高壓金屬氧化物半導(dǎo)體器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說明書設(shè)及減少由熱載流子注入引起的器件性能退化。具體地，本說明書設(shè) 及減少高壓金屬氧化物半導(dǎo)體化VMO巧器件中，例如在高壓應(yīng)用中使用的橫向擴(kuò)散（LD) HVMOS器件中，由熱載流子注入引起的器件性能的退化。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)使用半導(dǎo)體工藝設(shè)計(jì)和制備高壓金屬氧化物半導(dǎo)體（HVMO巧晶體管器件（例如 橫向擴(kuò)散（LD)HVMOS器件）時(shí)，一個(gè)關(guān)注的焦點(diǎn)是在給定晶體管的特定導(dǎo)通電阻（RdsJ和 擊穿電壓度V)之間取得可接受的折衷。由于還期望在不導(dǎo)致給定LDMOS器件的器件性能 特征顯著退化的情況下縮小器件的尺寸和相應(yīng)的晶粒（忍片）尺寸，所W要實(shí)現(xiàn)運(yùn)種折衷 并不容易，而器件性能特征的退化可起因于器件設(shè)計(jì)方面并且由在開發(fā)工藝的過程中為給 定半導(dǎo)體工藝選擇的處理參數(shù)（例如滲雜度）而引起。
[0003] 例如，對于某些LDMOS器件來說，熱載流子（肥）退化是一種可靠性方面的限制， 不僅會受到器件設(shè)計(jì)的影響，也會受到某些半導(dǎo)體制造工藝參數(shù)的影響。例如，可通過增加 LDMOS器件（例如HVNMO巧的漂移區(qū)中的滲雜濃度或通過縮小器件的漂移區(qū)的長度（橫向 長度）來減小Rds。。。當(dāng)Rds。。減小時(shí)，運(yùn)些變化可導(dǎo)致對應(yīng)的HVNMOS器件的漂移區(qū)中有更高 的橫向電場，并且因此可增大給定時(shí)間內(nèi)該HVNMOS器件中出現(xiàn)的HC退化量。例如，一些LD HVNMOS器件可經(jīng)歷如線性區(qū)域漏極電流QdiJ減少（例如由Rds。。的增大引起）所示的顯著 的肥退化，使得運(yùn)些LDHVNMOS器件的可靠性壽命（例如器件可處在最惡劣的操作情況下 并且仍滿足器件的性能規(guī)范的時(shí)間長度）可為相當(dāng)于大約一個(gè)小時(shí)。在其他器件中，肥退 化可由除Idlm/Rds。之外的器件參數(shù)示出，例如闊值電壓（VJ和/或漏極飽和電流QdsJ。 用于確定HC退化量的特定參數(shù)將取決于特定的具體實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在一般方面，高壓金屬氧化物半導(dǎo)體（HVMO巧器件可包括設(shè)置在HVMOS器件的溝 道區(qū)上的第一柵極電介質(zhì)層和設(shè)置在HVMOS器件的漂移區(qū)的至少一部分上的第二柵極電 介質(zhì)層，其中漂移區(qū)鄰近溝道區(qū)橫向設(shè)置。第二柵極電介質(zhì)層的厚度可大于第一柵極電介 質(zhì)層的厚度。 陽0化]具體實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，HVMOS器件可包括設(shè)置在第一柵極 電介質(zhì)層和第二柵極電介質(zhì)層上的柵電極。HVMOS器件可包括鄰近溝道區(qū)橫向設(shè)置的源區(qū)。 HVMOS器件可包括場氧化物（FO訝層，其中FOX層的至少一部分鄰近漂移區(qū)橫向設(shè)置。HVMOS 器件可包括漏極區(qū)，其中漏極區(qū)的至少一部分鄰近FOX層橫向設(shè)置。第二柵極電介質(zhì)層的 至少一部分可設(shè)置在FOX層上。
[0006] 第一柵極電介質(zhì)層可具有小于或等于115埃的厚度。第二柵極電介質(zhì)層可具有小 于或等于560埃的厚度。溝道區(qū)可具有在0. 1微米（ym)到1. 0ym的范圍內(nèi)的橫向?qū)挾取?漂移區(qū)可具有在0. 2ym到3. 0ym的范圍內(nèi)的橫向?qū)挾取５诙艠O電介質(zhì)層的豎向邊緣可 與溝道區(qū)橫向隔開在Oym到I.Oym的范圍內(nèi)的距離。
[0007] 在另一一般方面，高壓金屬氧化物半導(dǎo)體（HVMO巧器件可包括設(shè)置在HVMOS器件 的溝道區(qū)上的第一柵極電介質(zhì)層；設(shè)置在HVMOS器件的漂移區(qū)的至少一部分上的第二柵極 電介質(zhì)層，其中漂移區(qū)鄰近溝道區(qū)橫向設(shè)置；W及設(shè)置在第二柵極電介質(zhì)層的至少一部分 上的第=柵極電介質(zhì)層。第二柵極電介質(zhì)層的厚度可大于第一柵極電介質(zhì)層的厚度。第= 柵極電介質(zhì)層的厚度可大于第二柵極電介質(zhì)層的厚度。
[0008] 具體實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，HVMOS器件可包括設(shè)置在第一柵極 電介質(zhì)層、第二柵極電介質(zhì)層和第=柵極電介質(zhì)層上的柵電極。HVMOS器件可包括鄰近溝道 區(qū)橫向設(shè)置的源區(qū)。HVMOS器件可包括場氧化物（FO訝層，其中FOX層的至少一部分鄰近漂 移區(qū)橫向設(shè)置。HVMOS器件可包括漏極區(qū)，其中漏極區(qū)的至少一部分鄰近FOX層橫向設(shè)置。 第二柵極電介質(zhì)層的至少一部分和第S柵極電介質(zhì)層的至少一部分可設(shè)置在FOX層上。
[0009] 第一柵極電介質(zhì)層可具有小于或等于115埃的厚度。第二柵極電介質(zhì)層可具有小 于或等于600埃的厚度。第=柵極電介質(zhì)層可具有小于或等于2000埃的厚度。
[0010] 溝道區(qū)可具有在0.Iym到LOym的范圍內(nèi)的橫向?qū)挾?。漂移區(qū)可具有在0.2ym 到3.Oym的范圍內(nèi)的橫向?qū)挾?。第二柵極電介質(zhì)層的豎向邊緣可與溝道區(qū)橫向隔開在 Oym到1.0ym的范圍內(nèi)的距離。第；柵極電介質(zhì)層的豎向邊緣可與第二柵極電介質(zhì)層的 豎向邊緣橫向隔開在0ym到1.0ym的范圍內(nèi)的距離。
[0011] 第一柵極電介質(zhì)層還可設(shè)置在第二柵極電介質(zhì)層的至少一部分下。第二柵極電介 質(zhì)層和第=柵極電介質(zhì)層的總厚度與第一柵極電介質(zhì)層的厚度的比例可為約20:1。
[0012] 在另一一般方面，方法可包括形成設(shè)置在高壓金屬氧化物半導(dǎo)體（HVMO巧器件的 漂移區(qū)的至少一部分上的第一柵極電介質(zhì)層。漂移區(qū)可鄰近HVMOS器件的溝道區(qū)橫向設(shè) 置。該方法還可包括形成設(shè)置在溝道區(qū)上的第二柵極電介質(zhì)層。第一柵極電介質(zhì)層的厚度 可大于第二柵極電介質(zhì)層的厚度。
[0013] 具體實(shí)施可包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。例如，在形成第二柵極電介質(zhì)層之前，該方 法可包括形成設(shè)置在第一柵極電介質(zhì)層的至少一部分上的第=柵極電介質(zhì)層。第=柵極電 介質(zhì)層的厚度可大于第一柵極電介質(zhì)層的厚度。形成第二柵極電介質(zhì)層可包括在第一柵極 電介質(zhì)層的至少一部分下形成第二柵極電介質(zhì)層。在第一柵極電介質(zhì)層下的第二柵極電介 質(zhì)層的厚度可小于在溝道區(qū)中的第二柵極電介質(zhì)層的厚度。
【附圖說明】
[0014] 圖1為根據(jù)具體實(shí)施的示出了LD高壓N型MOS陽T化VNMO巧器件的剖視圖。
[0015] 圖2為根據(jù)具體實(shí)施的示出了另一個(gè)LDHVNMOS器件的剖視圖。
[0016] 圖3為根據(jù)具體實(shí)施的示出了在溝道區(qū)和漂移區(qū)兩者中有薄柵極氧化物的 HVNMOS器件，W及在溝道區(qū)和漂移區(qū)兩者中有厚柵極氧化物的相當(dāng)?shù)腍VNMOS器件中由熱 載流子（例如電子）注入引起的器件性能退化的比較曲線圖。
[0017] 圖4為根據(jù)具體實(shí)施的示出了在溝道區(qū)和漂移區(qū)兩者中有薄柵極氧化物的 HVNMOS器件，W及與在溝道區(qū)中有薄柵極氧化物并且在漂移區(qū)中有厚柵極氧化物的相當(dāng)?shù)?HVNMOS器件中，由熱載流子（例如電子）注入引起的退化的比較曲線圖。
[0018] 圖5為根據(jù)具體實(shí)施的示出了形成HVMOS器件的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本文所描述的結(jié)構(gòu)可通過減小運(yùn)些器件的漂移區(qū)中的峰值（例如豎向和/或橫 向）電場（可稱為EmJ來改善LDHVNMOS器件中的肥退化?；邴溈怂鬼f方程，給定器 件（LDHVNMOS器件）的Em。、可使用W下公式1確定：
[0021] 在上述公式1中，t為器件的柵極氧化物（或柵極電介質(zhì)）厚度，而r,大約對應(yīng) 漂移區(qū)結(jié)深度。可能如公式1所示，如果柵極氧化物（電介質(zhì)）厚度從115埃(A)增加到 6妨)盤，Em。、可減小94%。盡管本文所述器件的柵極結(jié)構(gòu)可被稱為包括一個(gè)或多個(gè)柵極氧 化物層，應(yīng)當(dāng)理解，可使用任何適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料或材料實(shí)現(xiàn)運(yùn)些結(jié)構(gòu)。其中，在本公開中， 術(shù)語"氧化物"和"電介質(zhì)"可互換使用。在某些具體實(shí)施中，其他柵極電介質(zhì)厚度也是可 行的。
[0022] 隨著Em。,的運(yùn)種減?。ㄈ缟纤觯?，漂移區(qū)中，尤其是場氧化物鳥瞭區(qū)中的柵極氧 化物中的肥注入可顯著減少。在半導(dǎo)體器件（例如HVNMOS器件等等）中，沖擊電離率和 熱載流子注入概率通常與exp( - 1/EmJ成比例。因此，可通過減小Em。、來減少熱載流子退 化。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，使用例如本文所述的那些結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)可顯著減少熱載流子退化（例如 由NVNMOS中Idii^Rds。。退化所測量）。運(yùn)種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的示例如圖3和圖4所示，在下面有進(jìn) 一步的描述。運(yùn)種HC退化可因界面陷阱電荷而發(fā)生，界面陷阱電荷由（歸因于