金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种金属氧化物半导体场效应晶体管，包括栅极、栅介电层、源极区、漏极区以及顶层掺杂区。漏极区位于基底中，漏极区具有第一导电型。源极区具有第一导电型，位于上述基底中，环绕于上述漏极区周围。栅极位于上述源极区与上述漏极区之间的上述基底上。栅介电层位于上述栅极与上述基底之间。顶层掺杂区具有第二导电型，位于上述栅极与上述漏极之间的上述基底中。上述顶层掺杂区包括至少三种区域，各自分别具有一掺质浓度梯度，且其浓度自接近上述栅极处至接近上述漏极区处渐减。
【专利说明】金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体元件，且特别是有关于金属氧化物半导体场效应晶体管。
【背景技术】
[0002]超高压元件在操作时必须具有高击穿电压(breakdown voltage)以及低的开启电阻(on-state resistance,Ron),以减少功率损耗。为能提供较高电流并维持足够大的击穿电压，目前已发展出阵列式的结构。在交流-直流电产品的布局中，通过阵列结构可以减少布局面积并且提升元件的效能。目前所发展的一种超高压元件，其源极区以及漏极区均呈指叉状。虽然指叉状的源极端以及漏极端能够减少布局的面积，但是，其曲率非常大，特别是在源极端会有非常大的电流聚集，成为击穿点，导致元件的击穿电压下降。
【发明内容】
[0003]本发明实施例提供数种金属氧化物半导体场效应晶体管，其可以降低开启电阻，提升兀件的击穿电压。
[0004]本发明实施例提出一种金属氧化物半导体场效应晶体管，包括栅极、栅介电层、源极区、漏极区以及顶层掺杂区。漏极区位于基底中，漏极区具有第一导电型。源极区具有第一导电型，位于上述基底中，环绕于上述漏极区周围。栅极位于上述源极区与上述漏极区之间的上述基底上。栅介电层位于上述栅极与上述基底之间。顶层掺杂区具有第二导电型，位于上述栅极与上述漏极之间的上述基底中，上述顶层掺杂区包括至少三种区域，各自分别具有一掺质浓度梯度，其浓度自接近上述栅极处至接近上述漏极区处渐减。
[0005]本发明另一实施例提出一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，包括下列步骤。于基底上形成图案化的掩膜层，上述图案化的掩膜层包括多个开口。以上述图案化的掩膜层为掩膜，进行离子植入工艺，于上述基底中形成顶层掺杂区。顶层掺杂区具有第二导电型，位于源极与漏极之间，顶层掺杂区具有一掺质浓度梯度，此掺质浓度梯度自接近栅极处至接近漏极区处浓度渐减。于上述基底上形成栅介电层与栅极，使上述顶层掺杂区位于上述栅极的第一侧。于上述栅极第一侧的基底中形成漏极区，上述漏极区具有第一导电型。于上述栅极的第二侧形成源极区，上述源极区具有第一导电型，位于上述基底中，环绕于上述漏极区周围。
[0006]本发明实施例的金属氧化物半导体场效应晶体管可以提升元件的击穿电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0008]图1A、图1B与图1C分别为依照本发明一实施例所绘示的一种金属氧化物半导体场效应晶体管的上视图。
[0009]图2绘示图1中1-1切线的剖面示意图。为图面清楚起见，在图1中仅绘示出源极区、漏极区以及顶层掺杂区的相对位置。
[0010]图3A至图3E为依照本发明一实施例所绘示的一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制造流程的剖面示意图。
[0011]图4为用于形成顶层掺杂区的离子植入掩膜的示意图。
[0012]图5为本发明依据顶层掺杂区区域的不同设计不同的掺质浓度梯度，其各区的模拟击穿电压曲线。
[0013]图6为现有顶层掺杂区具有单一均匀浓度的模拟击穿电压曲线。
[0014]图7为顶层掺杂区的顶端转弯区采用本发明实施例的掺质浓度梯度与现有的单一均匀浓度的模拟击穿电压的比较图。
[0015]图8为顶层掺杂区的矩形区采用本发明实施例的掺质浓度梯度与现有的单一均匀浓度的模拟击穿电压的比较图。
[0016]图9为顶层掺杂区在底部内转弯区采用本发明实施例的掺质浓度梯度与现有的单一均匀浓度的模拟击穿电压的比较图。
[0017]附图标号:
[0018]
【权利要求】
1.一种金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，包括: 一漏极区，具有一第一导电型，位于一基底中； 一源极区，具有所述第一导电型，位于所述基底中，环绕于所述漏极区周围； 一栅极，位于所述源极区与所述漏极区之间的所述基底之上； 一栅介电层，位于所述栅极与所述基底之间；以及 一顶层掺杂区，具有一第二导电型，位于所述源极与所述漏极区之间的所述基底中，所述顶层掺杂区包括至少三种区域，各自分别具有一掺质浓度梯度，上述各区域自接近所述栅极处至接近所述漏极区处的浓度渐减。
2.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述顶层掺杂区的各区域的掺质浓度梯度不同。
3.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述漏极区投影至所述基底表面的形状呈至少一 U型。
4.如权利要求3所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述顶层掺杂区的至少所述三种区域包括顶端内转弯区以及外转弯区、线性区、底部内转弯区以及底部外转弯区。
5.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，更包括: 一第一掺杂区，具有所述第一导电型，位于所述漏极区周围的所述基底中，使所述顶层 掺杂区与所述漏极区位于所述第一掺杂区内； 一第二掺杂区，具有所述第一导电型，位于所述源极区周围的所述基底中； 一第三掺杂区，具有所述第二导电型，位于具有所述第一导电型的所述第二掺杂区之中； 一第四掺杂区，具有所述第一导电型，位于具有所述第一导电型的所述第一掺杂区中，与所述顶层掺杂区相邻；以及 二浓掺杂区，具有所述第一导电型，分别位于所述第四掺杂区以及所述第三掺杂区中，且使所述源极区与所述漏极区分别位于其中。
6.如权利要求5所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，更包括隔离结构，位于所述顶层掺杂区上，且部分所述栅极区位于所述隔离结构上并覆盖所述顶层掺杂区。
7.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，更包含具有所述第二导电型的一第五掺杂区，所述第五掺杂区邻接所述漏极。
8.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，当所述第一导电型为N型时，所述第二导电型为P型；当所述第一导电型为P型时，所述第二导电型为N型。
9.一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，包括: 于一基底上形成一图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层具有多数个开口 ； 以所述图案化的掩膜层为掩膜，进行一离子植入工艺，于所述基底中形成一顶层掺杂区； 于所述基底上形成一栅介电层与一栅极； 于所述栅极的所述第一侧的所述基底中形成一漏极区，所述漏极区具有一第一导电型；以及 于所述栅极的一第二侧形成一源极区，所述源极区具有所述第一导电型并环绕于所述漏极区周围， 其中所述顶层掺杂区具有一第二导电型，位于所述源极与所述漏极之间，所述顶层掺杂区具有一掺质浓度梯度，所述掺质浓度梯度自接近所述栅极处至接近所述漏极区处浓度渐减。
10.如权利要求9所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述图案化的掩膜层的所述些开口的尺寸自接近所述栅极处至接近所述漏极区处渐减。
11.如权利要求9所述之的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述图案化的掩膜层的所述些开口之间的间距自接近所述栅极处至接近所述漏极区处渐减。
12.如权利要求9所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，更包括一退火工艺，以使所述顶层掺杂区的轮廓平滑。
13.如权利要求9所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述顶层掺杂区包括多个区域，每一所述区域分别具有所述掺质浓度梯度。
14.如权利要求9所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述漏极区投影至所述基底表面的形状呈至少一 U型，所述顶层掺杂区包括多个区域，每一所述些区域分别具有所述掺质浓度梯度。
15.如权利要求9所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，更包括: 于所述漏极区周围的所述基底中形成具有所述第一导电型的一第一掺杂区，使所述顶层掺杂区与所述漏极区位于所述第一掺杂区内； 于所述源极区周围的所述基底中形成具有所述第一导电型的一第二掺杂区； 于所述第二掺杂区之中形成具有所述第二导电型的一第三掺杂区； 于所述第一掺杂区中形成具有所述第一导电型的一第四掺杂区，所述第四掺杂区与所述顶层掺杂区相邻；以及 于所述第四掺杂区以及所述第三掺杂区中分别形成具有所述第一导电型的一浓掺杂区，使所述源极区与所述漏极区分别位于其中。
16.如权利要求15所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，更包括在所述顶层掺杂区上方形成隔离结构。
17.如权利要求15所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，更包括在所述基底中形成具有所述第一导电型的一外延层，使所述第一掺杂区以及所述第二掺杂区位于其中。
【文档编号】H01L29/78GK103681848SQ201210428049
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2012年8月31日
【发明者】许健, 艾姆·迪伊姆·斯迪奇, 阿比吉斯·普拉克须, 杨绍明, 蔡宗叡 申请人:新唐科技股份有限公司