橫向擴散金屬氧化物電晶體及靜電保護架構的製作方法

2023-05-08 20:45:56

專利名稱：橫向擴散金屬氧化物電晶體及靜電保護架構的製作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路製造領域，特別是涉及一種橫向擴散金屬氧化物電晶體及靜 電保護架構。
背景技術：
隨著科技的發展，電子產品的種類越來越多，電子產品的集成電路的集成程度也 越來越高。B⑶工藝是是實現智能功率集成電路(Smart Power IC)的一項重要工藝，其特 點是可同時將互補性金屬氧化物電晶體(CMOS)、雙極型(Bipolar)電晶體以及橫向擴散金 屬氧化物電晶體(LDMOS)等功率器件集成在一起，以便將控制、模擬和功率等各種功能系 統集成在同一晶片上。在電力電子領域中，作為BCD工藝中的功率器件，橫向擴散金屬氧化 物電晶體往往需要承受高壓，甚至需要承受上千伏的超高壓。具體請參考圖1，其為現有的橫向擴散金屬氧化物電晶體的示意圖，如圖1所示， 橫向擴散金屬氧化物電晶體100包括第一類型襯底101、柵極(間極)102、第二類型輕摻雜 區103、第一類型高壓阱區104、第二類型高壓阱區105、第一類型襯底電極區106、第二類型 源極區107、第二類型漏極區108、襯底金屬電極109、源極金屬電極110、漏極金屬電極111、 柵極金屬電極112、場氧化層113。所述橫向擴散金屬氧化物電晶體用作靜電保護時，漏極 金屬電極111與柵極102的距離一般為3 4μπι。此外，現有的橫向擴散金屬氧化物電晶體100還包括自對準金屬矽化物層 (Salicide)，以降低上述各個金屬電極的接觸電阻。具體的說，所述自對準金屬矽化物層包 括第一自對準金屬矽化物層109a、第二自對準金屬矽化物層110a、第三自對準金屬矽化物 層Illa以及第四自對準金屬矽化物層112a。其中，所述第一自對準金屬矽化物層109a形 成於襯底金屬電極109與第一類型襯底電極區106之間，第二自對準金屬矽化物層IlOa形 成於源極金屬電極110與第二類型源極區107之間，第三自對準金屬矽化物層Illa形成於 漏極金屬電極111與第二類型漏極區108之間，第四自對準金屬矽化物層112a則形成於柵 極金屬電極112與柵極102之間。一般的，所述自對準金屬矽化物層是通過以下步驟形成的，首先，在第一類型襯底 101表面形成自對準阻擋層，所述自對準阻擋層具有暴露所述柵極102、第一類型襯底電極 區106、第二類型源極區107、第二類型漏極區108的開口，所述自對準阻擋層的材質可以 為富矽氧化物；接著，在所述第一類型襯底101表面沉積金屬層，所述金屬層可以是鈷、鈦 或鎳中的一種；然後，進行高溫退火工藝，以使所述金屬層與第一類型襯底101中的矽反 應，從而生成金屬矽化物層。但是，在進行高溫退火的過程中，所述金屬層極易鑽入到場氧 化層113中，會導致在進行靜電放電(ESD)測試時，形成額外的電流通道，從而嚴生電流擁 擠(current crowding)現象，降低了現有的橫向擴散金屬氧化物電晶體的靜電放電能力級 別。

發明內容
本發明提供一種橫向擴散金屬氧化物電晶體，以解決現有的橫向擴散金屬氧化物 電晶體的抗靜電能力較差的問題。本發明還提供一種靜電保護架構，所述靜電保護架構包括電阻以及與所述電阻電 連接的橫向擴散金屬氧化物電晶體，以解決現有的靜電保護架構的抗靜電能力較差的問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種橫向擴散金屬氧化物電晶體，包括第一類 型襯底；柵極，形成於所述第一類型襯底上；第二類型輕摻雜區，形成於所述第一類型襯底 中；第一類型高壓阱區，形成於所述第二類型輕摻雜區中；第二類型高壓阱區，形成於所述 第二類型輕摻雜區中；第一類型襯底電極區，形成於所述第一類型高壓阱區中；第二類型 源極區，形成於所述第一類型高壓阱區中；第二類型漏極區，形成於所述第二類型高壓阱區 中；襯底金屬電極，直接與所述第一類型襯底電極區連接；源極金屬電極，直接與所述第二 類型源極區連接；漏極金屬電極，直接與所述第二類型漏極區連接；柵極金屬電極，直接與 所述柵極連接。可選的，在所述橫向擴散金屬氧化物電晶體中，還包括形成於所述第一類型襯底 中的第二類型埋層。可選的，在所述橫向擴散金屬氧化物電晶體中，還包括形成於所述第一類型高壓 阱區中的第一類型低壓阱區，所述第一類型低壓阱區包圍所述第一類型襯底電極區和第二 類型源極區。可選的，在所述橫向擴散金屬氧化物電晶體中，還包括形成於所述第二類型高壓 阱區中的第二類型低壓阱區，所述第二類型低壓阱區包圍所述第二類型漏極區。可選的，在所述橫向擴散金屬氧化物電晶體中，還包括形成於所述第一類型襯底 上的厚場氧化層。可選的，在所述橫向擴散金屬氧化物電晶體中，所述第一類型為P型，所述第二類 型為N型。可選的，在所述橫向擴散金屬氧化物電晶體中，所述第一類型為N型，所述第二類 型為P型。可選的，在所述橫向擴散金屬氧化物電晶體中，所述漏極金屬電極與所述柵極的 距離為8 10 μ m。本發明還提供一種靜電保護架構，所述靜電保護架構包括電阻以及與所述電阻電 連接的橫向擴散金屬氧化物電晶體，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體包括第一類型襯底； 柵極，形成於所述第一類型襯底上；第二類型輕摻雜區，形成於所述第一類型襯底中；第一 類型高壓阱區，形成於所述第二類型輕摻雜區中；第二類型高壓阱區，形成於所述第二類型 輕摻雜區中；第一類型襯底電極區，形成於所述第一類型高壓阱區中；第二類型源極區，形 成於所述第一類型高壓阱區中；第二類型漏極區，形成於所述第二類型高壓阱區中；襯底 金屬電極，直接與所述第一類型襯底電極區連接；源極金屬電極，直接與所述第二類型源極 區連接；漏極金屬電極，直接與所述第二類型漏極區連接；柵極金屬電極，直接與所述柵極 連接。可選的，在所述靜電保護架構中，所述電阻大於或等於45K Ω。可選的，在所述靜電保護架構中，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體還包括形成於
5所述第一類型襯底中的第二類型埋層。可選的，在所述靜電保護架構中，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體還包括形成於 所述第一類型高壓阱區中的第一類型低壓阱區，所述第一類型低壓阱區包圍所述第一類型 襯底電極區和第二類型源極區。可選的，在所述靜電保護架構中，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體還包括形成於 所述第二類型高壓阱區中的第二類型低壓阱區，所述第二類型低壓阱區包圍所述第二類型 漏極區。可選的，在所述靜電保護架構中，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體還包括形成於 所述第一類型襯底上的厚場氧化層。可選的，在所述靜電保護架構中，所述第一類型為P型，第二類型為N型。可選的，在所述靜電保護架構中，所述第一類型為N型，第二類型為P型。可選的，在所述靜電保護架構中，所述漏極金屬電極與所述柵極的距離為8 10 μ m。可選的，在所述靜電保護架構中，所述柵極共有四個對稱的梳齒，每個所述梳齒的 長度為75 85μπι。可選的，在所述靜電保護架構中，在製作所述靜電保護架構時，使自對準阻擋層覆 蓋橫向擴散金屬氧化物電晶體的全部區域。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明提供的橫向擴散金屬氧化物電晶體省去了自對準金屬矽化物層，可避免形 成額外的電流通道，從而避免出現電流擁擠現象，提高了橫向擴散金屬氧化物電晶體的靜 電放電能力；在本發明提供的靜電保護架構中，橫向擴散金屬氧化物電晶體與電阻電連接，所 述電阻可有效的開啟洩電，從而保護所述靜電保護架構內部的橫向擴散金屬氧化物電晶體 不受損壞，提高靜電保護架構的可靠性。本發明提供的靜電保護架構，操作簡單，繼續沿用橫向擴散金屬電晶體器件，因此 只需要調整版圖結構，就可以達到經典等級Class3要求；並且，由於不需要添加新的器件， 因此也無需花費更多時間和金錢對新器件進行可靠性測試，避免由於新器件的匹配而帶來 的風險。


圖1為現有的橫向擴散金屬氧化物電晶體的示意圖；圖2為本發明實施例的橫向擴散金屬氧化物電晶體的俯視圖；圖3為本發明實施例的橫向擴散金屬氧化物電晶體的剖面圖；圖4為本發明實施例的靜電保護架構的等效電路圖。
具體實施例方式下面將結合示意圖對本發明進行更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施 例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明，而仍然實現本發明的有利效果。 因此，下列描述應當被理解為對於本領域技術人員的廣泛知道，而並不作為對本發明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細描述公知的功能 和結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開 發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的 限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜和耗費 時間的，但是對於本領域技術人員來說僅僅是常規工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面說明和權利要 求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非 精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。請參考圖2和圖3，其中，圖2為本發明實施例的橫向擴散金屬氧化物電晶體的俯 視圖，圖3為本發明實施例的橫向擴散金屬氧化物電晶體的剖面圖，所述剖面圖是沿著圖2 中X-Y虛線段切開。如圖3所示，橫向擴散金屬氧化物電晶體200包括第一類型襯底201、柵極202、第 二類型輕摻雜區203、第一類型高壓阱區204、第二類型高壓阱區205、第一類型襯底電極區 206、第二類型源極區207、第二類型漏極區208、襯底金屬電極209、源極金屬電極210、漏極 金屬電極211、柵極金屬電極212。所述柵極202形成於所述第一類型襯底201上，所述第二類型輕摻雜區203形成 於第一類型襯底201中。所述第一類型高壓阱區204形成於第二類型輕摻雜區203中，所述 第二類型高壓阱區205形成於第二類型輕摻雜區203中並位於所述第一類型高壓阱區204 的一側。所述第一類型襯底電極區206形成於第一類型高壓阱區204中，所述第二類型源 極區207同樣形成於第一類型高壓阱區204中，且所述第一類型襯底電極區206鄰近第二 類型源極區207形成。所述第二類型漏極區208形成於第二類型高壓阱區205中，且所述 第二類型源極區207與第二類型漏極區208分別形成於柵極202的兩側。所述第一類型高 壓阱區204以及第二類型輕摻雜區203分別具有一部分直接位於所述柵極202下方，以隔 開所述第二類型源極區207與第二類型漏極區208。所述襯底金屬電極209直接與第一類型襯底電極區206連接，通過所述襯底金屬 電極209可為所述第一類型襯底電極區206提供襯底電壓；所述源極金屬電極210直接與 第二類型源極區207連接，通過所述源極金屬電極210可為所述第二類型源極區207提供 源極電壓；所述漏極金屬電極211直接與第二類型漏極區208連接，通過所述漏極金屬電極 211可為所述第二類型漏極區208提供漏極電壓；所述柵極金屬電極212直接與所述柵極 202連接，通過所述柵極金屬電極212可為柵極202提供柵極電壓。經發明人長期研究發現，由於橫向擴散金屬氧化物電晶體200省去了自對準金屬 矽化物層，可避免形成額外的電流通道，從而避免出現電流擁擠現象，進而提高橫向擴散金 屬氧化物電晶體200的靜電放電能力級別。並且，由於所述橫向擴散金屬氧化物電晶體200 在靜態放電時，例如人的手指觸碰到橫向擴散金屬氧化物電晶體200的漏極時，此時人體 上的高靜態電壓施加於第二類型漏極區208上，而所述柵極202、第一類型襯底電極區206 以及第二類型源極區207接地，此時，該第二類型輕摻雜區203與第一類型高壓阱區204之 間的PN結擊穿，即可對該高靜態電壓進行放電，因此儘管省去了自對準金屬矽化物層，也 就是說未形成歐姆接觸，但是並不會影響器件的速度。
在製造用作靜電保護架構的橫向擴散金屬氧化物電晶體時，可使自對準阻擋層 (SAB)覆蓋橫向擴散金屬氧化物電晶體的全部區域，也就是說，可通過改變版圖結構，使得 自對準阻擋層完全覆蓋第一類型襯底201表面，從而避免在所述柵極202、第一類型襯底電 極區206、第二類型源極區207以及第二類型漏極區208上形成自對準金屬矽化物層。在本發明的一個具體實施例中，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體200還包括形成 於第一類型襯底201上的厚場氧化層(thick field oxide) 213，所述厚場氧化層213將第 二類型漏極區208與另一橫向擴散金屬氧化物電晶體的第一類型襯底電極區及第二類型 源極區相隔開。進一步的，橫向擴散金屬氧化物電晶體200還包括形成於所述第一類型襯底201 中的第二類型埋層(未圖示)，所述第二類型埋層可通過離子注入的方式形成，所述第二類 型埋層可減小器件內部電阻，從而增加放電電流。在本發明的一個具體實施例中，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體200還包括第一 類型低壓阱區214和第二類型低壓阱區215。所述第一類型低壓阱區214形成於第一類型 高壓阱區204中，所述第一類型低壓阱區214包圍第一類型襯底電極區206和第二類型源 極區207，所述第一類型低壓阱區214的摻雜濃度低於第一類型高壓阱區204的摻雜濃度。 所述第二類型低壓阱區215形成於第二類型高壓阱區205中，所述第二類型低壓阱區215 包圍第二類型漏極區208，所述第二類型低壓阱區215的摻雜濃度低於第二類型高壓阱區 205的摻雜濃度。通過調節所述第一類型低壓阱區214和第二類型低壓阱區215的摻雜濃 度及其位置，可調節橫向擴散金屬氧化物電晶體200靜電放電時的電流電壓(I-V)特性，進 一步提高該橫向擴散金屬氧化物電晶體200的抗靜電能力。以形成N型橫向擴散金屬氧化物電晶體為例，所述第一類型指的是P型，所述第二 類型指的是N型。然而應當認識到，在本發明其它實施例中，所述第一類型也可以為N型， 相應的，所述第二類型也可以為P型。如圖2所示，在本發明的一個具體實施例中，所述柵極202呈梳狀排列，所述柵極 202共有四個梳齒(finger)，每個梳齒的長度為75 85 μ m。優選的，每個梳齒的長度為 SOym0與現有技術形成十個或十個以上梳齒相比，本發明實施例中的梳齒較少，因此可確 保每一個梳齒均被打開，改善了不均衡導通現象，進而提高橫向擴散金屬氧化物電晶體200 的靜電放電能力。請繼續參考圖2，在本發明的一個具體實施例中，所述漏極金屬電極211與柵極 202的距離L為8 10 μ m。與現有技術相比，所述漏極金屬電極211與柵極202的距離L 較大，可增大散熱面積，進而提高器件的靜電放電能力。優選的，所述漏極金屬電極211與 柵極202的距離為9 μ m。本發明還提供一種靜電保護架構，所述靜電保護架構包括電阻以及如圖3所示的 橫向擴散金屬氧化物電晶體200，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體200的柵極(閘極)與所 述電阻串聯。優選的，所述電阻大於或等於45KΩ。在所述靜電保護架構中，所述柵極202呈梳狀排列，所述柵極202共有四個梳齒 (finger)，每個梳齒的長度為75 85 μ m。優選的，每個梳齒的長度為80 μ m。與現有技術 形成十個或十個以上梳齒相比，本發明實施例中的僅有四個對稱的梳齒，能最大限度的改 善了不均衡導通現象。
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在製作所述靜電保護架構時，可使自對準阻擋層(SAB)覆蓋整個橫向擴散金屬氧 化物電晶體(靜電保護管)的區域，也就是說，通過改變版圖結構，避免在所述柵極202、第 一類型襯底電極區206、第二類型源極區207以及第二類型漏極區208上形成自對準金屬矽 化物層，確保整個靜電保護管區域都不會形成自對準金屬矽化物層。本發明提供的靜電保護架構，操作簡單，繼續沿用橫向擴散金屬電晶體器件，只需 要調整版圖結構，就可以達到經典等級Class3要求；此外，由於本發明提供的靜電保護架 構不需要添加新的器件，因此也無需花費更多時間和金錢對新器件進行可靠性測試，避免 由於新器件的匹配而帶來的風險。具體請參考圖4，其為本發明實施例的靜電保護架構的等效電路圖。如圖4所示， 所述橫向擴散金屬氧化物電晶體200的柵極與電阻串聯，由於所述橫向擴散金屬氧化物晶 體管200串接了阻值較大的電阻，使得靜電保護架構的開啟電壓比內部的橫向擴散金屬氧 化物電晶體200小，所述阻值較大的電阻有效的開啟洩電，從而保護靜電保護架構內部的 橫向擴散金屬氧化物電晶體200不受損壞，提高靜電保護架構的可靠性。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
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權利要求
一種橫向擴散金屬氧化物電晶體，包括第一類型襯底；柵極，形成於所述第一類型襯底上；第二類型輕摻雜區，形成於所述第一類型襯底中；第一類型高壓阱區，形成於所述第二類型輕摻雜區中；第二類型高壓阱區，形成於所述第二類型輕摻雜區中；第一類型襯底電極區，形成於所述第一類型高壓阱區中；第二類型源極區，形成於所述第一類型高壓阱區中；第二類型漏極區，形成於所述第二類型高壓阱區中；襯底金屬電極，直接與所述第一類型襯底電極區連接；源極金屬電極，直接與所述第二類型源極區連接；漏極金屬電極，直接與所述第二類型漏極區連接；柵極金屬電極，直接與所述柵極連接。
2.如權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物電晶體，其特徵在於，還包括形成於所述 第一類型襯底中的第二類型埋層。
3.如權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物電晶體，其特徵在於，還包括形成於所述 第一類型高壓阱區中的第一類型低壓阱區，所述第一類型低壓阱區包圍所述第一類型襯底 電極區和第二類型源極區。
4.如權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物電晶體，其特徵在於，還包括形成於所述 第二類型高壓阱區中的第二類型低壓阱區，所述第二類型低壓阱區包圍所述第二類型漏極 區。
5.如權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物電晶體，其特徵在於，還包括形成於所述 第一類型襯底上的厚場氧化層。
6.如權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物電晶體，其特徵在於，所述第一類型為P 型，所述第二類型為N型。
7.如權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物電晶體，其特徵在於，所述第一類型為N 型，所述第二類型為P型。
8.如權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物電晶體，其特徵在於，所述漏極金屬電極 與所述柵極的距離為8 10 μ m。
9.一種靜電保護架構，包括電阻以及與所述電阻電連接的橫向擴散金屬氧化物晶體 管，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體包括第一類型襯底；柵極，形成於所述第一類型襯底上； 第二類型輕摻雜區，形成於所述第一類型襯底中； 第一類型高壓阱區，形成於所述第二類型輕摻雜區中； 第二類型高壓阱區，形成於所述第二類型輕摻雜區中； 第一類型襯底電極區，形成於所述第一類型高壓阱區中； 第二類型源極區，形成於所述第一類型高壓阱區中； 第二類型漏極區，形成於所述第二類型高壓阱區中；襯底金屬電極，直接與所述第一類型襯底電極區連接；源極金屬電極，直接與所述第二類型源極區連接；漏極金屬電極，直接與所述第二類型漏極區連接；柵極金屬電極，直接與所述柵極連接。
10.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述電阻大於或等於45ΚΩ。
11.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體 還包括形成於所述第一類型襯底中的第二類型埋層。
12.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體 還包括形成於所述第一類型高壓阱區中的第一類型低壓阱區，所述第一類型低壓阱區包圍 所述第一類型襯底電極區和第二類型源極區。
13.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體 還包括形成於所述第二類型高壓阱區中的第二類型低壓阱區，所述第二類型低壓阱區包圍 所述第二類型漏極區。
14.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述橫向擴散金屬氧化物電晶體 還包括形成於所述第一類型襯底上的厚場氧化層。
15.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述第一類型為P型，所述第二類 型為N型。
16.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述第一類型為N型，所述第二類 型為P型。
17.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述漏極金屬電極與所述柵極的 距離為8 10 μ m。
18.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，所述柵極共有四個對稱的梳齒， 每個所述梳齒的長度為75 85 μ m。
19.如權利要求9所述的靜電保護架構，其特徵在於，在製作所述靜電保護架構時，使 自對準阻擋層覆蓋橫向擴散金屬氧化物電晶體的全部區域。
全文摘要
本發明公開了一種橫向擴散金屬氧化物電晶體及靜電保護架構，該橫向擴散金屬氧化物電晶體包括第一類型襯底；柵極，形成於第一類型襯底上；第二類型輕摻雜區，形成於第一類型襯底中；第一類型高壓阱區，形成於第二類型輕摻雜區中；第二類型高壓阱區，形成於第二類型輕摻雜區中；第一類型襯底電極區，形成於第一類型高壓阱區中；第二類型源極區，形成於第一類型高壓阱區中；第二類型漏極區，形成於第二類型高壓阱區中；襯底金屬電極，直接與第一類型襯底電極區連接；源極金屬電極，直接與第二類型源極區連接；漏極金屬電極，直接與第二類型漏極區連接；柵極金屬電極，直接與柵極連接。本發明可提高橫向擴散金屬氧化物電晶體的靜電放電能力。
文檔編號H01L29/78GK101916777SQ20101022935
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月16日 優先權日2010年7月16日
發明者吳煒 申請人:中穎電子有限公司