高壓ldmos器件及其製造方法
2023-05-12 22:31:06 1
專利名稱：高壓ldmos器件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,橫向擴散MOS電晶體)器件。
背景技術：
請參閱圖1，在矽襯底10上形成有多個LDMOS器件，每個LDMOS器件四周都被隔離結構11所包圍，而與其他LDMOS器件相隔離。圖1示意性地在其左半部分A顯示了一種現有的高壓LDMOS器件，在其右半部分B顯示了一種現有的低壓LDMOS器件。每個LDMOS器件都是在矽襯底10中具有埋層12，埋層12之上為外延層10a，在外延層IOa中具有阱區13和漂移區14。在隔離結構11之上、以及漂移區14的部分表面區域都具有二氧化矽15作為場氧隔離結構(或淺槽隔離結構)。高壓LDMOS區域A的矽襯底10之上具有一層較厚的柵氧化層16。低壓LDMOS區域B的矽襯底10之上具有一層較薄的柵氧化層17。每個LDMOS器件在柵氧化層16(或17)之上都具有多晶矽柵極21。多晶矽柵極21的一端在漂移區14中的二氧化矽15之上，另一端在阱區13之上的柵氧化層16 (或17)之上。由於漂移區14中的二氧化矽15凸出於矽片表面，因此多晶矽柵極21都呈臺階狀。漂移區14中且緊鄰二氧化矽15遠離多晶矽柵極21的一側具有一個重摻雜區作為漏極23。阱區13中且在多晶矽柵極21的另一端外側具有兩個重摻雜區分別作為襯底引出區24和源極22。高壓LDMOS器件和低壓LDMOS器件往往是在同一片矽片上一起生產製造。所述「高壓」、「低壓」並非指源漏極之間的耐壓，而是針對柵極而言。圖1所示的高壓LDMOS器件和低壓LDMOS器件一起製造的方法包括如下步驟:第I步，請參閱圖2a，矽片10上已通過隔離結構11完成了各個LDMOS器件之間的隔離，每個LDMOS器件的形成區域A(或B)中都已通過外延、離子注入、退火等工藝形成了外延層10a、埋層12、阱區13和漂移區14。所述埋層12在矽襯底10和外延層IOa之間，而阱區13、漂移區14在外延層IOa中。在隔離結構11的上方以及漂移區14的部分表面上有二氧化矽15作為場氧隔離結構(或淺槽隔離結構)。第2步，請參閱圖2b，在整個矽片熱氧化生長一層二氧化矽16，該層二氧化矽16直接作為高壓LDMOS區域A的厚柵氧化層。二氧化矽15與二氧化矽16，在相接觸的區域融為一體。但為清楚表明不同步驟製造，圖2b中仍有分界，其餘各幅圖的處理方式與此相同。第3步，請參閱圖2c，採用光刻工藝，使光刻膠20覆蓋高壓LDMOS區域A，而低壓LDMOS區域B未被光刻膠20覆蓋。再採用刻蝕工藝，將低壓LDMOS區域B中所氧化的二氧化矽16去除掉。這一步的刻蝕也可能會將二氧化矽15刻蝕掉一定的厚度。第4步，請參閱圖2d，在整個矽片表面暴露出矽的區域——就是低壓LDMOS區域B中除二氧化矽15以外的區域，通過熱氧化生長工藝形成一層二氧化矽17，該層二氧化矽17直接作為低壓LDMOS區域B的薄柵氧化層。
第5步，請參閱圖1，在每個LDMOS器件的形成區域A(或B)中，通過多晶矽澱積、光刻和刻蝕工藝在柵氧化層16(或17)之上形成多晶矽柵極21。並且多晶矽柵極21的一端在漂移區14的二氧化矽15之上，另一端在阱區13之上。通過離子注入、退火工藝在阱區13中形成源區22和襯底引出區24，在漂移區14中形成漏區23。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種具有較高耐壓能力的的高壓LDMOS器件。為此，本發明還要提供所述高壓LDMOS器件的製造方法。為解決上述技術問題，本發明高壓LDMOS器件包括有漂移區和柵極，在漂移區中具有二氧化矽作為場氧隔離結構或淺槽隔離結構；所述場氧隔離結構的上表面的中間部分具有一個下凹部；該場氧隔離結構因此橫向分為第一端部、中間凹陷部和第二端部；所述柵極呈η形即中間高兩邊低；中間高的部分在所述場氧隔離結構的一個端部之上，一端低的部分在所述場氧隔離結構的中間凹陷部之上，另一端低的部分在柵氧化層之上。所述高壓LDMOS器件單獨製造的方法包括如下步驟:第I步，形成高壓LDMOS器件的埋層、阱區、漂移區和場氧隔離結構或淺槽隔離結構，其中在漂移區的部分表面上具有一個場氧隔離結構或淺槽隔離結構；第2步，在整個矽片熱氧化生長一層二氧化矽作為高壓LDMOS器件的柵氧化層；第3步，採用光刻和刻蝕工藝，將漂移區中的場氧隔離結構的中間部分刻蝕掉一部分，形成一個下凹部；該漂移區中的場氧隔離結構因此橫向分為第一端部、中間凹陷部和第二端部；第4步，形成多晶矽柵極、源極、漏極和襯底引出區；其中多晶矽柵極呈η形即中間高兩頭低，中間高的部分在漂移區中的場氧隔離結構的一端部之上，一端低的部分在在漂移區中的場氧隔離結構的中間凹陷部之上，另一端低的部分在柵氧化層之上。所述高壓LDMOS器件與低壓LDMOS器件一起製造的方法包括如下步驟:第I步，矽片上已通過隔離結構完成了各個LDMOS器件之間的隔離，且已形成每個LDMOS器件的外延層、埋層、阱區、漂移區和場氧隔離結構或淺槽隔離結構；其中在漂移區的部分表面上具有一個場氧隔離結構或淺槽隔離結構；第2步，在整個矽片熱氧化生長一層二氧化矽作為高壓LDMOS區域的柵氧化層；第3步，採用光刻和刻蝕工藝，將高壓LDMOS區域中漂移區中的場氧隔離結構的中間部分去除掉一部分、以及將低壓LDMOS區域於第2步所氧化的二氧化矽全部去除掉；第4步，在整個矽片表面暴露出矽的區域熱氧化生長一層二氧化矽作為低壓LDMOS區域的柵氧化層；第5步，形成各個LDMOS器件的多晶矽柵極、源極、漏極和襯底引出區；其中高壓LDMOS區域中的多晶矽柵極呈η形即中間高兩頭低，中間高的部分在漂移區中的場氧隔離結構的一端部之上，一端低的部分在在漂移區中的場氧隔離結構的中間凹陷部之上，另一端低的部分在柵氧化層之上。本發明高壓LDMOS器件在不影響原先整體布局且不增加任何成本的前提下，利用多晶矽柵極對輕摻雜漏區的電場調節作用，通過調整漂移區之上的二氧化矽的形貌(m形)和柵極的形貌(η形)，減薄了多晶矽柵極一端下方的絕緣層厚度，從而增強了多晶矽柵極對漂移區的電荷感應，使得表面耗盡區展寬，電場分布減弱，最終實現高壓LDMOS器件源漏間耐壓能力的提聞。本發明高壓LDMOS器件可以與低壓LDMOS器件一起製造，這種情況下完全兼容於現有工藝步驟，幾乎不增加任何成本。本發明高壓LDMOS器件也可以單獨製造，從而滿足各種其他需要。
圖1是現有的高壓LDMOS器件的剖面圖；圖2a 圖2d是現有的高壓LDMOS器件和低壓LDMOS器件一起製造的各步驟剖面圖；圖3是本發明高壓LDMOS器件的剖面圖；圖4a 圖4b是本發明高壓LDMOS器件和低壓LDMOS器件一起製造的各步驟剖面圖。圖中附圖標記說明:10為矽襯底；10a為外延層；11為隔離結構；12為埋層；13為阱區；14為漂移區；15為二氧化矽(場氧隔離結構、或淺槽隔離結構);16為厚柵氧化層；17為薄柵氧化層；20為光刻膠；21為多晶矽柵極；22為源極；23為漏極；24為襯底引出區；A為高壓LDMOS區域；B為低壓LDMOS區域。
具體實施例方式請參閱圖3，在矽襯底10上形成有多個LDMOS器件，每個LDMOS器件四周都被隔離結構11所包圍，而與其他LDMOS器件相隔離。圖3示意性地在其左半部分A顯示了本發明高壓LDMOS器件，在其右半部分B顯示的仍為現有的低壓LDMOS器件。此處所述「高壓」、「低壓」並非指源漏極之間的耐壓，而是針對柵極而言。本發明高壓LDMOS器件是在高壓LDMOS區域A內形成的，具體結構包括:在矽襯底10中具有埋層12，埋層12之上為外延層10a。在外延層IOa中具有阱區13和漂移區14。在隔離結構11之上具有二氧化矽15a，在漂移區14的部分表面之上具有二氧化矽15b，均作為場氧隔離結構(或淺槽隔離結構)。其中在二氧化矽15b的上表面的中間部分具有一個下凹部。這樣該二氧化矽15b橫向可分為正常厚度的第一端部、小於正常厚度的中間凹陷部、正常厚度的第二端部。在矽襯底10之上具有一層柵氧化層16。在柵氧化層16和二氧化矽15b之上為多晶矽柵極21，多晶矽柵極21大致呈η形，即中間高兩邊低。多晶矽柵極21中間高的部分在二氧化矽15b的第一端部之上，一端低的部分在二氧化矽15b的中間凹陷部之上，另一端低的部分在阱區13之上的柵氧化層16之上。漂移區14中且緊鄰二氧化矽15b遠離多晶矽柵極21的那一側具有一個重摻雜區作為漏極23。阱區13中且在多晶矽柵極21的另一端外側具有兩個重摻雜區分別作為襯底引出區24和源極22。圖3所示的本發明高壓LDMOS器件中，漂移區14中的二氧化矽15b的第一端部和第二端部的寬度優選為0.4 μ m。在漂移區之上的二氧化矽包括柵氧化層16，還包括場氧隔離結構(或淺槽隔離結構)15b，由於兩者為同一材質實際上是融為一體的。高壓LDMOS器件的漂移區上方的二氧化矽呈m形，即橫向分為柵氧化層(最低)、場氧隔離結構的第一端部(最高)、場氧隔離結構的中間凹陷部、場氧隔離結構的第二端部(最高)、柵氧化層(最低)。這種特殊的形貌增強了其上形成的η形多晶矽柵極21對漂移區14的電荷感應，從而實現了本發明高壓LDMOS器件的源漏耐壓能力的提高，比相同尺寸的現有LDMOS器件可提高I 5V的崩潰電壓。圖3所示的本發明高壓LDMOS器件可以單獨製造，也可以和低壓LDMOS器件一起製造，後者更為經濟，其具體包括如下步驟:第I步，請參閱圖2a，矽片10上已通過隔離結構11完成了各個LDMOS器件之間的隔離，每個LDMOS器件的形成區域A(或B)中都已通過外延、離子注入、退火等工藝形成了外延層10a、埋層12、阱區13和漂移區14。所述埋層12在矽襯底10和外延層IOa之間，而阱區13、漂移區14在外延層IOa中。在隔離結構11的上方以及漂移區14的部分表面上有二氧化矽15作為場氧隔離結構(或淺槽隔離結構)。第2步，請參閱圖2b，在整個矽片熱氧化生長一層二氧化矽16，該層二氧化矽16作為高壓LDMOS區域A的厚柵氧化層。這一步可能也會使漂移區14中的二氧化矽15b的厚度略有增加，但幾乎不明顯。第3步，請參閱圖4a，採用光刻工藝，使光刻膠20覆蓋高壓LDMOS區域A，但暴露出高壓LDMOS區域A中漂移區14中的二氧化矽15b的中間部分，而低壓LDMOS區域B完全未被光刻膠20覆蓋。再採用刻蝕工藝，將高壓LDMOS區域A中漂移區14中的二氧化矽15b的中間部分、以及低壓LDMOS區域B中所氧化的二氧化矽16去除掉。從而在二氧化矽15b的上表面形成一個下凹部。該二氧化矽15b也由此橫向分為正常厚度的第一端部、小於正常厚度的中間凹陷部、正常厚度的第二端部。之所以保留二氧化矽15b的第一端部、第二端部，是由於光刻膠20必須完全保護厚柵氧化層16不被刻蝕，因而邊界必須超出到二氧化矽15b —部分所致。具體邊界超出多少，取決於光刻工藝的套刻精度。優選地，二氧化矽15b的上表面被刻蝕掉的厚度約為厚柵氧化層16的兩倍，例如
為 ιοοοΑ。第4步，請參閱圖4b，在整個矽片表面暴露出矽的區域——就是低壓LDMOS區域B中的外延層IOa的表面，通過熱氧化生長工藝形成一層二氧化矽17，該層二氧化矽17直接作為低壓LDMOS區域B的薄柵氧化層。第5步，請參閱圖3，在每個LDMOS器件的形成區域A (或B)中，通過多晶矽澱積、光刻和刻蝕工藝在柵氧化層16 (或17)之上形成多晶矽柵極21。對高壓LDMOS區域A而言，多晶矽柵極21的一端在漂移區14中的二氧化矽15b的中間凹陷部之上，另一端在阱區13之上的柵氧化層16之上，大致呈中間高、兩頭低的η形。對低壓LDMOS區域B而言，多晶矽柵極仍呈臺階狀。通過離子注入、退火工藝在阱區13中形成源區22和襯底引出區24，在漂移區14中形成漏區23。上述方法的第3步中，優選採用溼法腐蝕工藝將漂移區中的場氧隔離結構的中間部分刻蝕掉一部分，同時將低壓LDMOS區域於第2步所氧化的二氧化矽全部去除掉。圖3所示的本發明高壓LDMOS器件如果單獨製造，只需將上述方法各步驟中涉及低壓LDMOS區域B的內容去除，再刪除第4步即可。此時在所述方法第3步中，可採用幹法刻蝕或溼法腐蝕工藝將漂移區中的場氧隔離結構的中間部分刻蝕掉一部分。
上述方法各步驟中，只對具有創新性的內容進行了詳細描述，其餘各種結構的製造工藝均為現有技術，不再贅述。以上僅為本發明的優選實施例，並不用於限定本發明。對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種高壓LDMOS器件，包括漂移區和柵極，在漂移區中具有二氧化矽作為場氧隔離結構或淺槽隔離結構；其特徵是，所述場氧隔離結構的上表面的中間部分具有一個下凹部；該場氧隔離結構因此橫向分為第一端部、中間凹陷部和第二端部；所述柵極呈η形即中間高兩邊低；中間高的部分在所述場氧隔離結構的一個端部之上，一端低的部分在所述場氧隔離結構的中間凹陷部之上，另一端低的部分在柵氧化層之上。
2.根據權利要求1所述的高壓LDMOS器件，其特徵是，在漂移區之上的二氧化矽包括柵氧化層，還包括場氧隔離結構或淺槽隔離結構；所述漂移區之上的二氧化矽呈m形即橫向分為柵氧化層、場氧隔離結構的第一端部、場氧隔離結構的中間凹陷部、場氧隔離結構的第二端部、柵氧化層。
3.根據權利要求1所述的高壓LDMOS器件，其特徵是，所述場氧隔離結構的第一端部、第二端部的寬度均為0.4μ m。
4.如權利要求1所述的高壓LDMOS器件單獨製造的方法，其特徵是，包括如下步驟: 第I步，形成高壓LDMOS器件的埋層、阱區、漂移區和場氧隔離結構或淺槽隔離結構，其中在漂移區的部分表面上具有一個場氧隔離結構或淺槽隔離結構； 第2步，在整個矽片氧化一層二氧化矽作為高壓LDMOS器件的柵氧化層； 第3步，採用光刻和刻蝕工藝，將漂移區中的場氧隔離結構的中間部分刻蝕掉一部分，形成一個下凹部；該漂移區中的場氧隔離結構因此橫向分為第一端部、中間凹陷部和第二端部； 第4步，形成多晶矽柵極、源極、漏極和襯底引出區；其中多晶矽柵極呈η形即中間高兩頭低，中間高的部分在漂移區中的場氧隔離結構的一端部之上，一端低的部分在在漂移區中的場氧隔離結構的中間凹陷部之上，另一端低的部分在柵氧化層之上。
5.根據權利要求4所述的高壓LDMOS器件單獨製造的方法，其特徵是，所述方法第3步中，漂移區中的場氧隔離結構的中間部分刻蝕掉的厚度為第2步所氧化的柵氧化層的兩倍厚度。
6.如權利要求1所述的高壓LDMOS器件與低壓LDMOS器件一起製造的方法，其特徵是，包括如下步驟: 第I步，矽片上已通過隔離結構完成了各個LDMOS器件之間的隔離，且已形成每個LDMOS器件的外延層、埋層、阱區、漂移區和場氧隔離結構或淺槽隔離結構；其中在漂移區的部分表面上具有一個場氧隔離結構或淺槽隔離結構； 第2步，在整個矽片熱氧化生長一層二氧化矽作為高壓LDMOS區域的柵氧化層； 第3步，採用光刻和刻蝕工藝，將高壓LDMOS區域中漂移區中的場氧隔離結構的中間部分去除掉一部分、以及將低壓LDMOS區域於第2步所氧化的二氧化矽全部去除掉； 第4步，在整個矽片表面暴露出矽的區域熱氧化生長一層二氧化矽作為低壓LDMOS區域的柵氧化層； 第5步，形成各個LDMOS器件的多晶矽柵極、源極、漏極和襯底引出區；其中高壓LDMOS區域中的多晶矽柵極呈η形即中間高兩頭低，中間高的部分在漂移區中的場氧隔離結構的一端部之上，一端低的部分在在漂移區中的場氧隔離結構的中間凹陷部之上，另一端低的部分在柵氧化層之上。
7.根據權利要求6所述的高壓LDMOS器件與低壓LDMOS器件一起製造的方法，其特徵是，所述方法第3步中，漂移區中的場氧隔離結構的中間部分刻蝕掉的厚度為第2步所氧化的柵氧化層的兩倍厚度。
8.根據權利要求6所述的高壓LDMOS器件與低壓LDMOS器件一起製造的方法，其特徵是，所述方法第3步中，採用溼法腐蝕工藝將漂移區中的場氧隔離結構的中間部分刻蝕掉一部分，同時將低壓LDMOS區域於第2`步所氧化的二氧化矽全部去除掉。
全文摘要
本發明公開了一種高壓LDMOS器件，在不影響原先整體布局且不增加任何成本的前提下，利用多晶矽柵極對輕摻雜漏區的電場調節作用，通過調整漂移區中的二氧化矽的形貌為m形，柵極為n形，減薄了多晶矽柵極一端下方的絕緣層厚度，從而增強了多晶矽柵極對輕摻雜漏區的電荷感應，使得表面耗盡區展寬，電場分布減弱，最終實現高壓LDMOS器件源漏間耐壓能力的提高。本發明還公開了所述高壓LDMOS器件的製造方法，其可以與低壓LDMOS器件一起製造，這種情況下完全兼容於現有工藝步驟，幾乎不增加任何成本。
文檔編號H01L21/336GK103137692SQ20111039443
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者李亮, 吳苑 申請人:上海華虹Nec電子有限公司