(4)为与硅材料晶格不匹配的单晶材料，所述单晶材料是如Ge或SiGe使硅能够生成应变的材料，所述超结结构中n柱(3)为在超结结构中p柱(4)基础上生成的n型平行于源漏电极的横向张应变硅。本发明在不牺牲器件耐压的前提下，同时兼顾降低漏-源导通电阻的要求。本发明与常规SOI LDMOS晶体管工艺兼容，具有很强的可实施性，更易满足功率电子系统的应用要求。
文档编号H01L29/78GK101819998SQ201010159170
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者曹菲, 王颖, 胡海帆 申请人:哈尔滨工程大学