CN102543738B

CN102543738B - 高压ldmos器件及其制造方法

Info

Publication number: CN102543738B
Application number: CN 201010595992
Authority: CN
Inventors: 张帅; 刘坤
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: CN102543738A

Abstract

本发明公开了一种高压LDMOS器件的制造方法，包括如下步骤：第1步，在衬底上采用光刻和离子注入工艺形成一个与衬底的掺杂类型相反的漂移区。第2步，在硅片表面制造隔离结构。第3步，在衬底和漂移区采用光刻和离子注入工艺形成与衬底的掺杂类型相同的体区和漂移区反型层。第4步，在硅片表面生长栅氧化层和多晶硅，刻蚀该层多晶硅从而形成多晶硅栅极和漏端多晶硅场板。第5步，在体区和漂移区中进行重掺杂离子注入形成体电极引出端、源区引出端和漏区引出端；再在硅片表面淀积一层介电层、在介质层上形成接触孔、在各接触孔中形成金属电极。本发明在保证高压LDMOS器件的性能的前提下，减少了工艺步骤、降低了制造成本，并可在BCD工艺平台的集成。

Description

高压LDMOS器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高压LDMOS器件（laterally diffused metal oxidesemiconductor，横向双扩散金属氧化物半导体晶体管）的制造方法。

背景技术

请参阅图1，这是一种现有的高压LDMOS器件。在低掺杂的衬底10中具有漂移区11和体区（就是阱）12。在衬底10之上具有隔离结构14。在漂移区11中靠近隔离结构14的表面处具有漂移区反型层13。在部分的阱12和部分的隔离结构14之上具有多晶硅栅极151。在部分的隔离结构14之上还具有漏端多晶硅场板152。在阱12中具有体电极引出端161和源区引出端162。在漂移区11中具有漏区引出端163。金属电极181连接体电极引出端161和源区引出端162，作为源极181。金属电极182连接多晶硅栅极151，作为栅极182。金属电极183连接多晶硅场极板152和漏区引出端163。硅片表面除金属电极181、182、183的区域覆盖有介质层17，金属电极183中间也具有介质层17。

图1所示的高压LDMOS器件的现有制造方法包括如下步骤：

第1步，请参阅图2a，在低掺杂的衬底10采用光刻和离子注入工艺形成一个高压深阱，作为高压LDMOS器件的漂移区11，该漂移区11的掺杂类型与衬底10的掺杂类型相反。

第2步，请参阅图2b，在低掺杂的衬底10采用光刻和离子注入工艺形成一低压阱区，作为高压LDMOS器件的体区12，该体区12的掺杂类型与衬底10的掺杂类型相同。

第3步，请参阅图2c，在漂移区11采用光刻和离子注入工艺形成漂移区反型层13，该漂移区反型层13的掺杂类型与漂移区11的掺杂类型相反。

第4步，请参阅图2d，在硅片表面制造隔离结构14。隔离结构14可以是场氧隔离（LOCOS），也可以是浅槽隔离（STI）。

第5步，请参阅图2e，在硅片表面先生长一层栅氧化层（未图示），再淀积一层多晶硅，刻蚀该层多晶硅从而形成多晶硅栅极151和漏端多晶硅场板152。该多晶硅栅极151的一侧在体区12之上，另一侧在隔离结构14之上。该漏端多晶硅场板152在靠近漏端的隔离结构14上。

第6步，请参阅图1，先在源端的体区12和漏端的漂移区11中进行重掺杂离子注入形成体电极引出端161、源区引出端162和漏区引出端163；再以标准CMOS后道工艺流程淀积介电层17、在介质层17上形成接触孔、在各接触孔中形成金属电极181、182、183，从而形成最终器件。

所述方法第3步可以放到第1步之后。

击穿电压（BV，breakdowm voltage）和比导通电阻（Rsp，specificon-resistance）对高压LDMOS器件而言，是一对很重要的需要平衡的技术指标。在通常的BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工艺平台中，由于集成了多种器件结构，为了实现高压LDMOS器件的高导电性能，需要为漂移区反型层13提供专门的掩模版以及对应的光刻、离子注入（包括退火）等工艺步骤（即上述方法第3步），这增加了工艺的复杂性以及器件的制作成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压LDMOS器件的制造方法，该方法可以减少工艺步骤，降低制造成本。

为解决上述技术问题，本发明高压LDMOS器件的制造方法包括如下步骤：

第1步，在衬底上采用光刻和离子注入工艺形成一个与衬底的掺杂类型相反的离子注入区，作为高压LDMOS器件的漂移区；

第2步，在硅片表面制造隔离结构；

第3步，在衬底和漂移区上采用光刻和离子注入工艺形成与衬底的掺杂类型相同的体区和漂移区反型层，该步骤中的光刻工艺采用同一块掩膜版，该步骤中的离子注入工艺采用多次离子注入的方式；

第4步，在硅片表面先生长一层栅氧化层，再淀积一层多晶硅，刻蚀该层多晶硅从而形成跨越所述体区和隔离结构之上的多晶硅栅极、以及隔离结构之上的漏端多晶硅场板；

第5步，先在体区和漂移区中进行重掺杂离子注入形成体电极引出端、源区引出端和漏区引出端；再在硅片表面淀积一层介质层，在介质层上形成接触孔，在各接触孔中形成金属电极。

本发明高压LDMOS器件的制造方法所制造出的高压LDMOS器件包括漂移区反型层，所述漂移区反型层为多块相互隔离的结构。

本发明高压LDMOS器件及其制造方法在保证高压LDMOS器件的性能的前提下，减少了工艺步骤、降低了制造成本，并可在BCD工艺平台的集成。

附图说明

图1是现有的高压LDMOS器件的剖面结构示意图；

图2a～图2e是现有的高压LDMOS器件的制造方法的各步骤示意图；

图3a～图3b是本发明高压LDMOS器件的制造方法的部分步骤示意图；

图4是分段高压LDMOS器件的剖面结构示意图。

图中附图标记说明：

10为衬底；11为漂移区；12为体区；13为漂移区反型层；14为隔离结构；151为多晶硅栅极；152为漏端多晶硅场板；161为体电极引出端；162为源区引出端；163为漏区引出端；17为介质层；181为源极；182为栅极；183为漏极。

具体实施方式

本发明高压LDMOS器件的制造方法包括如下步骤：

第1步，请参阅图2a，在低掺杂的衬底10上先采用光刻工艺形成一个离子注入窗口，再在该窗口中注入与衬底10的掺杂类型相反的杂质，所形成的衬底10中的离子注入区作为高压LDMOS器件的漂移区11。

本申请中涉及的光刻工艺均包括旋涂光刻胶、曝光、显影等步骤，作用是以光刻胶形成一个离子注入窗口。本申请中涉及的离子注入工艺均包括离子注入、退火等步骤，退火步骤用于修复晶格缺陷、激活杂质原子。

第2步，请参阅图3a，在硅片表面制造隔离结构14。隔离结构14可以是场氧隔离（LOCOS），也可以是浅槽隔离（STI），这些均为成熟的半导体集成电路制造工艺，在此不作赘述。

第3步，请参阅图3b，采用光刻工艺以一块掩膜版同时在衬底10上形成一个离子注入窗口，以及在隔离结构14上形成一个或多个离子注入窗口；在所述至少两个窗口中多次注入与衬底10的掺杂类型相同的杂质，从而在衬底10中形成一个体区12，在漂移区11中形成一个或多个漂移区反型层13。

所述漂移区反型层13与漂移区11的掺杂类型相反，用于实现电荷平衡，达到降低高压LDMOS器件的导通电阻，获得高性能高压LDMOS器件的目的。显然体区12与漂移区反型层13的掺杂类型相同。

衬底10上或者没有氧化硅层，或者有一层薄薄的氧化层（未图示），漂移区11之上有一层氧化硅的隔离结构14，隔离结构14的厚度要远大于衬底10上可能存在的氧化硅的厚度。因此体区12与漂移区反型层13相比在硅衬底中的深度更深，掺杂面密度更高。本发明正是利用了衬底10和漂移区11之上的氧化硅的不同厚度对离子注入的不同阻挡作用，并结合多次离子注入（每次离子注入的能量范围从几十KeV到两千KeV以上，剂量范围在10¹¹～10¹³的量级，注入次数二次以上）的工艺方法，每次离子注入可以采用不同能量，最终实现各自满足体区12和漂移区反型层13的深度与浓度要求。

当采用多次离子注入还不能有效地实现高压LDMOS器件漂移区的电荷平衡时，还可以在隔离结构14上形成多个离子注入窗口，最终形成多个相互隔离的漂移区反型层13来满足电荷平衡，此时形成的高压LDMOS器件如图4所示。图4所示的高压LDMOS器件与图1相比，只是将原本为整体一块的漂移区反型层13分为多块，使得这种分段高压LDMOS结构可以满足掩模板节省与电荷平衡的要求。

第4步，请参阅图2e，在硅片表面先生长一层栅氧化层（未图示），再淀积一层多晶硅，刻蚀该层多晶硅从而形成多晶硅栅极151和漏端多晶硅场板152。该多晶硅栅极151的一侧在体区12之上，另一侧在隔离结构14之上。该漏端多晶硅场板152在靠近漏端的隔离结构14上。

第5步，请参阅图1，先在源端的体区12和漏端的漂移区11中进行重掺杂离子注入形成体电极引出端161、源区引出端162和漏区引出端163；再以标准CMOS后道工艺流程淀积介电层17、在介质层17上形成接触孔、在各接触孔中形成金属电极181、182、183，从而形成最终的高压LDMOS器件。这些标准CMOS工艺的详细步骤不再赘述。

所述方法第3步中，如果隔离结构14上只形成了一个离子注入窗口，那么最终形成的高压LDMOS器件如图1所示。如果隔离结构14上形成了多个一个离子注入窗口，那么最终形成的高压LDMOS器件如图4所示。

现有的高压LDMOS器件的制造方法，对于体区12的光刻需要一张掩膜版，并采用配套的离子注入工艺步骤；对于漂移区反型层13的光刻需要另一张掩膜版，也要采用配套的离子注入工艺步骤。本发明所述制造方法，对于体区12和漂移区反型层13采用了同一块掩膜版，并合并为同一套离子注入工艺步骤，显然减少了工艺步骤、降低了制造成本，实现了低成本高性能的高压LDMOS器件在BCD工艺平台的集成。通过仿真发现，本发明所述方法制造的高压LDMOS器件与传统方法制造的器件性能相当。

Claims

1.一种高压LDMOS器件的制造方法，包括如下步骤：

其特征是，在第1步之后还包括如下步骤：

第2步，在硅片表面制造隔离结构；

2.如权利要求1所述的高压LDMOS器件的制造方法制造的高压LDMOS器件，所述高压LDMOS器件包括漂移区反型层，其特征是，所述漂移区反型层为多块相互隔离的结构。