CN101916777A - 横向扩散金属氧化物晶体管及静电保护架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种横向扩散金属氧化物晶体管及静电保护架构，该横向扩散金属氧化物晶体管包括：第一类型衬底；栅极，形成于第一类型衬底上；第二类型轻掺杂区，形成于第一类型衬底中；第一类型高压阱区，形成于第二类型轻掺杂区中；第二类型高压阱区，形成于第二类型轻掺杂区中；第一类型衬底电极区，形成于第一类型高压阱区中；第二类型源极区，形成于第一类型高压阱区中；第二类型漏极区，形成于第二类型高压阱区中；衬底金属电极，直接与第一类型衬底电极区连接；源极金属电极，直接与第二类型源极区连接；漏极金属电极，直接与第二类型漏极区连接；栅极金属电极，直接与栅极连接。本发明可提高横向扩散金属氧化物晶体管的静电放电能力。

Description

横向扩散金属氧化物晶体管及静电保护架构

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种横向扩散金属氧化物晶体管及静电保护架构。

背景技术

随着科技的发展，电子产品的种类越来越多，电子产品的集成电路的集成程度也越来越高。BCD工艺是是实现智能功率集成电路(Smart Power IC)的一项重要工艺，其特点是可同时将互补性金属氧化物晶体管(CMOS)、双极型(Bipolar)晶体管以及横向扩散金属氧化物晶体管(LDMOS)等功率器件集成在一起，以便将控制、模拟和功率等各种功能系统集成在同一芯片上。在电力电子领域中，作为BCD工艺中的功率器件，横向扩散金属氧化物晶体管往往需要承受高压，甚至需要承受上千伏的超高压。

具体请参考图1，其为现有的横向扩散金属氧化物晶体管的示意图，如图1所示，横向扩散金属氧化物晶体管100包括第一类型衬底101、栅极(闸极)102、第二类型轻掺杂区103、第一类型高压阱区104、第二类型高压阱区105、第一类型衬底电极区106、第二类型源极区107、第二类型漏极区108、衬底金属电极109、源极金属电极110、漏极金属电极111、栅极金属电极112、场氧化层113。所述横向扩散金属氧化物晶体管用作静电保护时，漏极金属电极111与栅极102的距离一般为3～4μm。

此外，现有的横向扩散金属氧化物晶体管100还包括自对准金属硅化物层(Salicide)，以降低上述各个金属电极的接触电阻。具体的说，所述自对准金属硅化物层包括第一自对准金属硅化物层109a、第二自对准金属硅化物层110a、第三自对准金属硅化物层111a以及第四自对准金属硅化物层112a。其中，所述第一自对准金属硅化物层109a形成于衬底金属电极109与第一类型衬底电极区106之间，第二自对准金属硅化物层110a形成于源极金属电极110与第二类型源极区107之间，第三自对准金属硅化物层111a形成于漏极金属电极111与第二类型漏极区108之间，第四自对准金属硅化物层112a则形成于栅极金属电极112与栅极102之间。

一般的，所述自对准金属硅化物层是通过以下步骤形成的，首先，在第一类型衬底101表面形成自对准阻挡层，所述自对准阻挡层具有暴露所述栅极102、第一类型衬底电极区106、第二类型源极区107、第二类型漏极区108的开口，所述自对准阻挡层的材质可以为富硅氧化物；接着，在所述第一类型衬底101表面沉积金属层，所述金属层可以是钴、钛或镍中的一种；然后，进行高温退火工艺，以使所述金属层与第一类型衬底101中的硅反应，从而生成金属硅化物层。但是，在进行高温退火的过程中，所述金属层极易钻入到场氧化层113中，会导致在进行静电放电(ESD)测试时，形成额外的电流通道，从而严生电流拥挤(current crowding)现象，降低了现有的横向扩散金属氧化物晶体管的静电放电能力级别。

发明内容

本发明提供一种横向扩散金属氧化物晶体管，以解决现有的横向扩散金属氧化物晶体管的抗静电能力较差的问题。

本发明还提供一种静电保护架构，所述静电保护架构包括电阻以及与所述电阻电连接的横向扩散金属氧化物晶体管，以解决现有的静电保护架构的抗静电能力较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种横向扩散金属氧化物晶体管，包括：第一类型衬底；栅极，形成于所述第一类型衬底上；第二类型轻掺杂区，形成于所述第一类型衬底中；第一类型高压阱区，形成于所述第二类型轻掺杂区中；第二类型高压阱区，形成于所述第二类型轻掺杂区中；第一类型衬底电极区，形成于所述第一类型高压阱区中；第二类型源极区，形成于所述第一类型高压阱区中；第二类型漏极区，形成于所述第二类型高压阱区中；衬底金属电极，直接与所述第一类型衬底电极区连接；源极金属电极，直接与所述第二类型源极区连接；漏极金属电极，直接与所述第二类型漏极区连接；栅极金属电极，直接与所述栅极连接。

可选的，在所述横向扩散金属氧化物晶体管中，还包括形成于所述第一类型衬底中的第二类型埋层。

可选的，在所述横向扩散金属氧化物晶体管中，还包括形成于所述第一类型高压阱区中的第一类型低压阱区，所述第一类型低压阱区包围所述第一类型衬底电极区和第二类型源极区。

可选的，在所述横向扩散金属氧化物晶体管中，还包括形成于所述第二类型高压阱区中的第二类型低压阱区，所述第二类型低压阱区包围所述第二类型漏极区。

可选的，在所述横向扩散金属氧化物晶体管中，还包括形成于所述第一类型衬底上的厚场氧化层。

可选的，在所述横向扩散金属氧化物晶体管中，所述第一类型为P型，所述第二类型为N型。

可选的，在所述横向扩散金属氧化物晶体管中，所述第一类型为N型，所述第二类型为P型。

可选的，在所述横向扩散金属氧化物晶体管中，所述漏极金属电极与所述栅极的距离为8～10μm。

本发明还提供一种静电保护架构，所述静电保护架构包括电阻以及与所述电阻电连接的横向扩散金属氧化物晶体管，所述横向扩散金属氧化物晶体管包括：第一类型衬底；栅极，形成于所述第一类型衬底上；第二类型轻掺杂区，形成于所述第一类型衬底中；第一类型高压阱区，形成于所述第二类型轻掺杂区中；第二类型高压阱区，形成于所述第二类型轻掺杂区中；第一类型衬底电极区，形成于所述第一类型高压阱区中；第二类型源极区，形成于所述第一类型高压阱区中；第二类型漏极区，形成于所述第二类型高压阱区中；衬底金属电极，直接与所述第一类型衬底电极区连接；源极金属电极，直接与所述第二类型源极区连接；漏极金属电极，直接与所述第二类型漏极区连接；栅极金属电极，直接与所述栅极连接。

可选的，在所述静电保护架构中，所述电阻大于或等于45KΩ。

可选的，在所述静电保护架构中，所述横向扩散金属氧化物晶体管还包括形成于所述第一类型衬底中的第二类型埋层。

可选的，在所述静电保护架构中，所述横向扩散金属氧化物晶体管还包括形成于所述第一类型高压阱区中的第一类型低压阱区，所述第一类型低压阱区包围所述第一类型衬底电极区和第二类型源极区。

可选的，在所述静电保护架构中，所述横向扩散金属氧化物晶体管还包括形成于所述第二类型高压阱区中的第二类型低压阱区，所述第二类型低压阱区包围所述第二类型漏极区。

可选的，在所述静电保护架构中，所述横向扩散金属氧化物晶体管还包括形成于所述第一类型衬底上的厚场氧化层。

可选的，在所述静电保护架构中，所述第一类型为P型，第二类型为N型。

可选的，在所述静电保护架构中，所述第一类型为N型，第二类型为P型。

可选的，在所述静电保护架构中，所述漏极金属电极与所述栅极的距离为8～10μm。

可选的，在所述静电保护架构中，所述栅极共有四个对称的梳齿，每个所述梳齿的长度为75～85μm。

可选的，在所述静电保护架构中，在制作所述静电保护架构时，使自对准阻挡层覆盖横向扩散金属氧化物晶体管的全部区域。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的横向扩散金属氧化物晶体管省去了自对准金属硅化物层，可避免形成额外的电流通道，从而避免出现电流拥挤现象，提高了横向扩散金属氧化物晶体管的静电放电能力；

在本发明提供的静电保护架构中，横向扩散金属氧化物晶体管与电阻电连接，所述电阻可有效的开启泄电，从而保护所述静电保护架构内部的横向扩散金属氧化物晶体管不受损坏，提高静电保护架构的可靠性。

本发明提供的静电保护架构，操作简单，继续沿用横向扩散金属晶体管器件，因此只需要调整版图结构，就可以达到经典等级Class3要求；并且，由于不需要添加新的器件，因此也无需花费更多时间和金钱对新器件进行可靠性测试，避免由于新器件的匹配而带来的风险。

附图说明

图1为现有的横向扩散金属氧化物晶体管的示意图；

图2为本发明实施例的横向扩散金属氧化物晶体管的俯视图；

图3为本发明实施例的横向扩散金属氧化物晶体管的剖面图；

图4为本发明实施例的静电保护架构的等效电路图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图2和图3，其中，图2为本发明实施例的横向扩散金属氧化物晶体管的俯视图，图3为本发明实施例的横向扩散金属氧化物晶体管的剖面图，所述剖面图是沿着图2中X-Y虚线段切开。

如图3所示，横向扩散金属氧化物晶体管200包括第一类型衬底201、栅极202、第二类型轻掺杂区203、第一类型高压阱区204、第二类型高压阱区205、第一类型衬底电极区206、第二类型源极区207、第二类型漏极区208、衬底金属电极209、源极金属电极210、漏极金属电极211、栅极金属电极212。

所述栅极202形成于所述第一类型衬底201上，所述第二类型轻掺杂区203形成于第一类型衬底201中。所述第一类型高压阱区204形成于第二类型轻掺杂区203中，所述第二类型高压阱区205形成于第二类型轻掺杂区203中并位于所述第一类型高压阱区204的一侧。所述第一类型衬底电极区206形成于第一类型高压阱区204中，所述第二类型源极区207同样形成于第一类型高压阱区204中，且所述第一类型衬底电极区206邻近第二类型源极区207形成。所述第二类型漏极区208形成于第二类型高压阱区205中，且所述第二类型源极区207与第二类型漏极区208分别形成于栅极202的两侧。所述第一类型高压阱区204以及第二类型轻掺杂区203分别具有一部分直接位于所述栅极202下方，以隔开所述第二类型源极区207与第二类型漏极区208。

所述衬底金属电极209直接与第一类型衬底电极区206连接，通过所述衬底金属电极209可为所述第一类型衬底电极区206提供衬底电压；所述源极金属电极210直接与第二类型源极区207连接，通过所述源极金属电极210可为所述第二类型源极区207提供源极电压；所述漏极金属电极211直接与第二类型漏极区208连接，通过所述漏极金属电极211可为所述第二类型漏极区208提供漏极电压；所述栅极金属电极212直接与所述栅极202连接，通过所述栅极金属电极212可为栅极202提供栅极电压。

经发明人长期研究发现，由于横向扩散金属氧化物晶体管200省去了自对准金属硅化物层，可避免形成额外的电流通道，从而避免出现电流拥挤现象，进而提高横向扩散金属氧化物晶体管200的静电放电能力级别。并且，由于所述横向扩散金属氧化物晶体管200在静态放电时，例如人的手指触碰到横向扩散金属氧化物晶体管200的漏极时，此时人体上的高静态电压施加于第二类型漏极区208上，而所述栅极202、第一类型衬底电极区206以及第二类型源极区207接地，此时，该第二类型轻掺杂区203与第一类型高压阱区204之间的PN结击穿，即可对该高静态电压进行放电，因此尽管省去了自对准金属硅化物层，也就是说未形成欧姆接触，但是并不会影响器件的速度。

在制造用作静电保护架构的横向扩散金属氧化物晶体管时，可使自对准阻挡层(SAB)覆盖横向扩散金属氧化物晶体管的全部区域，也就是说，可通过改变版图结构，使得自对准阻挡层完全覆盖第一类型衬底201表面，从而避免在所述栅极202、第一类型衬底电极区206、第二类型源极区207以及第二类型漏极区208上形成自对准金属硅化物层。

在本发明的一个具体实施例中，所述横向扩散金属氧化物晶体管200还包括形成于第一类型衬底201上的厚场氧化层(thick field oxide)213，所述厚场氧化层213将第二类型漏极区208与另一横向扩散金属氧化物晶体管的第一类型衬底电极区及第二类型源极区相隔开。

进一步的，横向扩散金属氧化物晶体管200还包括形成于所述第一类型衬底201中的第二类型埋层(未图示)，所述第二类型埋层可通过离子注入的方式形成，所述第二类型埋层可减小器件内部电阻，从而增加放电电流。

在本发明的一个具体实施例中，所述横向扩散金属氧化物晶体管200还包括第一类型低压阱区214和第二类型低压阱区215。所述第一类型低压阱区214形成于第一类型高压阱区204中，所述第一类型低压阱区214包围第一类型衬底电极区206和第二类型源极区207，所述第一类型低压阱区214的掺杂浓度低于第一类型高压阱区204的掺杂浓度。所述第二类型低压阱区215形成于第二类型高压阱区205中，所述第二类型低压阱区215包围第二类型漏极区208，所述第二类型低压阱区215的掺杂浓度低于第二类型高压阱区205的掺杂浓度。通过调节所述第一类型低压阱区214和第二类型低压阱区215的掺杂浓度及其位置，可调节横向扩散金属氧化物晶体管200静电放电时的电流电压(I-V)特性，进一步提高该横向扩散金属氧化物晶体管200的抗静电能力。

以形成N型横向扩散金属氧化物晶体管为例，所述第一类型指的是P型，所述第二类型指的是N型。然而应当认识到，在本发明其它实施例中，所述第一类型也可以为N型，相应的，所述第二类型也可以为P型。

如图2所示，在本发明的一个具体实施例中，所述栅极202呈梳状排列，所述栅极202共有四个梳齿(finger)，每个梳齿的长度为75～85μm。优选的，每个梳齿的长度为80μm。与现有技术形成十个或十个以上梳齿相比，本发明实施例中的梳齿较少，因此可确保每一个梳齿均被打开，改善了不均衡导通现象，进而提高横向扩散金属氧化物晶体管200的静电放电能力。

请继续参考图2，在本发明的一个具体实施例中，所述漏极金属电极211与栅极202的距离L为8～10μm。与现有技术相比，所述漏极金属电极211与栅极202的距离L较大，可增大散热面积，进而提高器件的静电放电能力。优选的，所述漏极金属电极211与栅极202的距离为9μm。

本发明还提供一种静电保护架构，所述静电保护架构包括电阻以及如图3所示的横向扩散金属氧化物晶体管200，所述横向扩散金属氧化物晶体管200的栅极(闸极)与所述电阻串联。优选的，所述电阻大于或等于45KΩ。

在所述静电保护架构中，所述栅极202呈梳状排列，所述栅极202共有四个梳齿(finger)，每个梳齿的长度为75～85μm。优选的，每个梳齿的长度为80μm。与现有技术形成十个或十个以上梳齿相比，本发明实施例中的仅有四个对称的梳齿，能最大限度的改善了不均衡导通现象。

在制作所述静电保护架构时，可使自对准阻挡层(SAB)覆盖整个横向扩散金属氧化物晶体管(静电保护管)的区域，也就是说，通过改变版图结构，避免在所述栅极202、第一类型衬底电极区206、第二类型源极区207以及第二类型漏极区208上形成自对准金属硅化物层，确保整个静电保护管区域都不会形成自对准金属硅化物层。

本发明提供的静电保护架构，操作简单，继续沿用横向扩散金属晶体管器件，只需要调整版图结构，就可以达到经典等级Class3要求；此外，由于本发明提供的静电保护架构不需要添加新的器件，因此也无需花费更多时间和金钱对新器件进行可靠性测试，避免由于新器件的匹配而带来的风险。

具体请参考图4，其为本发明实施例的静电保护架构的等效电路图。如图4所示，所述横向扩散金属氧化物晶体管200的栅极与电阻串联，由于所述横向扩散金属氧化物晶体管200串接了阻值较大的电阻，使得静电保护架构的开启电压比内部的横向扩散金属氧化物晶体管200小，所述阻值较大的电阻有效的开启泄电，从而保护静电保护架构内部的横向扩散金属氧化物晶体管200不受损坏，提高静电保护架构的可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (19)

1.一种横向扩散金属氧化物晶体管，包括：

第一类型衬底；

栅极，形成于所述第一类型衬底上；

第二类型轻掺杂区，形成于所述第一类型衬底中；

第一类型高压阱区，形成于所述第二类型轻掺杂区中；

第二类型高压阱区，形成于所述第二类型轻掺杂区中；

第一类型衬底电极区，形成于所述第一类型高压阱区中；

第二类型源极区，形成于所述第一类型高压阱区中；

第二类型漏极区，形成于所述第二类型高压阱区中；

衬底金属电极，直接与所述第一类型衬底电极区连接；

源极金属电极，直接与所述第二类型源极区连接；

漏极金属电极，直接与所述第二类型漏极区连接；

栅极金属电极，直接与所述栅极连接。

2.如权利要求1所述的横向扩散金属氧化物晶体管，其特征在于，还包括形成于所述第一类型衬底中的第二类型埋层。

3.如权利要求1所述的横向扩散金属氧化物晶体管，其特征在于，还包括形成于所述第一类型高压阱区中的第一类型低压阱区，所述第一类型低压阱区包围所述第一类型衬底电极区和第二类型源极区。

4.如权利要求1所述的横向扩散金属氧化物晶体管，其特征在于，还包括形成于所述第二类型高压阱区中的第二类型低压阱区，所述第二类型低压阱区包围所述第二类型漏极区。

5.如权利要求1所述的横向扩散金属氧化物晶体管，其特征在于，还包括形成于所述第一类型衬底上的厚场氧化层。

6.如权利要求1所述的横向扩散金属氧化物晶体管，其特征在于，所述第一类型为P型，所述第二类型为N型。

7.如权利要求1所述的横向扩散金属氧化物晶体管，其特征在于，所述第一类型为N型，所述第二类型为P型。

8.如权利要求1所述的横向扩散金属氧化物晶体管，其特征在于，所述漏极金属电极与所述栅极的距离为8～10μm。

9.一种静电保护架构，包括电阻以及与所述电阻电连接的横向扩散金属氧化物晶体管，所述横向扩散金属氧化物晶体管包括：

第一类型衬底；

栅极，形成于所述第一类型衬底上；

第二类型轻掺杂区，形成于所述第一类型衬底中；

第一类型高压阱区，形成于所述第二类型轻掺杂区中；

第二类型高压阱区，形成于所述第二类型轻掺杂区中；

第一类型衬底电极区，形成于所述第一类型高压阱区中；

第二类型源极区，形成于所述第一类型高压阱区中；

第二类型漏极区，形成于所述第二类型高压阱区中；

衬底金属电极，直接与所述第一类型衬底电极区连接；

源极金属电极，直接与所述第二类型源极区连接；

漏极金属电极，直接与所述第二类型漏极区连接；

栅极金属电极，直接与所述栅极连接。

10.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述电阻大于或等于45KΩ。

11.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述横向扩散金属氧化物晶体管还包括形成于所述第一类型衬底中的第二类型埋层。

12.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述横向扩散金属氧化物晶体管还包括形成于所述第一类型高压阱区中的第一类型低压阱区，所述第一类型低压阱区包围所述第一类型衬底电极区和第二类型源极区。

13.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述横向扩散金属氧化物晶体管还包括形成于所述第二类型高压阱区中的第二类型低压阱区，所述第二类型低压阱区包围所述第二类型漏极区。

14.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述横向扩散金属氧化物晶体管还包括形成于所述第一类型衬底上的厚场氧化层。

15.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述第一类型为P型，所述第二类型为N型。

16.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述第一类型为N型，所述第二类型为P型。

17.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述漏极金属电极与所述栅极的距离为8～10μm。

18.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，所述栅极共有四个对称的梳齿，每个所述梳齿的长度为75～85μm。

19.如权利要求9所述的静电保护架构，其特征在于，在制作所述静电保护架构时，使自对准阻挡层覆盖横向扩散金属氧化物晶体管的全部区域。

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