專(zhuān)利名稱(chēng)：階梯形漂移區(qū)的ldmos器件及其制造方法
階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)涉及一種LDMOS (Laterally Diffused M0S,橫向擴(kuò)散MOS晶體管)器件。
技術(shù)背景
LDMOS (橫向擴(kuò)散 MOS 晶體管，Lateral Diffuse MOS Transistor)經(jīng)常被用作功率開(kāi)關(guān)器件。
請(qǐng)參閱圖la，這是一種現(xiàn)有的η型LDMOS器件的示意圖。在P型襯底(或外延層) 10中具有橫向相鄰的P型摻雜區(qū)11和η型漂移區(qū)12。η型漂移區(qū)12的上表面呈水平狀。 在P型摻雜區(qū)11的中間位置具有η型重?fù)诫s源端19。柵氧化層13的一端在η型漂移區(qū)12 之上,另一端在η型重?fù)诫s源端19之上，中間部分在P型摻雜區(qū)11之上。柵氧化層13之上具有柵極14。柵氧化層13和柵極14的兩側(cè)具有側(cè)墻15。在η型漂移區(qū)12遠(yuǎn)離ρ型摻雜區(qū)11的一端具有η型重?fù)诫s漏端20。在ρ型摻雜區(qū)11遠(yuǎn)離η型漂移區(qū)12的一端具有 P型重?fù)诫s溝道引出端21。柵氧化層13下方的ρ型摻雜區(qū)11是器件的溝道。如將上述η 型LDMOS器件的各部分摻雜類(lèi)型變?yōu)橄喾?，就是ρ型LDMOS器件。
上述LDMOS器件是非溝道隔離型的，還有一類(lèi)溝道隔離型的LDMOS器件。如果在圖1a的基礎(chǔ)上增加一個(gè)η阱，該η阱在ρ型襯底10中，而ρ型摻雜區(qū)11和η型漂移區(qū)12 均在該η阱中，則為溝道隔離型的η型LDMOS器件。如將上述溝道隔離型的η型LDMOS器件各部分摻雜類(lèi)型變?yōu)橄喾?，就是溝道隔離型的P型LDMOS器件。
為了減小功耗，需要LDMOS器件具有盡可能低的導(dǎo)通電阻。因此在器件設(shè)計(jì)時(shí)總是盡可能地減小漂移區(qū)的長(zhǎng)度(圖1a中的尺寸Α)、和/或提高漂移區(qū)的摻雜濃度，以降低漂移區(qū)的串聯(lián)電阻。LDMOS器件都是高壓器件，擊穿電壓是其重要的特性參數(shù)。為了提高擊穿電壓，需要LDMOS器件盡可能具有較大的漂移區(qū)長(zhǎng)度和較低的漂移區(qū)摻雜濃度。顯然， LDMOS器件的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓是一對(duì)需要平衡的技術(shù)指標(biāo)，現(xiàn)有的LDMOS器件難以兼顧。發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種全新結(jié)構(gòu)的LDMOS器件，可以同時(shí)取得較低的導(dǎo)通電阻和較高的擊穿電壓。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件在溝道和漏端之間具有漂移區(qū)，其特征是，所述漂移區(qū)的上表面具有階梯狀形貌，且從溝道到漏端方向漂移區(qū)的厚度遞減，使得LDMOS器件工作時(shí)漂移區(qū)總是完全被耗盡。
本申請(qǐng)階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件的制造方法包括如下步驟
第I步，在第一導(dǎo)電類(lèi)型的襯底中采用離子注入工藝形成橫向相鄰的第一導(dǎo)電類(lèi)型的摻雜區(qū)和第二導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)；
第2步， 在硅片上形成柵氧化層及其上的多晶硅柵極，柵氧化層橫跨摻雜區(qū)和漂移區(qū)的分界線；
第3步，在柵氧化層和多晶硅柵極的兩側(cè)形成側(cè)墻；
第4步，在漂移區(qū)形成第一溝槽，其靠近柵氧化層的一端緊挨側(cè)墻或距離側(cè)墻一段距離，其遠(yuǎn)離柵氧化層的一端緊挨漂移區(qū)邊界或距離漂移區(qū)邊界一段距離；
重復(fù)第4步零次 多次，重復(fù)時(shí)在前一次溝槽遠(yuǎn)離柵氧化層的那一端形成本次溝槽，且本次溝槽的寬度小于前一次溝槽；
第5步，在摻雜區(qū)中的中間位置形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s源端，重?fù)诫s源端與η 型漂移區(qū)之間且緊挨柵氧化層的區(qū)域是LDMOS器件的溝道；
在漂移區(qū)遠(yuǎn)離柵氧化層的那一端形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s漏端；
在摻雜區(qū)中遠(yuǎn)離柵氧化層的那一端形成第一導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s溝道引出端；
所述第一導(dǎo)電類(lèi)型、第二導(dǎo)電類(lèi)型分別是ρ型、η型；或者相反。
本申請(qǐng)階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件，由于漂移區(qū)的厚度從溝道到漏端遞減，整個(gè)漂移區(qū)很容易全部耗盡，使得漂移區(qū)可以承受較高的擊穿電壓。同時(shí)也可允許漂移區(qū)的摻雜濃度進(jìn)一步提高，使得器件的導(dǎo)通電阻得到較大幅度的降低。因此，本申請(qǐng)的LDMOS器件可同時(shí)獲得高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻，器件特性比傳統(tǒng)器件有很大的提高。


圖1a是現(xiàn)有的η型LDMOS器件的垂直剖面示意圖。
圖1b是圖1a所示LDMOS器件在漏端加高壓時(shí)耗盡區(qū)的分布示意圖。
圖2a是本申請(qǐng)的η型LDMOS器件的垂直剖面示意圖。
圖2b是圖2a所示LDMOS器件在漏端加高壓時(shí)耗盡區(qū)的分布示意圖。
圖3a 圖3f是本申請(qǐng)的η型LDMOS器件(非溝道隔離)的制造方法的各步驟示意圖。
圖4a、圖4b是本申請(qǐng)的LDMOS器件的階梯形漂移區(qū)的示意圖。
圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明
10為ρ型硅襯底；11為ρ型溝道；12為η型漂移區(qū)；13為柵氧化層；14為多晶硅柵極；15為側(cè)墻；16為第一溝槽；17為第二溝槽；18為第三溝槽；19為η型重?fù)诫s源端；20 為η型重?fù)诫s漏端；21為ρ型重?fù)诫s溝道引出端。
具體實(shí)施方式
圖1a所示的現(xiàn)有的η型LDMOS器件在漏端20加高壓時(shí)，器件的溝道會(huì)使得耗盡區(qū)向漏端20橫向展開(kāi)，η型漂移區(qū)12與ρ型襯底11所形成的ρη結(jié)又使得耗盡區(qū)向ρ型襯底10縱向展開(kāi)。漂移區(qū)12的摻雜濃度越大，耗盡區(qū)的橫向和縱向尺寸越小。如漂移區(qū) 12采用高濃度摻雜，則在發(fā)生雪崩擊穿時(shí)還不能全部耗盡漂移區(qū)12。漂移區(qū)12中靠近漏端20位置的表面區(qū)域?qū)⒉荒鼙缓谋M，即圖1b中的斜向延展區(qū)域。該區(qū)域使得漂移區(qū)的等效長(zhǎng)度小于漂移區(qū)的物理長(zhǎng)度，使得漂移區(qū)的電場(chǎng)過(guò)于集中，大幅度增加漂移區(qū)12的電場(chǎng)強(qiáng)度，最終使器件的擊穿電壓較低。
請(qǐng)參閱圖2a，這是本申請(qǐng)階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件的示意圖。其與現(xiàn)有的LDMOS 器件的區(qū)別僅在于漂移區(qū)12的上表面具有階梯狀形貌，且從溝道到漏端方向漂移區(qū)12的厚度遞減，使得LDMOS器件工作時(shí)漂移區(qū)12總是完全被耗盡。所述溝道是指柵氧化層13下方、且緊挨著柵氧化層13的P型摻雜區(qū)11。
圖2a所示的是非溝道隔離型的η型LDMOS器件，將其各部分摻雜類(lèi)型變?yōu)橄喾醇礊榉菧系栏綦x型的P型LDMOS器件。
在圖2a基礎(chǔ)上增加η阱，該η阱在ρ型襯底10中，且包圍ρ型摻雜區(qū)11和η型漂移區(qū)12，則形成了溝道隔離型的η型LDMOS器件。將其各部分摻雜類(lèi)型變?yōu)橄喾醇礊闇系栏綦x型的P型LDMOS器件。
本申請(qǐng)階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件中，所述漂移區(qū)12的最大厚度與次最大厚度的第一級(jí)臺(tái)階分界線可以是漂移區(qū)12之上的側(cè)墻15外側(cè)(遠(yuǎn)離柵氧化層13的一側(cè))，如圖4a 所示；也可以是距離所述側(cè)墻15外側(cè)一段距離(向遠(yuǎn)離柵氧化層13的方向延展)，如圖4b 所示。
所述漂移區(qū)12的最小厚度的那一級(jí)臺(tái)階的外邊界可以是漏端20內(nèi)側(cè)(靠近柵氧化層13的一側(cè))，如圖4a所示，此時(shí)漏端20的上表面與漂移區(qū)12的最大厚度齊平，同時(shí)應(yīng)保證最小厚度的那一級(jí)臺(tái)階高于或等于漏端20的下表面；也可以漏端20外側(cè)(遠(yuǎn)離柵氧化層13的一側(cè))，如圖4b所示，此時(shí)漏端20的上表面與漂移區(qū)12的最小厚度齊平。
本申請(qǐng)階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件中，漂移區(qū)12的摻雜濃度越高，漂移區(qū)12的最大厚度與次最大厚度的第一級(jí)臺(tái)階分界線越遠(yuǎn)離漏端20，且漂移區(qū)12的最大厚度與最小厚度之差也越大；反之亦然。
本申請(qǐng)所述LDMOS器件的漂移區(qū)從溝道到漏端的厚度遞減，這樣設(shè)計(jì)的目的是 靠近溝道的漂移區(qū)容易被耗盡，可使其較厚；越靠近漏端的漂移區(qū)越難被耗盡，可使其較薄；最終目的是不論漂移區(qū)的摻雜濃度有多高，均使得LDMOS器件工作時(shí)，漂移區(qū)總是能夠全部耗盡，如圖2b所示。圖2b中整個(gè)η型漂移區(qū)12均為耗盡區(qū)，這樣便實(shí)現(xiàn)了 LDMOS器件的較高的擊穿電壓。漂移區(qū)的摻雜濃度越低，耗盡區(qū)的尺寸越大，因而在高摻雜漂移區(qū)的條件下都能使漂移區(qū)完全耗盡，則低摻雜漂移區(qū)的條件下就更能使漂移區(qū)完全耗盡了。采用本申請(qǐng)階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件后，可以適當(dāng)提高漂移區(qū)的摻雜濃度，從而獲得更低的導(dǎo)通電阻。
下面以圖2a所示的非溝道隔離型η型LDMOS器件為例，介紹其制造方法的各步驟
第I步，請(qǐng)參閱圖3a，在ρ型襯底10中采用離子注入工藝形成橫向相鄰的P型摻雜區(qū)11和η型漂移區(qū)12。采用多次離子注入與退火工藝，使漂移區(qū)12的雜質(zhì)分布是從漂移區(qū)12表面到內(nèi)部呈縱向的摻雜濃度遞減，這一方面有利于實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，另一方面可幫助全部耗盡階梯形漂移區(qū)以實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓。優(yōu)選地，漂移區(qū)的摻雜濃度范圍在I X IO16 IXlO18原子每立方厘米之間。
第2步，請(qǐng)參閱圖3b，在硅片上熱氧化生長(zhǎng)或淀積一層氧化硅，在其上淀積一層多晶硅，采用光刻和刻蝕工藝形成柵氧化層13及其上的多晶硅柵極14。柵氧化層13的一端在P型摻雜區(qū)11上，另一端在η型漂移區(qū)12上，即其橫跨ρ型摻雜區(qū)11和η型漂移區(qū)12 的分界線。
第3步，請(qǐng)參閱圖3c，在硅片上淀積一層介質(zhì)材料，例如氮化硅，采用干法反刻工藝去除該層介質(zhì)材料，從而在柵氧化層13和多晶硅柵 極14的兩側(cè)由殘留的介質(zhì)材料形成側(cè)墻15。
第4步，請(qǐng)參閱圖3d，在η型漂移區(qū)12中采用光刻和刻蝕工藝形成第一溝槽16。 第一溝槽16靠近柵氧化層13的一端可以緊挨著側(cè)墻15，也可以距離側(cè)墻15有一段距離。 第一溝槽16遠(yuǎn)離柵氧化層13的那一端可以緊挨著η型漂移區(qū)12的邊界，也可以距離η型漂移區(qū)的邊界有一段距離。
第5步，請(qǐng)參閱圖3e，在第一溝槽16的遠(yuǎn)離柵氧化層13的那一端采用光刻和刻蝕工藝形成第二溝槽17，第二溝槽17的寬度小于第一溝槽16。
第6步，請(qǐng)參閱圖3f，在第二溝槽17的遠(yuǎn)離柵氧化層13的那一端采用光刻和刻蝕工藝形成第三溝槽18，第三溝槽18的寬度小于第二溝槽17。
第7步，請(qǐng)參閱圖2a，在ρ型摻雜區(qū)11中緊挨著側(cè)墻15采用離子注入工藝形成η 型重?fù)诫s源端19。由于側(cè)墻15的阻擋，η型重?fù)诫s源端19在退火工藝之后位于ρ型摻雜區(qū)11的中間位置，柵氧化層13的一端位于η型重?fù)诫s源端19之上，η型重?fù)诫s源端19與 η型漂移區(qū)12之間且在柵氧化層13之下的區(qū)域是LDMOS器件的溝道。
在η型漂移區(qū)12的遠(yuǎn)離柵氧化層13的那一端采用離子注入工藝形成η型重?fù)诫s漏端21。
在ρ型摻雜區(qū)11中遠(yuǎn)離柵氧化層13的那一端采用離子注入工藝形成P型重?fù)诫s溝道引出端21。
優(yōu)選地，重?fù)诫s源端19、重?fù)诫s漏端20的摻雜濃度在I X IO20原子每立方厘米以上。重?fù)诫s溝道引出端21的摻雜濃度可以與此相同。
所述方法的第4 6步通過(guò)三步刻蝕形成了漂移區(qū)上表面的3 4級(jí)階梯形形貌。 當(dāng)?shù)谝粶喜?6靠近柵氧化層13的一端緊挨著側(cè)墻15，為3級(jí)階梯。當(dāng)?shù)谝粶喜?6靠近柵氧化層13的一端距離側(cè)墻15有一段距離，為4級(jí)階梯。
顯然這幾步刻蝕也可改為I步刻蝕，只要第一溝槽16靠近柵氧化層13的一端距離側(cè)墻15有一段距離，仍可形成2級(jí)臺(tái)階的形貌；或者改為2步、多步刻蝕，以形成不同臺(tái)階數(shù)量的階梯形形貌。
所述方法第3步形成側(cè)墻的步驟，與第4 6步之間并無(wú)嚴(yán)格的先后順序要求，其可以放到第4 6步之后進(jìn)行，甚至穿插在第4 6步之間進(jìn)行。
所述方法第I步、第7步的離子注入之后都有退火工藝。第I步優(yōu)選為高溫爐退火工藝，第7步優(yōu)選為快速熱退火(RTA)工藝。
將上述方法的各步驟中各部分摻雜類(lèi)型、離子注入類(lèi)型變?yōu)橄喾矗礊榉菧系栏綦x型的P型LDMOS器件的制造方法?；蛘?，將第I步改為先在P型襯底10中采用離子注入工藝形成η阱(未圖示)，再在將η阱中采用離子注入工藝形成橫向相鄰的η型摻雜區(qū)11 和ρη型漂移區(qū)12。以后各步驟相同，也是非溝道隔離型的ρ型LDMOS器件的制造方法。
將上述方法的第I步改為先在ρ型襯底10中采用離子注入工藝形成η阱(未圖示)，再在將η阱中采用離子注入工藝形成橫向相鄰的ρ型摻雜區(qū)11和η型漂移區(qū)12。以后各步驟相同，即為溝道隔離型的η型LDMOS器件的制造方法。將其各步驟中各部分摻雜類(lèi)型、離子注入類(lèi)型變?yōu)橄喾醇礊闇系栏綦x型的P型LDMOS器件的制造方法。
以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件，在溝道和漏端之間具有漂移區(qū)，其特征是，所述漂移區(qū)的上表面具有階梯狀形貌，且從溝道到漏端方向漂移區(qū)的厚度遞減，使得LDMOS器件工作時(shí)漂移區(qū)總是完全被耗盡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件，其特征是，所述漂移區(qū)的最大厚度與次最大厚度的第一級(jí)臺(tái)階分界 線為漂移區(qū)之上的側(cè)墻外側(cè)、或距離所述側(cè)墻外側(cè)一段距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件，其特征是，所述漂移區(qū)的最小厚度的那一級(jí)臺(tái)階的外邊界為漏端內(nèi)側(cè)，此時(shí)漏端上表面與漂移區(qū)最大厚度的那一級(jí)臺(tái)階齊平，同時(shí)最小厚度的那一級(jí)臺(tái)階等于或高于漏端的下表面；或?yàn)槁┒送鈧?cè)，此時(shí)漏端上表面與漂移區(qū)最小厚度那一級(jí)臺(tái)階齊平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件，其特征是，漂移區(qū)的摻雜濃度越高，漂移區(qū)的最大厚度與次最大厚度的第一級(jí)臺(tái)階分界線越遠(yuǎn)離漏端，且漂移區(qū)的最大厚度與最小厚度之差也越大；反之亦然。
5.如權(quán)利要求1所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件的制造方法，其特征是，包括如下步驟第I步，在第一導(dǎo)電類(lèi)型的襯底中采用離子注入工藝形成橫向相鄰的第一導(dǎo)電類(lèi)型的摻雜區(qū)和第二導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)；第2步，在硅片上形成柵氧化層及其上的多晶硅柵極，柵氧化層橫跨摻雜區(qū)和漂移區(qū)的分界線；第3步，在柵氧化層和多晶硅柵極的兩側(cè)形成側(cè)墻；第4步，在漂移區(qū)形成第一溝槽，其靠近柵氧化層的一端緊挨側(cè)墻或距離側(cè)墻一段距離，其遠(yuǎn)離柵氧化層的一端緊挨漂移區(qū)邊界或距離漂移區(qū)邊界一段距離；重復(fù)第4步零次 多次，重復(fù)時(shí)在前一次溝槽遠(yuǎn)離柵氧化層的那一端形成本次溝槽， 且本次溝槽的寬度小于前一次溝槽；第5步，在摻雜區(qū)中的中間位置形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s源端，重?fù)诫s源端與η型漂移區(qū)之間且緊挨柵氧化層的區(qū)域是LDMOS器件的溝道；在漂移區(qū)遠(yuǎn)離柵氧化層的那一端形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s漏端；在摻雜區(qū)中遠(yuǎn)離柵氧化層的那一端形成第一導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s溝道引出端；所述第一導(dǎo)電類(lèi)型、第二導(dǎo)電類(lèi)型分別是P型、η型；或者相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第I步中，采用多次離子注入與退火工藝，使漂移區(qū)的雜質(zhì)分布是從漂移區(qū)表面到內(nèi)部呈縱向的摻雜濃度遞減。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件的制造方法，其特征是，將所述方法第I步改為在第一導(dǎo)電類(lèi)型的襯底中采用離子注入工藝形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的阱，在該阱中以離子注入工藝形成橫向相鄰的第一導(dǎo)電類(lèi)型的摻雜區(qū)和第二導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件的制造方法，其特征是，將所述方法第I步改為在第一導(dǎo)電類(lèi)型的襯底中采用離子注入工藝形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的阱，在該阱中以離子注入工藝形成橫向相鄰的第二導(dǎo)電類(lèi)型的摻雜區(qū)和第一導(dǎo)電類(lèi)型的漂移區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第I步中，漂移區(qū)的摻雜濃度范圍在IX IO16 IX IO18原子每立方厘米之間，重?fù)诫s源端和重?fù)诫s漏端的摻雜濃度在IXIO20原子每立方厘米以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第3 4步順序互換。
全文摘要
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件，在溝道和漏端之間具有漂移區(qū)，所述漂移區(qū)的上表面具有階梯狀形貌，且從溝道到漏端方向漂移區(qū)的厚度遞減，使得LDMOS器件工作時(shí)漂移區(qū)總是完全被耗盡。本申請(qǐng)還公開(kāi)了其制造方法。本申請(qǐng)階梯形漂移區(qū)的LDMOS器件可同時(shí)獲得高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻。
文檔編號(hào)H01L21/336GK103035717SQ20121026494
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者錢(qián)文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司