CN101217162B - 高压n型金属氧化物半导体管及其制备方法 - Google Patents

高压n型金属氧化物半导体管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高压N型金属氧化物半导体管，包括P型衬底，在P型衬底上设有P型阱和N型漂移区，在P型阱上设有P型接触孔、N型源及场氧化层，在N型漂移区上设有N型漏及场氧化层，其特征在于位于P型阱上方的栅氧化层部分的厚度小于位于N型漂移区上方的栅氧化层部分并由此分别形成薄栅氧化层和厚薄栅氧化层，在P型阱内设有P型杂质注入区且该P型杂质注入区位于薄栅氧化层的下面。本发明还公开了高压N型金属氧化物半导体管的制备方法。本发明有益效果在于大幅降低了鸟嘴区域热载流子注入现象，提高了器件整体寿命；保证器件开启电压、饱和电流等基本电特性和普通结构器件保持一致；具有较好的兼容性。

Description

高压N型金属氧化物半导体管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高压N型金属氧化物半导体管及其制备方法，尤其是一种减小热载流子效应的高可靠性高压N型金属氧化物半导体管及其制备方法。
背景技术
在功率集成电路中，高压驱动管通常工作在高电压条件下，其器件沟道内横向电场以及电流密度都远大于其它器件，因而热载流子效应是高压驱动管设计中不可避免的问题，也是影响器件可靠性的主要因素，尤其是电流一直在硅和二氧化硅(Si、SiO2)界面流动的横向双扩散金属氧化物半导体管(LDMOSFET)。目前对金属氧化物半导体管(MOSFET)热载流子效应的解决办法大多是针对低压器件部分的金属氧化物半导体管(MOSFET)，引入降低电场的结构，如LDD(轻掺杂漏)或DDD(双扩散漏)的器件结构以减小强电场对器件的破坏作用，延长器件寿命，但这些办法大多不适用于横向双扩散金属氧化物半导体管(LDMOSFET)。某些特定工艺中也有采用对栅氧化层进行加固，以降低产生的缺陷密度，提高器件的可靠性的办法，如在栅氧化层中掺F、Cl或用氮化硅代替二氧化硅等，但这类办法也存在有与现行普通工艺不兼容的缺点。为了从根本上解决用于高压驱动管的横向双扩散金属氧化物半导体管(LDMOSFET)的热载流子效应问题，需对传统器件结构进行优化，在不降低器件其他特性的前提下，大幅延长器件寿命，保证器件的高可靠性。本发明对常规横向双扩散金属氧化物半导体管(LDMOSFET)结构做了简单但又十分关键的优化，可以大幅度提高器件寿命，但又几乎不改变器件的其他特性。
发明内容
本发明提供一种几乎不改变器件基本电特性，但可减小热载流子效应、具有较高可靠性且与标准金属氧化物半导体工艺相兼容的高压N型金属氧化物半导体管及其制备方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的高压N型金属氧化物半导体管，包括P型衬底，在P型衬底上设有P型阱和N型漂移区，在P型阱上设有P型接触孔、N型源及场氧化层，在N型漂移区上设有N型漏及场氧化层，在P型阱、N型漂移区及部分P型衬底的上方设有栅氧化层且该栅氧化层位于N型源与N型漂移区上的场氧化层之间，在栅氧化层上设有多晶硅栅且该多晶硅栅延伸至N型漂移区上的场氧化层上，在P型阱上的场氧化层、P型接触孔、N型源、多晶硅栅、N型漂移区(2)上的场氧化层及N型漏上设有氧化层，在N型漏、N型源及P型接触孔上分别连接有金属引线，位于P型阱上方的栅氧化层部分的厚度小于位于N型漂移区上方的栅氧化层部分并由此分别形成薄栅氧化层和厚薄栅氧化层，在P型阱内设有P型杂质注入区且该P型杂质注入区位于薄栅氧化层的下面。
本发明所述高压N型金属氧化物半导体管的制备方法，首先选择P型衬底，在P型衬底上制备P型阱、N型漂移区，再进行场氧化层的制备，然后是厚栅氧化层的生长，厚栅氧化层的刻蚀并同时做薄栅氧化层区域下方的P型杂质注入区，再在P型杂质注入区上生长薄栅氧化层，然后是多晶硅栅的生长、刻蚀，接下来是源漏注入和衬底接触注入区，最后是引线孔，铝引线的制备及钝化处理。
本发明由P型衬底、P型阱、N型漂移区、源、漏、衬底接触、多晶硅栅、场氧化层、栅氧化层组成。P型阱与N型漂移区之间留有一定间距，N型漂移区盖过场氧一段距离。本发明的特征在于其栅氧由不同厚度的两部分栅氧组成，靠近源端的栅氧化层较薄，靠近鸟嘴处(沟道区与漂移区场氧化层结和区域)栅氧化层较厚。薄栅氧化层下方需做P型杂质注入，以调节器件开启电压，厚栅氧化层下方不另外做P型杂质注入。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明使用两种不同厚度的栅氧化层代替传统的单一厚度栅氧化层，以对器件热载流子效应最严重的鸟嘴区域栅氧化层进行加固，显著降低了这一区域的沟道纵向电场，从而大幅降低了该处热载流子注入现象，提高了器件整体寿命。
(2)通过对薄栅氧化层区沟道进行P型杂质注入，厚栅氧化层区不做杂质注入的办法可以保证器件开启电压、饱和电流等基本电特性和普通结构器件保持一致。另外，由于厚栅氧化层下方无杂质注入，从而避免了鸟嘴处开启电压过大，影响器件电特性的问题。
(3)本发明结构的整个工艺过程完全可以基于标准金属氧化物半导体工艺线上实现，具有较好的兼容性。避免了在栅氧化层中掺F、Cl或用氮化硅代替二氧化硅等办法存在的与现行普通工艺不兼容的缺点。
附图说明
图1是本实施例的高压N型金属氧化物半导体管结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种高压N型金属氧化物半导体管，包括P型衬底1，在P型衬底1上设有P型阱3和N型漂移区2，在P型阱3上设有P型接触孔6、N型源5及场氧化层71，在N型漂移区2上设有N型漏4及场氧化层72，在P型阱3、N型漂移区2及部分P型衬底1的上方设有栅氧化层且该栅氧化层位于N型源5与N型漂移区2上的场氧化层72之间，在栅氧化层上设有多晶硅栅8且该多晶硅栅8延伸至N型漂移区2上的场氧化层72上，在P型阱上的场氧化层71、P型接触孔6、N型源5、多晶硅栅8、N型漂移区(2)上的场氧化层72及N型漏4上设有氧化层9，在N型漏4、N型源5及P型接触孔6上分别连接有金属引线，位于P型阱3上方的栅氧化层部分的厚度小于位于N型漂移区2上方的栅氧化层部分并由此分别形成薄栅氧化层12和厚薄栅氧化层10，在P型阱3内设有P型杂质注入区11且该P型杂质注入区11位于薄栅氧化层12的下面。较高浓度P型阱仅在薄栅氧沟道区存在，使得薄栅氧区开启电压绝对值大于厚栅氧区，从而整个器件的开启电压仍然由薄栅氧部分决定，保证了器件的电学特性与与普通器件电学特性一致。
实施例2
一种高压N型金属氧化物半导体管的制备方法，首先选择P型衬底，在P型衬底上制备P型阱、N型漂移区，再进行场氧化层的制备，然后是厚栅氧化层的生长，厚栅氧化层的刻蚀并同时做薄栅氧化层区域下方的P型杂质注入区，再在P型杂质注入区上生长薄栅氧化层，然后是多晶硅栅的生长、刻蚀，接下来是源漏注入和衬底接触注入区，最后是引线孔，铝引线的制备及钝化处理。整个工艺过程完全可以基于标准外延低压金属氧化物半导体工艺线上实现。

Claims (2)

1.一种高压N型金属氧化物半导体管，包括P型衬底(1)，在P型衬底(1)上设有P型阱(3)和N型漂移区(2)，在P型阱(3)上设有P型接触孔(6)、N型源(5)及场氧化层(71)，在N型漂移区(2)上设有N型漏(4)及场氧化层(72)，在P型阱(3)、N型漂移区(2)及部分P型衬底(1)的上方设有栅氧化层且该栅氧化层位于N型源(5)与N型漂移区(2)上的场氧化层(72)之间，在栅氧化层上设有多晶硅栅(8)且该多晶硅栅(8)延伸至N型漂移区(2)上的场氧化层(72)上，在P型阱上的场氧化层(71)、P型接触孔(6)、N型源(5)、多晶硅栅(8)、N型漂移区(2)上的场氧化层(72)及N型漏(4)上设有氧化层(9)，在N型漏(4)、N型源(5)及P型接触孔(6)上分别连接有金属引线，其特征在于位于P型阱(3)上方的栅氧化层部分的厚度小于位于N型漂移区(2)上方的栅氧化层部分并由此分别形成薄栅氧化层(12)和厚薄栅氧化层(10)，在P型阱(3)内设有P型杂质注入区(11)且该P型杂质注入区(11)位于薄栅氧化层(12)的下面。
2.一种权利要求1所述高压N型金属氧化物半导体管的制备方法，其特征在于：首先选择P型衬底，在P型衬底上制备P型阱、N型漂移区，再进行场氧化层的制备，然后是厚栅氧化层的生长，厚栅氧化层的刻蚀并同时做薄栅氧化层区域下方的P型杂质注入区，再在P型杂质注入区上生长薄栅氧化层，然后是多晶硅栅的生长、刻蚀，接下来是源漏注入和衬底接触注入区，最后是引线孔，铝引线的制备及钝化处理。
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