專利名稱：一種高壓ldmos器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及高壓橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件(LDMOS)。
背景技術(shù)：
高壓LDMOS (Double-diffused M0SFET)器件由于其良好的工藝兼容性，易于通過內(nèi)部連線將分布將表面的源極、柵極和漏極與低壓邏輯電路單片集成，被廣泛的運(yùn)用在高壓功率集成電路中。但高壓LDMOS器件的導(dǎo)通電阻與器件擊穿電壓之間的矛盾一直是高壓器件設(shè)計的技術(shù)瓶頸，DMOS器件的導(dǎo)通電阻Rm與器件耐壓BV存在Ron - BV2-3^2-6的關(guān)系，當(dāng)設(shè)計高壓器件時，為了得到高的耐壓BV，不可避免的會增 大器件的導(dǎo)通電阻，在器件設(shè)計過程中，往往要求器件具有高的耐壓、低的導(dǎo)通電阻和小的芯片面積，由于上述矛盾關(guān)系的存在，阻礙了高壓LDMOS器件在高壓功率集成電路中的應(yīng)用。為了克服這個矛盾關(guān)系，J.A. APPLES等人提出了 RESURF(Reduced SURface Field)降低表面場技術(shù)，此技術(shù)自提出以來就被廣泛運(yùn)用于高壓器件設(shè)計之中，但此技術(shù)只能在一定程度上降低導(dǎo)通電阻，仍然滿足不了高速發(fā)展的功率集成電路對高壓LDMOS器件的技術(shù)要求。圖I是現(xiàn)有的具有降場層的高壓LDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖。其第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2中，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3為連續(xù)單純的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體材料(如圖2所示)，該第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3能夠在一定程度上降低LDMOS器件的導(dǎo)通電阻，但仍然無法滿足高速發(fā)展的功率集成電路對高壓LDMOS器件的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高壓LDMOS器件，所述LDMOS器件與傳統(tǒng)具有降場層的高壓LDMOS器件相比，其導(dǎo)通電阻進(jìn)一步降低并且并不額外占用芯片面積(或在相同的導(dǎo)通能力的情況下具有更小的芯片面積)。本發(fā)明技術(shù)方案如下—種高壓LDMOS器件,如圖3所不,包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I、位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I表面的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2、位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2頂部一側(cè)的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)10、位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2頂部另一側(cè)的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6中具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)11和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)12 ;器件表面與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)10接觸的是漏極金屬15，與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)11和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)12接觸的是源極金屬14，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6和部分第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2表面是柵氧化層8、柵氧化層8表面是柵極9，其余第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2表面是場氧化層7，源極金屬14、柵極9和漏極金屬15三者之間填充金屬前介質(zhì)13。所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I之間還具有橫向與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2接觸的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層4。所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2內(nèi)部還具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3。所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3在器件寬度方向上呈現(xiàn)不連續(xù)狀態(tài)，中間周期性間隔著第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16 (如圖4所示)。圖4所示為圖3中沿BB’連線的剖面圖，與圖2所示傳統(tǒng)橫向高壓DMOS剖面相比在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3沿器件寬度方向增加了第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16能增加耗盡界面數(shù)量，進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻，為更好的實(shí)現(xiàn)電荷平衡，可適當(dāng)增加第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16的摻雜濃度。本發(fā)明提供的一種高壓LDMOS器件中，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3還可由分段線性變摻雜的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體形成，其長度和摻雜濃度自第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)11至第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)10逐漸降低。本發(fā)明提供的一種高壓LDMOS器件，其工作原理與傳統(tǒng)的高壓LDMOS器件類似， 都是運(yùn)用電荷平衡原理來提高器件的擊穿電壓，但本發(fā)明中的器件導(dǎo)通損耗低于傳統(tǒng)高壓LDMOS器件。圖I為傳統(tǒng)的高壓LDMOS器件，包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層4、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6、場氧化層7、柵氧化層8、柵極9、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)10、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)U、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)12、金屬前介質(zhì)13、源極金屬14、漏極金屬15。器件導(dǎo)通時電流從第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)11經(jīng)第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2流到第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)10，由于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3的存在，電流流動路徑的面積變小，且電流經(jīng)漂移區(qū)2時的流動路徑變長，所以器件的導(dǎo)通電阻變大、導(dǎo)通損耗增力口。圖3為本發(fā)明的高壓LDMOS器件，圖4所示為圖3中沿BB’剖面圖，與現(xiàn)有的具有降場層結(jié)構(gòu)的高壓LDMOS器件相比，本發(fā)明提供的器件通過提高第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體場層3的濃度，減小第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3在器件寬度方向上的面積，在降場層3之間提供了額外的導(dǎo)電通道(即第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16)，增加了電流流動路徑的面積，同時也提供了相對較短的導(dǎo)電路徑，并且可以增加導(dǎo)電通道16的濃度，極大地降低了器件導(dǎo)通電阻。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過提高第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3的濃度，減小第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3在器件寬度方向上的面積，在降場層3之間提供了額外的導(dǎo)電通道16，增加了電流流動路徑的面積，同時也提供了相對較短的導(dǎo)電路徑，并且可以增加第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16的濃度，極大地降低了器件導(dǎo)通電阻。與常規(guī)具有降場層的高壓LDMOS器件相比，本發(fā)明提供的高壓LDMOS器件，其導(dǎo)通電阻進(jìn)一步降低并且并不額外占用芯片面積(或在相同的導(dǎo)通能力的情況下具有更小的芯片面積)。本發(fā)明提供的高壓LDMOS器件可應(yīng)用于消費(fèi)電子、顯示驅(qū)動等多種產(chǎn)品中。


圖I是現(xiàn)有的具有降場層結(jié)構(gòu)的高壓LDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有的具有降場層結(jié)構(gòu)的高壓LDMOS器件即圖I所示結(jié)構(gòu)沿AA’沿線剖面示意圖。圖3是本發(fā)明提供的高壓LDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明提供的高壓LDMOS器件圖3所示結(jié)構(gòu)沿BB’沿線剖面示意圖。
圖5是本發(fā)明提供的高壓LDMOS器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖I至圖5中1是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底，2是第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)，3是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層，4是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層，6是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)，7是場氧化層，8是柵氧化層，9是柵極，10是第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)，11是第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)，12是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)，13是金屬前介質(zhì)，14是源極金屬，15是漏極金屬，16是第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)。圖6 (a)是通過三維器件仿真軟件silvaco ATLAS定義的現(xiàn)有的具有雙通道高壓LDMOS器件在具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3位置處橫向截面圖。圖6 (b)是通過三維器件仿真軟件silvaco ATLAS定義的現(xiàn)有的具有雙通道高壓LDMOS器件在具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16位置處橫向截面圖。
圖7是現(xiàn)有的具有雙通道高壓LDMOS器件和本發(fā)明提供的高壓LDMOS器件在線性區(qū)時漏源電流與漏源電壓的關(guān)系曲線示意圖。其中虛線為現(xiàn)有的雙通道高壓LDMOS器件漏源電流與漏源電壓關(guān)系曲線，實(shí)線為本發(fā)明提供的多電流通路高壓DMOS器件漏源電流與漏源電壓關(guān)系曲線。由圖可知，在Vds=IOV時，現(xiàn)有的雙通道高壓LDMOS器件的電流為25 μ A/ μ m ;本發(fā)明提供的器件電流為30 μ A/ μ m,電流能力較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了 17%。
具體實(shí)施例方式一種高壓LDMOS器件，如圖3所示，包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I、位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I表面的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2、位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2頂部一側(cè)的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)10、位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2頂部另一側(cè)的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6中具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)11和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)12 ;器件表面與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)10接觸的是漏極金屬15，與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)11和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)12接觸的是源極金屬14，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6和部分第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2表面是柵氧化層8、柵氧化層8表面是柵極9，其余第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2表面是場氧化層7，源極金屬14、柵極9和漏極金屬15三者之間填充金屬前介質(zhì)13。所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)6與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I之間還具有橫向與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2接觸的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層4。所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)2內(nèi)部還具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3。所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3在器件寬度方向上呈現(xiàn)不連續(xù)狀態(tài)，中間周期性間隔著第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16 (如圖4所示)。本發(fā)明提供的一種高壓LDMOS器件中，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3還可由分段線性變摻雜的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體形成，其長度和摻雜濃度自第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)11至第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)10逐漸降低。本發(fā)明提供了一種低導(dǎo)通電阻的高壓功率器件，可以選擇用外延工藝來實(shí)現(xiàn)，也可以選擇在體硅上用高能離子注入和擴(kuò)散的工藝來實(shí)現(xiàn)，其工藝難度低，可操作性強(qiáng)，選擇不同類型的襯底及雜質(zhì)可以制造出η溝道和P溝道的高壓LDMOS器件。本發(fā)明通過提高第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3的濃度，減小第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3在器件寬度方向上的面積，在降場層3之間提供額外的導(dǎo)電通道16，增加了電流流動路徑的面積，同時導(dǎo)電路徑相對較短，并且可以增加第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)16的濃度，極大地降低了器件導(dǎo)通電阻。與常規(guī)具有降場層的高壓LDMOS器件相比，本發(fā)明提供的高壓LDMOS器件在相同芯片面積的情況下具有更小的導(dǎo)通電阻(或在相同的導(dǎo)通能力的情況下具有更小的芯片面積)。本發(fā)明提供的高壓半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于消費(fèi)電子 、顯示驅(qū)動等多種產(chǎn)品中。
權(quán)利要求
1.一種高壓LDMOS器件，包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底(I)、位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底(I)表面的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)(2)、位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)(2)頂部一側(cè)的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)(10)、位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)(2)頂部另一側(cè)的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(6)，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(6)中具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)(11)和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)(12);器件表面與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū) (10)接觸的是漏極金屬(15)，與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)(11)和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)(12)接觸的是源極金屬(14)，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(6)和部分第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)(2)表面是柵氧化層(8)、柵氧化層(8)表面是柵極(9)，其余第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)(2)表面是場氧化層(7)，源極金屬(14)、柵極(9)和漏極金屬(15)三者之間填充金屬前介質(zhì)(13);所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(6)與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底(I)之間還具有橫向與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)(2)接觸的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體埋層(4);所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漂移區(qū)(2)內(nèi)部還具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層(3);所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層(3)在器件寬度方向上呈現(xiàn)不連續(xù)狀態(tài)，中間周期性間隔著第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓LDMOS器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層(3)由分段線性變摻雜的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體形成，其長度和摻雜濃度自第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體源區(qū)(11)至第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體漏區(qū)(10)逐漸降低。
全文摘要
一種高壓LDMOS器件，屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在常規(guī)具有降場層結(jié)構(gòu)的高壓LDMOS器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過提高第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3的濃度，減小第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層3在器件寬度方向上的面積，即第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體降場層(3)在器件寬度方向上呈現(xiàn)不連續(xù)狀態(tài)，中間周期性間隔著第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)(16)，在不連續(xù)的降場層3之間提供了額外的導(dǎo)電通道，增加了電流流動路徑的面積，同時導(dǎo)電路徑也相對較短；并且可以增加第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體電荷平衡區(qū)16的濃度，極大地降低器件導(dǎo)通電阻。與常規(guī)具有降場層的高壓LDMOS器件相比，本發(fā)明導(dǎo)通電阻進(jìn)一步降低并且并不額外占用芯片面積，本發(fā)明可應(yīng)用于消費(fèi)電子、顯示驅(qū)動等多種產(chǎn)品中。
文檔編號H01L29/08GK102709325SQ20121021037
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者喬明, 何逸濤, 向凡, 周鋅, 張波, 李肇基, 溫恒娟 申請人:電子科技大學(xué)