CN101510560B - 减少热载流子效应的p型横向双扩散金属氧化物半导体管 - Google Patents
减少热载流子效应的p型横向双扩散金属氧化物半导体管 Download PDFInfo
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Abstract
一种减少热载流子效应的P型横向双扩散金属氧化物半导体管，包括：P型半导体衬底，在P型半导体衬底上面设置有N型阱区，在N型阱区上设置有P型阱区和P型掺杂半导体区，在P型阱区上设有P型源区和N型接触区，在P型掺杂半导体区上设有P型漏区，而场氧化层，金属层，栅氧化层，多晶硅栅以及氧化层设置在所述器件的上表面，其特征在于在N型阱区内设有轻掺杂浅P型区，所述的轻掺杂浅P型区位于P型阱区与P型掺杂半导体区之间，且轻掺杂浅P型区覆盖栅氧化层与P型掺杂半导体区形成的拐角。
Description
技术领域
本发明涉及功率半导体器件领域，更具体的说，是关于一种用于减少热载流子效应的P型横向双扩散金属氧化物半导体管(LDMOS)。
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，尤其是对于电流一直在硅和二氧化硅界面流动的横向双扩散金属氧化物半导体管，由于热载流子效应引起的失效问题就更加严重。
目前，针对高压横向双扩散金属氧化物半导体管的热载流子效应的解决办法大多是沿用低压器件部分的金属氧化物半导体管(MOS)的解决方法，引入降低电场的结构(如双扩散漏的器件结构等等)，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。
某些特定工艺中也有采用对栅氧化层进行加固的方法，以降低产生的缺陷密度，减少器件的热载流子效应，提高器件的可靠性。比如在栅氧化层中掺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，延长器件寿命，保证器件的高可靠性。
发明内容
本发明提供一种减少热载流子效应的P型横向双扩散金属氧化物半导体管，本发明能够减少器件的热载流子效应，提高器件寿命，而且几乎不改变器件的击穿电压、导通电阻和漏极电流等其他特性。
本发明采用如下技术方案：
一种减少热载流子效应的P型横向双扩散金属氧化物半导体管，包括：P型半导体衬底，在P型半导体衬底上面设置有N型阱区，在N型阱区上设置有P型阱区和P型掺杂半导体区，在P型阱区上设有P型源区和N型接触区，在P型掺杂半导体区上设有P型漏区，在P型阱区的表面设有栅氧化层且栅氧化层自N型阱区延伸至N型阱区和P型掺杂半导体区，在P型阱区表面的P型源区、N型接触区和栅氧化层的以外区域及P型掺杂半导体区表面的P型漏区以外区域设有场氧化层，在栅氧化层的上表面设有多晶硅栅且多晶硅栅延伸至场氧化层的表面，在场氧化层、N型接触区、P型源区、多晶硅栅及P型漏区的表面设有氧化层，在P型源区、N型接触区、多晶硅栅和P型漏区上分别连接有金属层，在N型阱区内设有轻掺杂浅P型区，所述的轻掺杂浅P型区位于P型阱区与P型掺杂半导体区之间，且轻掺杂浅P型区覆盖栅氧化层与P型掺杂半导体区形成的拐角。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的结构在栅氧化层的下方、紧靠P型掺杂半导体区边沿的位置设置有一个轻掺杂浅P型区，由于轻掺杂浅P型区的引入，使得紧靠栅氧化层下方的N型阱区到P型掺杂半导体区的浓度梯度降低，减小了栅氧化层下方的P型掺杂半导体区附近的电场强度，从而也就减少了热载流子注入到氧化层，相应的氧化层充电可以减小，器件由于热载流子效应造成的损伤降低，器件寿命增加。参照附图3，在加入轻掺杂浅P型区以后，栅氧化层下方的P型掺杂半导体区附近的电场强度明显降低，而且随着轻掺杂浅P型区的宽度的增加(Ld为轻掺杂浅P型区的宽度)，电场强度降低的越明显。
(2)本发明的结构在栅氧化层的下方、紧靠P型掺杂半导体区边沿的位置设置有一个轻掺杂浅P型区，由于轻掺杂浅P型区的引入，可以有效的减少栅氧化层下方的P型掺杂半导体区附近的热载流子温度。参照图4，可以看到，在加入轻掺杂浅P型区以后，栅氧化层下方的P型掺杂半导体区附近的热载流子的温度明显减低，而且随着轻掺杂浅P型区的宽度的增加(Ld为轻掺杂浅P型区的宽度)，热载流子的温度减低越明显。
(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。
(4)本发明结构在有效地抑制P型横向双扩散金属氧化物半导体管的热载流子效应的基础上，几乎没有改变器件的击穿电压、导通电阻和漏极电流等其他特性。
附图说明
图1是没有加轻掺杂浅P型区13的N型横向双扩散金属氧化物半导体管的结构示意图。
图2是加了轻掺杂浅P型区13的N型横向双扩散金属氧化物半导体管的结构示意图。
图3是没有加轻掺杂浅P型区13的N型横向双扩散金属氧化物半导体管及加了轻掺杂浅P型区13且宽度分别为1微米和2微米的N型横向双扩散金属氧化物半导体管沿着硅和二氧化硅界面的纵向电场大小比较图，其中，Ld为轻掺杂浅P型区13的宽度。
图4是没有加轻掺杂浅P型区13的N型横向双扩散金属氧化物半导体管及加了轻掺杂浅P型区13且宽度分别为1微米和2微米的N型横向双扩散金属氧化物半导体管沿着硅和二氧化硅界面的热载流子温度比较图，其中，Ld为轻掺杂浅P型区13的宽度。
具体实施方式
参照图2，一种减少热载流子效应的P型横向双扩散金属氧化物半导体管，包括：P型半导体衬底9，在P型半导体衬底9上面设置有N型阱区10，在N型阱区10上设置有P型阱区8和P型掺杂半导体区11，在P型阱区8上设有P型源区6和N型接触区7，在P型掺杂半导体区11上设有P型漏区12，在P型阱区8的表面设有栅氧化层3且栅氧化层3自P型阱区8延伸至N型阱区10和P型掺杂半导体区11，在P型阱区8表面的P型源区6、N型接触区7和栅氧化层3的以外区域及P型掺杂半导体区11表面的P型漏区12以外区域设有场氧化层1，在栅氧化层3的上表面设有多晶硅栅4且多晶硅栅4延伸至场氧化层1的表面，在场氧化层1、N型接触区7、P型源区6、多晶硅栅4及P型漏区12的表面设有氧化层5，在P型源区6、N型接触区7、多晶硅栅4和P型漏区12上分别连接有金属层2，在N型阱区10内设有轻掺杂浅P型区13，所述的轻掺杂浅P型区13位于P型阱区8与P型掺杂半导体区11之间，且轻掺杂浅P型区13覆盖栅氧化层3与P型掺杂半导体区11形成的拐角。
本实施例还采用如下技术措施来进一步提高本发明的性能：
轻掺杂浅P型区13的宽度不超过2微米。
轻掺杂浅P型区13的深度为P型掺杂半导体区11深度的0.4至0.6倍。
本发明采用如下方法来制备：
1、选择P型衬底，并在P型衬底上生长一层N型外延，然后是P型阱、P型掺杂半导体区和轻掺杂浅P型区注入。
2、接下来进行场氧化层的制备，然后是厚栅氧化层的生长，然后是厚栅氧的刻蚀并同时做薄栅氧区域的P型杂质注入，然后是薄栅氧化层的生长，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)
1.一种减少热载流子效应的P型横向双扩散金属氧化物半导体管，包括：P型半导体衬底(9)，在P型半导体衬底(9)上面设置有N型阱区(10)，在N型阱区(10)上设置有P型阱区(8)和P型掺杂半导体区(11)，在P型阱区(8)上设有P型源区(6)和N型接触区(7)，在P型掺杂半导体区(11)上设有P型漏区(12)，在P型阱区(8)的表面设有栅氧化层(3)且栅氧化层(3)自P型阱区(8)延伸至N型阱区(10)和P型掺杂半导体区(11)，在P型阱区(8)表面的P型源区(6)、N型接触区(7)和栅氧化层(3)的以外区域及P型掺杂半导体区(11)表面的P型漏区(12)和栅氧化层(3)以外区域设有场氧化层(1)，在栅氧化层(3)的上表面设有多晶硅栅(4)且多晶硅栅(4)延伸至P型掺杂半导体区(11)的场氧化层(1)的表面，在场氧化层(1)、N型接触区(7)、P型源区(6)、多晶硅栅(4)及P型漏区(12)的表面设有氧化层(5)，在P型源区(6)、N型接触区(7)、多晶硅栅(4)和P型漏区(12)上分别连接有金属层(2)，其特征在于在N型阱区(10)内设有轻掺杂浅P型区(13)，所述的轻掺杂浅P型区(13)位于P型阱区(8)与P型掺杂半导体区(11)之间，且轻掺杂浅P型区(13)覆盖栅氧化层(3)与P型掺杂半导体区(11)形成的拐角，所述轻掺杂浅P型区(13)的深度为P型掺杂半导体区(11)深度的0.4至0.6倍。
2.根据权利要求1所述的减少热载流子效应的P型横向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于轻掺杂浅P型区(13)的宽度不超过2微米。
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