CN102646712B - 一种ldmos器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LDMOS器件。本发明提供的LDMOS器件，通过对漂移区横向浓度进行线性优化，并结合具有一定角度的场氧结构和阶梯场板结构，改善了高耐压与低导通电阻的矛盾关系，是一种高性能的集成LDMOS器件，另外此本发明的LDMOS器件层次简单，易于实现工艺集成化。

Description

一种LDMOS器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及高压BCD集成技术领域，特别涉及一种LDMOS器件。

背景技术

集成高压LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）器件是指具有横向沟道结构和漂移区的高压MOS,这类器件的漏极，栅极和源极都位于芯片的表面，它是横向的高压BCD工艺平台中最关键的集成器件。在高压芯片(HVIC)中，高压LDMOS一般用作开关器件，对于开关器件而言，如何实现满足应用要求的高阻断耐压和低的开态导通电阻是器件结构优化的终极目标。在满足高的阻断耐压前提下，越低的导通电阻就意味着可获得越高效的器件平面面积利用率，进而意味着性能的提高和成本的降低。

然而阻断耐压和导通电阻这两个参数之间又有着不可调和的矛盾。一般来说实现高耐压的LDMOS需要轻掺杂和长的漂移区结构,而轻掺杂和长漂移区会导致高的漂移区电阻，使得开态导通电阻难以降低。目前的LDMOS大多采用了resurf（Reduced surface field，降低表面电场）技术的LDMOS结构并结合场板来实现高的阻断耐压和导通电阻的折中和最优化。

发明内容

本发明提出一种在高压BCD工艺中的集成高压LDMOS结构，以解决现有技术中提高阻断耐压和降低导通电阻之间的矛盾。

为解决上述技术问题，本发明提供一种LDMOS器件，包括：

半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区及第二区；

形成于所述半导体衬底中的漂移区，所述漂移区的掺杂浓度为线性变化；

位于第一区和第二区相交处的漏极；

位于所述漂移区表面的源极和栅极，且所述漏极两侧均形成有源极和栅极；

位于所述漂移区表面的场氧，且所述场氧位于所述源极和所述漏极之间；

位于所述场氧上的阶梯场板；

其中，所述第一区和第二区呈轴对称。

进一步的，对于所述的LDMOS器件，所述半导体衬底为P-衬底。

进一步的，对于所述的LDMOS器件，所述漂移区为从漏极到源极浓度逐渐变淡的掺杂N阱。

进一步的，对于所述的LDMOS器件，N阱的结深为小于等于12um。

进一步的，对于所述的LDMOS器件，还包括：P型体区，所述P型体区位于所述N阱中，且位于所述源极和场氧之间。

进一步的，对于所述的LDMOS器件，还包括：P型引出区，所述P型引出区与源极位于P型体区中。

进一步的，对于所述的LDMOS器件，所述场氧呈台阶状

进一步的，对于所述的LDMOS器件，所述场氧包括第一场氧及与所述第一场氧相连的第二场氧，所述第二场氧呈鸟嘴形。

进一步的，对于所述的LDMOS器件，所述厚场氧的厚度为5000埃~15000埃，所述第一场氧的侧面与漂移区成10°~45°角。

进一步的，对于所述的LDMOS器件，所述第二场氧的厚度小于等于第一场氧的厚度。

本发明提供一种LDMOS器件的形成方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区及第二区；

在所述半导体衬底的中形成漂移区，所述漂移区的掺杂浓度为线性变化；

在所述漂移区上形成场氧；

在所述场氧上淀积多晶硅层并进行掺杂；

刻蚀所述多晶硅层形成阶梯场板和栅极；

在漂移区内形成源极，在第一区和第二区相交处形成漏极，其中，所述漏极两侧均形成有源极和栅极；

所述第一区和第二区呈轴对称。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，所述衬底为P-衬底。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，所述漂移区为采用不等宽并不等间距的N阱光刻胶线条，进行热推进后形成从漏极到源极浓度逐渐变淡的线性掺杂N阱。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，所述形成场氧的工艺包括如下步骤：

形成氧化层，并做损伤性硅或氩注入；

刻蚀氧化层，形成第一场氧；

用局部场氧化工艺形成第二场氧，所述第一场氧和第二场氧相连。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，所述场氧呈台阶状，所述第二场氧呈鸟嘴形。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，所述漏极靠近第一场氧。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，在形成场氧之后，淀积多晶硅层并进行掺杂之前，还包括如下步骤：

热生长栅氧化层。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，在形成阶梯场板和栅极之后，漂移区内形成源极，第一区和第二区相交处形成漏极之前，还包括如下步骤：

形成P型体区；

形成位于所述P型体区的P型引出区。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，所述源极形成于所述P型体区内。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，所述P型体区经栅极自对准注入，热推进后形成。

进一步的，对于所述的LDMOS器件的形成方法，采用快速热退火对掺杂进行激活。

本发明通过对漂移区横向浓度进行线性优化，并结合具有一定角度的场氧结构和阶梯场板结构，改善了高耐压与低导通电阻的矛盾关系，是一种高性能的LDMOS器件，另外此本发明的LDMOS器件层次简单，易于实现工艺集成化。

附图说明

图1~图9为本发明实施例的LDMOS器件的形成方法的剖面示意图；

图10为为本发明实施例的LDMOS器件的剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的LDMOS器件作进一步详细说明。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，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本实施例的半导体衬底包括第一区和第二区，所述半导体衬底上形成各层，第一区和第二区呈轴对称，其中，第一区上的各结构与第二区上的各结构同时形成，以下以第一区详细描述形成过程。

请参考图1，提供半导体衬底1，所述半导体衬底1为P-衬底，注入磷（P），采用不等宽并不等间距的N阱光刻胶线条2，进行热推进，如图2所示，热推进后形成从漏极到源极（漏极和源极请见下文）浓度逐渐变淡的线性掺杂N阱，即漂移区3，在所述漂移区3上热生长氧化层4，做损伤性硅（Si）或氩（Ar）注入。

在所述漂移区3上形成场氧，所述场氧呈台阶状，所述场氧包括第一场氧和第二场氧，具体的，请参考图3，光刻，刻蚀氧化层，形成第一场氧5，其中对氧化层的刻蚀优选湿法刻蚀。第一场氧5的厚度为5000埃~15000埃，所述第一场氧5的侧面与漂移区3形成10°~45°的角度。请参考图4，用局部场氧化(Locos)工艺形成第二场氧6。具体的，在漂移区3上生长薄垫氧化层（未示出）并淀积氮化硅（未示出），热生长薄场氧化层，做有源极光刻，刻蚀薄垫氧化层和氮化硅，去除光刻胶，热生长形成低压场氧，去掉薄垫氧化层和氮化硅，既得到如图4所示鸟嘴形的第二场氧6。

请参考图5，采用热生长形成栅氧化层7，淀积多晶硅层8，并进行掺杂。接着，光刻，刻蚀多晶硅层，如图6所示，形成阶梯场板9和栅极10。

请参考图7，形成P型体区（P-body）11。具体的，经栅极自对准进行离子注入并热推进形成所述P型体区11。接着，请参考图8，在P型体区11的内部注入形成N型源极12，在远离P型体区11的一侧形成N型漏极13，所述漏极13靠近第一场氧5。接着，如图9所示，在P型体区11内形成P型引出区14。之后，采用快速热退火对掺杂进行激活。可继续后道工艺形成接触孔，以及填充金属，做金属互联线，形成源，漏，栅极的引出。

经上述步骤，可以得到一种LDMOS器件，具体的，请参考图10，包括：

半导体衬底1中形成有漂移区3，其源极12，栅极10和漏极13位于漂移区3的表面，所述漂移区3上形成有场氧，所述场氧包括第一场氧5和第二场氧6，第一场氧5和第二场氧6位于源极12和漏极13之间并且相连形成台阶状，第二场氧6与栅氧化层7相连，延伸到第二场氧6上的栅极多晶硅与浮动的多晶硅一起构成阶梯场板9。其中，所述LDMOS器件沿漏极13中心线成左右对称结构，即第一区1a与其上各层和第二区1b与其上各层呈轴对称。

具体的，半导体衬底1为P-衬底，漂移区3为N阱，所述N阱为从漏极13到源极12浓度逐渐变淡的线性浓度漂移区，其中，所述N阱的结深小于等于12um。所述N阱中形成有高压P型区域（P-body）11，所述源极12为位于所述高压P型区域11内的N+区，所述漏极13为N+区。

在本实施例中，线性浓度掺杂可以通过改变N阱光刻图形和热推进工艺使浓度分布最优化，利用缓变结结合resurf原理，高效地实现高耐压。同时，优化的N阱（漂移区3）浓度横向线性的分配也缓减了高耐压与导通电阻的矛盾关系，使得漂移区3的整体掺杂水平得以提高，漂移区3的电流密度增大，降低了寄生的漂移区电阻，即导通电阻降低。

如图10中所示，所述LDMOS器件的场氧为台阶状，包括第一场氧5和第二场氧6，所述第一场氧5的厚度为5000埃~15000埃，所述第一场氧5的侧面与漂移区3形成10°~45°的角度。所述第二场氧6的厚度小于等于第一场氧5的厚度，两种场氧形成台阶状。由延伸到第二场氧6上的栅极多晶硅与浮动的多晶硅所构成的阶梯场板9具有使得表面的电场降低的作用，从而避免局部峰值电场的形成，能够使整个漂移区电场的分布更加均匀,对栅极氧化层也起到了保护作用。

本实施例提供的LDMOS器件，通过对漂移区横向浓度进行线性优化，并结合具有一定角度的场氧结构和阶梯场板结构，改善了高耐压与低导通电阻的矛盾关系，是一种高性能的LDMOS器件，另外此本发明的LDMOS器件层次简单，易于实现工艺集成化。

显然，本领域的技术人员可以对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，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (19)

1.一种LDMOS器件，其特征在于，包括：

半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区及第二区；

形成于所述半导体衬底中的漂移区，所述漂移区的掺杂浓度为线性变化，所述漂移区为从漏极到源极浓度逐渐变淡的掺杂N阱；

位于第一区和第二区相交处的漏极；

位于所述漂移区表面的源极和栅极，且所述漏极两侧均形成有源极和栅极；

位于所述漂移区表面的场氧，且所述场氧位于所述栅极和所述漏极之间，所述场氧呈台阶状，所述场氧包括第一场氧及与所述第一场氧相连的第二场氧，所述第一场氧位于所述漂移区表面，所述第二场氧部分位于所述漂移区中；

位于所述场氧上的阶梯场板；

其中，所述第一区和第二区呈轴对称。

2.如权利要求1所述的LDMOS器件，其特征在于，所述半导体衬底为P-衬底。

3.如权利要求1所述的LDMOS器件，其特征在于，所述N阱的结深为小于等于12um。

4.如权利要求1所述的LDMOS器件，其特征在于，还包括：P型体区，所述P型体区位于所述N阱中，且位于所述源极和场氧之间。

5.如权利要求4所述的LDMOS器件，其特征在于，还包括：P型引出区，所述P型引出区与源极位于P型体区中。

6.如权利要求1所述的LDMOS器件，其特征在于，所述第二场氧呈鸟嘴形。

7.如权利要求6所述的LDMOS器件，其特征在于，所述第一场氧的厚度为5000埃～15000埃，所述第一场氧的侧面与漂移区成10°～45°角。

8.如权利要求7所述的LDMOS器件，其特征在于，所述第二场氧的厚度小于等于第一场氧的厚度。

9.一种LDMOS器件的形成方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区及第二区；

在所述半导体衬底中形成漂移区，所述漂移区的掺杂浓度为线性变化，所述漂移区为从漏极到源极浓度逐渐变淡的线性掺杂N阱；

在所述漂移区上形成场氧，所述场氧位于栅极和漏极之间，所述场氧呈台阶状，所述场氧包括第一场氧及与所述第一场氧相连的第二场氧，所述第一场氧位于所述漂移区表面，所述第二场氧部分位于所述漂移区中；

在所述场氧上淀积多晶硅层并进行掺杂；

刻蚀所述多晶硅层形成阶梯场板和栅极；

在漂移区内形成源极，在第一区和第二区相交处形成漏极，其中，所述漏极两侧均形成有源极和栅极；

所述第一区和第二区呈轴对称。

10.如权利要求9所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，所述衬底为P-衬底。

11.如权利要求9所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，所述漂移区为采用不等宽并不等间距的N阱光刻胶线条，进行热推进后形成。

12.如权利要求9所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，所述形成场氧的工艺包括如下步骤：

形成氧化层，并做损伤性硅或氩注入；

刻蚀氧化层，形成第一场氧；

用局部场氧化工艺形成第二场氧，所述第一场氧和第二场氧相连。

13.如权利要求12所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，所述第二场氧呈鸟嘴形。

14.如权利要求12所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，所述漏极靠近第一场氧。

15.如权利要求9所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，在形成场氧之后，淀积多晶硅层并进行掺杂之前，还包括如下步骤：

热生长栅氧化层。

16.如权利要求9所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，在形成阶梯场板和栅极之后，漂移区内形成源极，第一区和第二区相交处形成漏极之前，还包括如下步骤：

形成P型体区；

形成位于所述P型体区的P型引出区。

17.如权利要求16所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，所述源极形成于所述P型体区内。

18.如权利要求16所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，所述P型体区经栅极自对准注入，热推进后形成。

19.如权利要求9～18任一项所述的LDMOS器件的形成方法，其特征在于，采用快速热退火对掺杂进行激活。