绝缘体上硅薄膜晶体管制造技术

一种ＳＯＩ（绝缘体上硅）型薄膜晶体管，包括掩埋氧化层、第一导电类型的硅层，以及上氧化层。硅层具有第二导电类型的体区、第一导电类型的源区、漏区以及漂移区。硅层形成有在其中形成掺杂区且厚度为Ｔ１的第一部分，以及在其中形成到达掩埋氧化层的体区且厚度为Ｔ２的第二部分。确定厚度Ｔ１和Ｔ２，以便满足以下关系式：０．４μｍ＜Ｔ１；０．４μｍ≤Ｔ２≤１．５μｍ；以及Ｔ２＜Ｔ１。此晶体管显示出改进的功耗、高的击穿电压和低的导通电阻，同时也具备制作工艺方法的优点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及SOI(绝缘体上硅)型薄膜晶体管，它具有改进的功耗、高的击穿电压和低的导通电阻。过去，SOI-LDMOSFET(侧向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBD(绝缘栅双极型晶体管)已作为功率晶体管而著称。作为SOI-LDMOSFET的一个例子，如图7所示第5,300,448号美国专利揭示一种具有线性掺杂分布的高压薄膜晶体管。该晶体管包括硅衬底10D、在硅衬底上形成的掩埋氧化层20D、在掩埋氧化层上形成的薄硅层30D，以及上氧化层40D。硅层30D具有源区33D、体区31D、漏区32D，以及在其中形成线性掺杂区35D的漂移区34D。在上氧化层40D中，具有与漏区32D接触的漏极50D、与源区33D接触的源极60D，以及由栅氧化层41D从硅层30D上加以隔开的栅极70D。例如，当把正电压加到栅极70D时，刚好在栅极下面体区31D的表面附近形成沟道，俾使电子通过此沟道及线性掺杂区35D从源区33D流向漏区32D，以获得源和漏区之间的导通状态。另一方面，当从栅极70D上移去正电压或把负电压加到栅极时，则沟道消失，以获得在源和漏区之间的截止状态。通常，希望这种晶体管显示出源区33D和漏区32D之间高的击穿电压，以及低的导通电阻。因为硅层30D的厚度较薄，所以击穿电压倾向于降低。此已有技术通过在厚度2000到3000的硅层30D中形成线性掺杂区35D来实现低的导通电阻和高的击穿电压。然而，当硅层变薄时，引起漂移区34D的功耗问题，换句话说即热辐射。这将引起晶体管的热奔或击穿。图2示出当硅层变薄时，热阻增加。即，它意味着功耗随硅层变薄而降低。另一方面，如图8所示，第5,246,870号美国专利则揭示一种高压薄膜晶体管。该晶体管包括n型或p型导电性的硅衬底10E、在硅衬底上形成的掩埋氧化层20E、在掩埋氧化层上形成的硅层30E，以及上氧化层40E。硅层30E具有n型导电性的源区33E、p型导电性的体区31E、n型导电性的漏区32E，以及具有侧向线性掺杂区35E的漂移区34E。硅层30E被绝缘材料的隔离区80E所包围。此晶体管也具有与漏区32E相接触的漏极50E、与体区31E和源区33E两者相接触的源极60E，以及由薄的栅氧化层41E从硅层30E上加以隔开的栅极70E。此已有技术通过在厚度为1000到2000的硅层30E中形成线性掺杂区35E来实现源和漏区(33E和32E)之间高的击穿电压和低的导通电阻。此外，栅极70E具有与其短路的场板71E。由于场板71E覆盖在线性掺杂区35E上面，所以漂移区34E得以很好地保护而不受外部电场的干扰，并使导通电阻进一步减少。然而，由于硅层30E中线性掺杂区35E的厚度很薄，所以该晶体管在功耗方面具有与第5,300,448号美国专利的晶体管相同的问题。本专利技术旨在一种用于改善上述问题的SOI(绝缘体上硅)型薄膜晶体管。也即，该晶体管包括在硅衬底上形成的掩埋氧化层、在掩埋氧化层上形成的第一导电类型的硅层，以及在硅层上形成的上氧化层。硅层具有第二导电类型的体区、第一导电类型的源区、第一导电类型的漏区，以及在源和漏区之间形成的第一导电类型的漂移区。在体区中形成源区，以与掩埋氧化层相隔开。此晶体管也具有与体区和源区两者相接触的源极、与漏区接触的漏极，以及位于源和漏极之间并由薄的氧化层与硅层相隔开的栅极。在本专利技术中，形成的硅层具有两种厚度，其中厚度为(T1)的第一部分形成有漂移区，而厚度为(T2)的第二部分中则形成有到达掩埋氧化层的体区。确定厚度(T1)和(T2)，以便满足以下关系式0.4μm＜T10.4μm≤T2≤1.5μmT2＜T1具有上述结构的本专利技术表现出改进的功耗、高的击穿电压，以及低的导通电阻，并在晶体管的制作工艺上其备多种优点。当厚度T1小于0.4μm时，不足以改善功耗，也即漂移区的热辐射。当厚度T2小于0.4μm时，引起在体区中形成的源区到达掩埋氧化层的问题，这是因为用常规的硅工艺技术不能把源区的扩散深度抑制在小于大约0.3μm。这降低了晶体管的击穿电压。另一方面，当厚度T2大于1.5μm时，很难在硅层中有效地形成体区。也即，必须在高温下和/或很长的时间内进行热处理，以形成体区。这导致高的芯片制作成本。此外，这样的热处理可引起晶体管性质的变化。将在以后详细描述此晶体管制作工艺中的另外一些优点。第一部分的厚度T1最好是1μm或更大，以进一步改善漂移区的功耗。在本专利技术的较佳实施例中，在硅层的上表面形成从第二部分向第一部分延伸的斜坡。体区沿此斜坡从第二部分伸向第一部分。栅极具有一场板，此场板与斜坡平行并由薄氧化层以与斜坡隔开的关系延伸。由于刚好在栅极下面体区斜坡的附近形成倾斜的沟道，以获得在源和漏区之间的导通状态，所以此晶体管可提供更低的导通电阻。在本专利技术的另一个较佳实施例中，漂移区形成有线性掺杂区。特别是栅极最好具有一场板，该场板与栅极短路，且使栅极和场板最好以与硅层隔开的关系沿侧向延伸，而不覆盖在线性掺杂区上面。这提供在源和漏区之间较高的击穿电压。漏区最好与掩埋氧化层隔开。当在硅层的第二部分中形成体区以达到掩埋氧化层时，在硅层中形成漏区，以与掩埋氧化层隔开，则可进一步增加击穿电压。从以下结合附图对本专利技术较佳实施例所进行的描述中，本专利技术的这些以及另外的目的和优点将变得明显起来。附图说明图1是本专利技术第一实施例薄膜晶体管的剖面图；图2示出热阻和硅层厚度之间的关系；图3是厚度(T2)小于0.4μm的一部分硅层的剖面图；图4示出用LOCOS方法形成隔离区的二氧化硅厚度和氧化时间之间的关系；在图5A和5B中，图5A是本专利技术第二实施例薄膜晶体管的剖面图，图5B则示出击穿电压V和场板与图5A中侧向线性掺杂区之间侧向距离L之间的关系；图6是第二实施例改进型的薄膜晶体管的剖面图；图7是已有技术薄膜晶体管的剖面图；以及图8是已有技术薄膜晶体管的剖面图。第一实施例如图1所示，SOI型薄膜晶体管包括n型硅衬底10、在此硅衬底上形成的掩埋氧化层20、在掩埋氧化层上形成的n型硅层30，以及上氧化层40。硅层30具有p型体区31、n型漏区32、n型源区33，以及n型漂移区34。漂移区34在体区31和漏区32之间延伸。在体区31中形成源区33。在上氧化层40中，具有与漏区32接触的漏极50、与体区31和源区33两者相接触的源极60，以及位于源和漏极之间并由薄的栅氧化层41与硅层30相隔开的栅极70。栅极70具有与栅极短路的场板71。硅层30形成有厚度为T1的第一部分38和厚度为T2的第二部分36。在此实施例中，厚度T1和T2分别是1.0μm和0.5μm。漂移区34在第一部分38中侧向延伸。在第一部分38中也形成漏区32，以与掩埋氧化层20隔开。在第二部分36中形成体区31和源区33，俾使体区到达掩埋氧化层20，以增加漏和源区之间的击穿电压，而源区33则与掩埋氧化层20相互隔开。当把正电压加到栅极70时，则刚好在栅极70下面体区31的表面附近形成n型沟道，以致有电子从源区33通过此沟道和漂移区34流向漏区32，以获得在源和漏区之间的导通状态。另一方面当从栅极70上移去正电压或把负电压加到栅极时，则沟道消失以获得在源和漏区之间的截止状态。图2示出热阻和硅层厚度之间的关系。它表明热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘体上的硅型薄膜晶体管，其特征在于包括： 在半导体衬底上形成的掩埋氧化层； 在所述掩埋氧化层上形成的第一导电类型的硅层，所述硅层具有第二导电类型的体区、所述第一导电类型的源区、所述第一导电类型的漏区，以及在所述源和漏区之间形成的所述第一导电类型的漂移区，在所述体区中形成所述源区，以与所述掩埋氧化层相隔开； 在所述硅层上形成上氧化层； 与所述体区和所述源区两者相接触的源极； 与所述漏区接触的漏极；以及 位于所述源和漏极之间并由薄的氧化层与所述硅层相隔开的栅极； 其中所述硅层形成有在其内形成漂移区且厚度为（Ｔ１）的第一部分，以及在其内形成到达所述掩埋氧化层的所述体区且厚度为（Ｔ２）的第二部分，以及其中所述的厚度（Ｔ１）和（Ｔ２），为此加以确定，俾使满足以下关系式： ０．４μｍ＜Ｔ１ ０．４μｍ≤Ｔ２≤１．５μｍ Ｔ２＜Ｔ１。

【技术特征摘要】
JP 1996-1-26 012172/96;JP 1996-1-26 012173/961.一种绝缘体上的硅型薄膜晶体管，其特征在于包括在半导体衬底上形成的掩埋氧化层；在所述掩埋氧化层上形成的第一导电类型的硅层，所述硅层具有第二导电类型的体区、所述第一导电类型的源区、所述第一导电类型的漏区，以及在所述源和漏区之间形成的所述第一导电类型的漂移区，在所述体区中形成所述源区，以与所述掩埋氧化层相隔开；在所述硅层上形成上氧化层；与所述体区和所述源区两者相接触的源极；与所述漏区接触的漏极；以及位于所述源和漏极之间并由薄的氧化层与所述硅层相隔开的栅极；其中所述硅层形成有在其内形成漂移区且厚度为(T1)的第一部分，以及在其内形成到达所述掩埋氧化层的所述体区且厚度为(T2)的第二部分，以及其中所述的厚度(T1)和(T2)，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木裕二，高野仁路，铃村正彦，早崎嘉城，岸田贵司，白井良史，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]