漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的ldmos管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管，該LDMOS管的場(chǎng)極板分為耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，耗盡區(qū)與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區(qū)靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。本發(fā)明還公開了上述LDMOS管的制造方法。本發(fā)明通過將場(chǎng)極板分為摻雜類型不同的耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，并和柵一起構(gòu)成NPN（或PNP）結(jié)構(gòu)，使柵、漏之間的電壓差能連續(xù)分布在場(chǎng)極板的耗盡區(qū)內(nèi)，從而減少了場(chǎng)極板與漂移區(qū)尤其是漏之間的電壓差，消除了由場(chǎng)極板引起的熱載流子效應(yīng)。
【專利說明】漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在LDMOS的設(shè)計(jì)中，如何提高LDMOS管的耐壓一直是器件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。目前，提高LDMOS管耐壓的技術(shù)主要包括優(yōu)化漂移區(qū)的摻雜濃度及漂移區(qū)的尺寸，場(chǎng)極板的應(yīng)用以及用以降低表面電場(chǎng)強(qiáng)度的各種RESURF技術(shù)。其中，場(chǎng)極板技術(shù)因其技術(shù)簡(jiǎn)單，效果好，而被廣泛地應(yīng)用。場(chǎng)極板的采用有效地降低了峰值電場(chǎng)，改善了溝道及場(chǎng)氧下漂移區(qū)的電場(chǎng)分布。
[0003]目前的場(chǎng)板結(jié)構(gòu)通常是將場(chǎng)極板接一個(gè)固定電壓，例如和柵極直接相連，如圖1所示。這樣，在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，場(chǎng)極板和柵接相同的零電位，而在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)為柵的導(dǎo)通電壓。在此情況下，當(dāng)漏電壓上升到較高的工作電壓時(shí)(通常遠(yuǎn)高于導(dǎo)通情況下的柵電壓)，在漂移區(qū)會(huì)有一個(gè)連續(xù)的電壓分布，而場(chǎng)極板則是固定的與柵相同的電壓。這樣就會(huì)使場(chǎng)極板和漏之間的電壓差有一個(gè)分布，并在靠近漏的一端形成一個(gè)較高的壓差，如圖2所示。這樣，場(chǎng)板和漂移區(qū)之間就會(huì)形成較強(qiáng)的電場(chǎng)，這一電場(chǎng)的存在會(huì)對(duì)相應(yīng)的載流子產(chǎn)生一個(gè)朝向場(chǎng)板方向的牽弓I或排斥的作用。對(duì)于PLDMOS而言，在柵極電壓為零或在較低的負(fù)的柵極工作電位，而漏接較高的負(fù)的工作電位時(shí)，此電場(chǎng)便為場(chǎng)極板指向漂移區(qū)的向下的電場(chǎng)，空穴會(huì)被向下牽引，電子則被向上推動(dòng)，造成電子向場(chǎng)氧注入，被場(chǎng)氧俘獲并在場(chǎng)氧的界面處積累而形成一個(gè)電荷層，對(duì)漂移區(qū)的能帶產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響器件特性，通常對(duì)PLDMOS管會(huì)造成漂移區(qū)的電阻降低，使線性電流增加，如圖3所示。這個(gè)現(xiàn)象對(duì)由碰撞產(chǎn)生的熱電子尤為明顯。對(duì)NLDMOS則相反，電場(chǎng)方向?yàn)橛善茀^(qū)向上指向場(chǎng)板，其對(duì)載流子的作用也正好相反，并產(chǎn)生同樣的器件漂移。因此如何消除或減小場(chǎng)極板和漏之間的電壓差，降低由此產(chǎn)生的電場(chǎng)，消除熱載流子的注入效應(yīng)及由此產(chǎn)生的器件劣化，增加熱載流子壽命非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管，它的場(chǎng)極板和漂移區(qū)之間的電壓差較小，可以消除熱載流子的注入效應(yīng)，提高LDMOS管的耐壓。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管，包括有場(chǎng)極板和柵，均由連續(xù)的多晶硅構(gòu)成，柵與柵極相連，場(chǎng)極板進(jìn)一步分為耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，其中，耗盡區(qū)與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區(qū)靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二是提供上述LDMOS管的制造方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管的制造方法，在完成場(chǎng)氧和柵氧的生長(zhǎng)后，還包括以下步驟:[0008]I)淀積非摻雜的柵多晶硅；
[0009]2)進(jìn)行離子注入摻雜；
[0010]3)在柵區(qū)和場(chǎng)極板的連接區(qū)涂布光刻膠，然后顯影；
[0011]4)在柵區(qū)和場(chǎng)極板的連接區(qū)進(jìn)行離子注入摻雜，摻雜類型與步驟2)的摻雜類型相反；
[0012]5)去除光刻膠。
[0013]本發(fā)明的LDMOS管，通過將場(chǎng)極板分為耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，并和柵一起構(gòu)成NPN (或PNP)結(jié)構(gòu)，使柵、漏之間的電壓差得以連續(xù)分布在場(chǎng)極板的耗盡區(qū)內(nèi)，從而減少了場(chǎng)極板與漂移區(qū)尤其是漏之間的電壓差和載流子向場(chǎng)氧的注入，消除了由場(chǎng)極板引起的熱載流子效應(yīng)，并有效降低了場(chǎng)極板末端的電場(chǎng)強(qiáng)度，提高了 LDMOS管的耐壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是目前的PLDMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1的場(chǎng)極板結(jié)構(gòu)在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，場(chǎng)極板和漂移區(qū)之間形成強(qiáng)電場(chǎng)，牽引電子移動(dòng)的示意圖。
[0016]圖3是圖1的PLDMOS在正常情況下和在圖2所示情況下的IdVg特性曲線。
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的PLDMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)以PLDMOS管為例，并結(jié)合圖示的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的LDMOS管及其制造方法詳述如下:
[0019]如圖4所示，本實(shí)施例的PLDMOS管的柵和場(chǎng)極板由連續(xù)的多晶硅(poly)構(gòu)成；柵為N型重?fù)诫s，并與柵極相連；場(chǎng)極板分為P型多晶硅場(chǎng)極板(耗盡區(qū))和N型多晶硅場(chǎng)極板(連接區(qū))兩部分，兩部分的大小可以根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)整。其中，P型多晶硅場(chǎng)極板的摻雜類型與柵相反，為P型輕摻雜；該P(yáng)型多晶硅場(chǎng)極板與柵連接，并和柵在連接處形成一個(gè)PN結(jié)；N型多晶硅場(chǎng)極板靠近漏的一端，與漏極連接，并與柵摻雜類型相同，為N型重?fù)诫s；該N型多晶硅場(chǎng)極板與P型多晶硅場(chǎng)極板也形成一個(gè)PN結(jié)，從而整個(gè)柵與場(chǎng)極板就一起形成一個(gè)NPN的結(jié)構(gòu)。
[0020]該P(yáng)LDMOS管的制作方法是在B⑶(bipolar CMOS DM0S)工藝流程中，在完成場(chǎng)氧和柵氧的生長(zhǎng)后，進(jìn)行如下工藝步驟:
[0021]步驟I，用低壓化學(xué)氣相沉積法在整片硅片(包括柵氧和場(chǎng)氧)上淀護(hù)HOU?3000A的非摻雜的柵多晶硅。
[0022]步驟2，進(jìn)行BF2的普注(即在步驟I完成后，不用光刻膠掩模，對(duì)整片硅片進(jìn)行注入)。注入能量為3?30KeV，注入劑量為Ie13?le14/cm2。
[0023]本步驟也可以采用硼注入，能量為3?6KeV，劑量為Ie13?le14/cm2。
[0024]步驟3，在柵區(qū)及N型多晶硅場(chǎng)極板區(qū)域涂布光刻膠，然后進(jìn)行顯影。
[0025]步驟4，在柵區(qū)及N型多晶硅場(chǎng)極板區(qū)進(jìn)行磷注入，能量為10?40KeV，劑量為Ie15 ?6e15/cm2。
[0026]本步驟也可以采用砷注入，能量為20?80KeV，劑量為Ie15?6e15/cm2。[0027]步驟5，去除光刻膠，得到圖4所示結(jié)構(gòu)的PLDMOS管。
[0028]該P(yáng)LDMOS管的一端通過柵與柵極相連，另一端則通過與柵相同摻雜的場(chǎng)極板的一部分與漏相連。這樣，無論柵與漏之間的相對(duì)電壓如何變化，場(chǎng)極板都不會(huì)導(dǎo)通。而當(dāng)柵、漏之間有電壓差時(shí)，電壓差將主要在場(chǎng)極板的耗盡區(qū)(即P型多晶硅場(chǎng)極板區(qū)域)內(nèi)耗盡展開，并將電壓差連續(xù)分布在耗盡區(qū)內(nèi)。這樣，場(chǎng)極板上的電壓就具有了與漂移區(qū)相近的連續(xù)分布，場(chǎng)極板與漂移區(qū)的電壓差尤其是接近漏端的電壓差得以大幅減小，從而減少了載流子向場(chǎng)氧的注入，降低了熱載流子效應(yīng)。同時(shí)，還可以減小普通場(chǎng)極板末端的電場(chǎng)強(qiáng)度，提聞管子的擊穿電壓。
【權(quán)利要求】
1.漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管，包括場(chǎng)極板和柵，場(chǎng)極板和柵由連續(xù)的多晶硅構(gòu)成，柵與柵極相連，其特征在于，場(chǎng)極板分為耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，耗盡區(qū)與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區(qū)靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LDMOS管，其特征在于，該LDMOS管為PLDMOS管，柵和場(chǎng)極板的連接區(qū)為N型重?fù)诫s，場(chǎng)極板的耗盡區(qū)為P型輕摻雜。
3.權(quán)利要求1所述LDMOS管的制造方法，其特征在于，在完成場(chǎng)氧和柵氧的生長(zhǎng)后，還包括以下步驟: 1)淀積非摻雜的柵多晶硅； 2)進(jìn)行離子注入摻雜； 3)在柵區(qū)和場(chǎng)極板的連接區(qū)涂布光刻膠，然后顯影； 4)在柵區(qū)和場(chǎng)極板的連接區(qū)進(jìn)行離子注入摻雜，摻雜類型與步驟2)的摻雜類型相反； 5)去除光刻膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1)，用低壓化學(xué)氣相沉積法淀積柵多晶娃。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟1)，柵多晶硅厚度為1WK)?3000A。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2)，離子源為BF2或硼。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，BF2注入的能量為3?30KeV，劑量為Ie13?Ie1Vcm2 ;硼注入的能量為3?6KeV，劑量為Ie13?le14/cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟4)，離子源為磷或砷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，磷注入的能量為10?40KeV，劑量為Ie15?6e15/cm2 ;砷注入的能量為20?80KeV，劑量為Ie15?6e15/cm2。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103811544SQ201210437584
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】楊文清, 趙施華, 邢軍軍 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司