一種高壓mos器件的製作方法

2023-10-10 07:17:04

專利名稱：一種高壓mos器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及高壓MOS器件，尤其涉及一種高壓MOS器件。
技術背景高壓MOS器件的應用越來越廣泛。評價高壓器件的性能一般包括三個指 標擊穿電壓，導通電阻和開關速度；評價高壓器件的可靠性一般包括兩個指 標安全工作區和熱電子注入引起的性能退化。LDMOS (側面擴散電晶體，Laterally Difftised Metal Oxide Semiconductor) 是SOI高壓智能功率集成電路的核心器件，近年來成為半導體功率器件研究的一 個熱點。LDMOS結構的耐壓取決於器件的橫向耐壓和縱向耐壓中的較小者。器 件的橫向耐壓可以採用和體矽器件相同的技術來進行改善，如場板技術。場板結 構是指柵電極向漏極延伸的結構。該電極結構能夠減輕電流崩塌,減緩電場向柵 電極集中，因此實現了高耐壓化。圖1給出了已有的三種高壓MOS器件的結構。其中圖1 (a)是普通的 LDMOS，圖1 (b)是利用柵極多晶矽13作為場板的LDMOS,這種結構提高 了擊穿電壓，降低了導通電阻，缺點是速度不快，安全工作區較小。圖1 (c)是場板17和源極11聯接在一起的MOS器件，這種結構同樣提 高了擊穿電壓，速度不受影響，缺點是增加了導通電阻。發明內容本發明的目的在於提供一種改進的高壓MOS器件，其可以有效提高器件性扭 犯-為實現上述目的，本發明提供一種高壓MOS器件，其至少包括柵極、源極 及漂移區，其中，該器件還包括至少兩個場板，所述場^反相互間隔一段距離分 布在漂移區的上表面，與柵極最近的場板與源極相連接，另一個場板與柵極相連。兩個場板均由多晶矽層構成，厚度與柵極的多晶矽層厚度一樣。 兩個場板的長度可以相同或不同。場板的長度取決於漂移區的摻雜程度，漂移區摻雜越低，場板越長，場板 的長度範圍不超過漂移區長度的三分之一。場板長度介於漂移區長度的六分之一到四分之一之間。兩個場板的間隔距離範圍取決於漂移區摻雜及工作狀態，不超過漂移區長 度的五分之一，漂移區摻雜越低要求兩個場板間隔距離越遠。與柵極最近的 一個場板與柵極的間隔距離情況取決於漂移區摻雜程度，該 間隔距離不超過漂移區長度的五分之一。與現有技術相比，本發明的器件提高了擊穿電壓，降低了導通電阻，器件 速度不受影響，安全工作區較大。


通過以下對本發明一實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解其發明的目的、具體結構特徵和優點。其中，附圖為圖1是現有技術高壓MOS器件的結構示意圖。 圖2是本發明高壓MOS器件的結構示意圖。
具體實施方式
本發明提出一種高壓MOS器件，請參閱圖2，該器件至少包括源極ll、柵 極13、漂移區15、第一場板17及第二場板19。第一場板17和第二場板19均由多晶矽層構成，厚度與柵極13的多晶矽層厚度一樣，且相互間隔一^a^巨離分布在漂移區15的上表面。其中，與柵極13最近的第一場板17與源極11相連 接，第二場板19與柵極13相連。兩個場板17和19的長度L1和L2可以相同或不同，長度L1和L2的範圍 為工藝允許的最小值至漂移區15長度LS的三分之一左右，具體可根據不同的 高壓MOS器件選擇不同的長度，範圍從1微米到100微米之間。兩個場板17和19的長度L1和L2的最佳值與漂移區15的摻雜及工作狀態有關，漂移區15摻雜越低要求場板17和19越長，在本發明較佳實施例中，第 一場板17和第二場板19的長度Ll和L2的最佳取值範圍均為漂移區15長度 LS的六分之一到四分之一。第一場板17和第二場板19的間隔距離範圍從工藝允許的最小值至漂移區 15長度LS的五分之一。第一場板17和第二場板19的間隔距離的根據漂移區 15摻雜及工作狀態來確定。 一般來說，漂移區15摻雜越低要求兩個場板17和 19間隔距離越遠，在本發明較佳實施例中，第一場板17和第二場板19間隔距 離為0.2到0.6 4效米之間。第一場板17與柵極13的間隔距離情況與兩個場板17和19間隔距離相同， 取決於漂移區15摻雜及工作狀態，其範圍從工藝允許的最小值至漂移區15長 度LS的五分之一。在本發明最佳實施例中，本發明的漂移區15長度LS為1.6微米，兩個場板 的17和19長度L1和L2均為0.2微米；第一場板17與第二場板19，第一場板 17與柵極13的間隔均為0.25微米本發明通過實驗驗證本發明的器件結構使電場分布更加均勻。如果漂移區 15上加一個場板17，根據二維的泊松方程，場板17兩個邊緣的電場比中間的 電場會強一些，電場分布成U字型。如果有兩個場板17和19並排分布，電場 就會呈波浪型W分布。如果沒有場板的話，電場分布就成了A型。綜上所述， 可以看出本發明器件的電場分布更加均勻，從而提高了擊穿電壓。本發明的器件較現有^^支術另外一個優化的性能，即大電流狀態下漂移區15 的電場峰值最小。電場峰值最小的關鍵在於多了一個與柵極13相連的第二場板 19。在導通狀態下柵極13加高電壓，第二場板19下面形成了一個電子的累積 層，降^f氐了導通電阻，同時抑制了導致漂移區15最右端電場上升的科爾刻效應 (Kirk效應)。電場峰值從溝道附近轉移到漂移區15的另一端。本發明的電場 峰值最小，從而降低了碰撞離化以及由此引起的村底電流和熱電子注入，擴大 了器件的安全工作區和可靠性。表1是一種典型工藝條件下三種器件的模擬測試結果。表1中現有技術一，、 現有技術二以及現有技術三分別對應圖1 (a)、圖1 (b)以及圖1 (c)所示的 高壓MOS器件。圖1 (b)中那個場板13的長度為0.4微米，圖1 (c)場板17的長度Ll是0.2微米，柵極13與場板17之間的間隔是0.25微米。其中四個高壓MOS器件的漂移區長度LS均為L6um,工作電壓V加為30 伏。本發明的高壓MOS器件中，第一場板17與4冊極13、第一場板17與第二場 板19之間的距離都是0.25微米，第一場板17與第二場板19的長度L1和L2都 是0.2微米。可以看出，本發明器件的襯底電流最小，說明該器件的安全工作區 域最大。表1器件結構擊穿電壓 (伏特V)飽和電流 (微安/微米)襯底電流 (微安/微米)現有技術一 圖1 (a)4043821現有技術二圖1 (b)5051538現有技術三圖1 (c)4840218本發明的器件565087本發明的高壓MOS器件利用源極11和漂移區15上連接的多晶矽形成一個 場板17，同時在漂移區15上多形成了一個場板19與初f極13相連。本發明的器 件提高了擊穿電壓，降低了導通電阻，器件速度不受影響，安全工作區較大。
權利要求
1、一種高壓MOS器件，其至少包括柵極、源極及漂移區，其特徵在於該器件還包括至少兩個場板，所述場板相互間隔一段距離分布在漂移區的上表面，與柵極最近的場板與源極相連接，另一個場板與柵極相連。
2、 如權利要求1所述的一種高壓MOS器件，其特徵在於兩個場板均由多晶 矽層構成，厚度與柵極的多晶矽層厚度一樣。
3、 如權利要求1所述的一種高壓MOS器件，其特徵在於兩個場板的長度可 以相同或不同。
4、 如權利要求3所述的一種高壓MOS器件，其特徵在於場板的長度取決於 漂移區的摻雜程度，漂移區摻雜越低，場板越長，場板的長度範圍不超過漂移 區長度的三分之一。
5、 如權利要求4所述的一種高壓MOS器件，其特徵在於場板長度介於漂移 區長度的六分之一到四分之一之間。
6、 如權利要求1所述的一種高壓MOS器件，其特徵在於兩個場板的間隔距 離範圍取決於漂移區摻雜及工作狀態，不超過漂移區長度的五分之一，漂移區 摻雜越低則兩個場板間隔距離越遠。
7、 如權利要求6所述的一種高壓MOS器件，其特徵在於兩個場板的間隔距 離為0.2到0.6樣t米之間。
8、 如權利要求1所述的一種高壓MOS器件，其特徵在於與柵極最近的一個 場板與柵極的間隔距離情況取決於漂移區摻雜程度，該間隔距離不超過漂移區 長度的五分之一。
全文摘要
本發明提供一種高壓MOS器件，其至少包括柵極、源極及漂移區，其中，該器件還包括至少兩個場板，所述場板相互間隔一段距離分布在漂移區的上表面，與柵極最近的場板與源極相連接，另一個場板與柵極相連。兩個場板均由多晶矽層構成，厚度與柵極的多晶矽層厚度一樣。兩個場板的長度可以相同或不同。場板的長度取決於漂移區的摻雜程度，漂移區摻雜越低，場板越長，場板的長度範圍不超過漂移區長度的三分之一。場板長度介於漂移區長度的六分之一到四分之一之間。與現有技術相比，本發明的器件提高了擊穿電壓，降低了導通電阻，器件速度不受影響，安全工作區較大。
文檔編號H01L29/78GK101217160SQ200710173568
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月28日 優先權日2007年12月28日
發明者俊 王 申請人:上海宏力半導體製造有限公司