專利名稱：橫向dmos器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求韓國專利申請第10-2007-0048556號(提交于2007 年5月18日)的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
背景技術(shù)：
功率MOS場歲文應(yīng)晶體管(MOSFET)可具有比乂又才及晶體管更 高的llr入阻抗。因此，功率MOSFET可具有高功率增益和簡單的 才冊才及驅(qū)動電i 各。另外，由于功率MOSFET是單才及器件，所以當(dāng)器 件關(guān)閉時，不存在由于少數(shù)載流子積聚或復(fù)合引起的時延。這種功 率MOSFET可#1應(yīng)用于開關(guān)才莫式電源、燈穩(wěn)、定系統(tǒng)，以及馬達驅(qū) 動電路。通常，具有使用平面擴散技術(shù)的DMOS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件 凈皮廣;乏應(yīng)用。
實例圖1示出了一個4黃向DMOS器件，其可包4舌以單一濃度 形成在P型半導(dǎo)體4于底100上和/或上方的N阱102，以及形成在N 阱102中的漏4及區(qū)104，其中，可將N型雜質(zhì)以高濃度注入到N阱 102中。另夕卜，P型體區(qū)106可被形成為與漏極區(qū)間隔開預(yù)定距離。 P+雜質(zhì)區(qū)108和N+源區(qū)110可形成在P型體區(qū)106中。用于器4牛 隔離的絕緣膜112可形成在半導(dǎo)體襯底100上和/或表面上，柵極絕 緣膜114和柵電才及116也可形成在場絕緣膜112上和/或上方的預(yù)定 區(qū)域中。P型體區(qū)106和N阱102可構(gòu)成體二極管。橫向DMOS器件在關(guān)閉時應(yīng)該忍受高的漏-源電壓，而當(dāng)接通 時應(yīng)該橫:得大量電流在漏才及和源才及之間以高速流動。高漏-源電壓可 導(dǎo)致柵極絕緣膜或體區(qū)與源極區(qū)的結(jié)合處的擊穿。另外，當(dāng)高壓被 持續(xù)施加到柵極絕緣膜時，應(yīng)力集中在柵極絕緣膜上，其導(dǎo)致柵極 絕緣膜的擊穿。為了改進柵極絕緣膜的擊穿電壓性能，柵極絕緣膜 可相對加厚。然而，在該情況下，增加了閾值電壓，這會惡化器件 的操作性能。
如圖2和圖3所示的，當(dāng)電感器負(fù)載在推沖免式或具有DMOS 器件ml和m2的橋式結(jié)構(gòu)中被驅(qū)動時，反向傳導(dǎo)I^和正向傳導(dǎo)Im2 可出現(xiàn)在體二4及管中。如果大電流流過體二才及管，則少凄t載流子積
聚，二極管關(guān)閉延遲，以及寄生二極管結(jié)型晶體管#:作可能發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施方式涉及橫向DMOS (雙擴散MOSFET )器件，特 別地，涉及橫向DMOS器件結(jié)構(gòu)以及適合于制造用于功率(power) 或高壓的^黃向DMOS器件的制造方法。
本發(fā)明實施方式涉及橫向DMOS器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，該 方法通過在對黃向DMOS器件中以預(yù)定間隔形成P+雜質(zhì)區(qū)而形成4呆 護二極管。
本發(fā)明實施方式涉及4黃向DMOS器^f牛結(jié)構(gòu)及其制造方法，該 方法在4黃向DMOS器件中形成^f呆護二才及管以防止器件由于高壓而 損壞，并且增加了器件的#:作速度。
本發(fā)明實施方式涉及制造具有體二極管的橫向DMOS器件的 方法，并且可包括以下步驟中的至少一個在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體 襯底上和/或上方形成第二導(dǎo)電類型阱；然后在第二導(dǎo)電類型阱中形 成漏極區(qū)和第一導(dǎo)電類型體區(qū)；然后在第一導(dǎo)電類型體區(qū)中形成第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)；然后在除了將要形成保護二極管的區(qū)域之外的 指定區(qū)域中，靠近第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)形成源極區(qū)；然后在其中形 成了源極區(qū)的半導(dǎo)體襯底的器件隔離區(qū)中形成場絕緣膜；然后在其 上和/或上方形成有場絕緣膜的半導(dǎo)體4t底的柵-才及形成區(qū)域中形成 柵極絕緣膜和柵電極。
本發(fā)明實施方式涉及4黃向DMOS器件，其可包4舌以下中至少 一個體二才及管區(qū)，其中形成有包括第一導(dǎo)電類型體區(qū)和漏4及區(qū)的 第二導(dǎo)電類型阱區(qū)，第一導(dǎo)電類型體區(qū)和第二導(dǎo)電類型阱區(qū)構(gòu)成體 二極管，并且第一導(dǎo)電類型體區(qū)具有在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底上 和/或表面上方的第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)和源極區(qū)，其中，在第一導(dǎo)電 類型半導(dǎo)體襯底上和/或上方形成有柵極絕緣膜和柵電極；以及保護 二極管區(qū)，其中以預(yù)定間隔形成第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)，第一導(dǎo)電類 型體區(qū)和第二導(dǎo)電類型阱區(qū)構(gòu)成保護二極管。
才艮據(jù)本發(fā)明的纟黃向DMOS器件，可防止二一及管器件損壞，并 能改進擊穿電壓性能。另外，能夠改進器件操作速度，由此能夠提 高半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。
例圖1示出了橫向DMOS器件。
例圖2示出了 N型DMOS器件的等效電路。
例圖3示出了使用功率DMOS器件的推挽式電流控制電路。
例圖4示出了根據(jù)實施例的具有保護二極管的橫向DMOS器件。例圖5示出了根據(jù)實施例的具有保護二極管的橫向DMOS器 件的等效電路。
例圖6A至6E示出了根據(jù)實施例的用于制造具有保護二極管的 橫向DMOS器件的方法。
具體實施例方式
根據(jù)具體實施方式
，對于除了將要形成保護二極管的區(qū)域以外 的區(qū)域，可在P型體區(qū)中形成第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)和第二導(dǎo)電類型 源極區(qū)。對于將要形成保護二極管的區(qū)域，僅形成第一導(dǎo)電類型雜 質(zhì)區(qū)。以此方式，對于除了將要形成保護二極管的區(qū)域以外的區(qū)域， 第一導(dǎo)電類型體區(qū)和第二導(dǎo)電類型阱構(gòu)成體二極管，并且對于將要 形成保護二極管的區(qū)域，第一導(dǎo)電類型體區(qū)和第二導(dǎo)電類型阱構(gòu)成 保護二極管。
如例圖4所示出的，此處所^是供的是才艮據(jù)實施例的具有^f呆護二 極管的橫向DMOS器件的結(jié)構(gòu)。下文中，將描述第一導(dǎo)電類型是P 型而第二導(dǎo)電類型是N型的情況，但是第一導(dǎo)電類型可以為N型 而第二導(dǎo)電類型可以為P型。
如例圖4所示出的，單一濃度的第二導(dǎo)電類型阱402，例如， N阱，可形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底400 (例如，P型半導(dǎo)體 襯底)上和/或上方。里面以高濃度注入了第二導(dǎo)電類型(N+)雜 質(zhì)的漏才及區(qū)404可形成在第二導(dǎo)電類型阱402中。第一導(dǎo)電類型(P 型)體區(qū)406可形成在第二導(dǎo)電類型阱402的與漏才及區(qū)404間隔開 預(yù)定3巨離的區(qū)i^中。
對于除了將要形成保護二極管的區(qū)域以外的區(qū)域(A-A，區(qū))， 第一導(dǎo)電類型(P+)雜質(zhì)區(qū)408和第二導(dǎo)電類型(N+)源極區(qū)410 形成在第一導(dǎo)電類型體區(qū)406中。對于區(qū)域B-B，和區(qū)域C-C，(此處將根據(jù)應(yīng)用電路和器件的特性以預(yù)定間隔形成保護二極管)，雖
然未形成第二導(dǎo)電類型源極410,但是第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)408 形成在與第二導(dǎo)電類型源才及區(qū)410相對應(yīng)的區(qū)域上和/或上方。然 后，用于器件隔離的場絕纟彖膜412可形成在半導(dǎo)體4于底400上和/ 或表面上方。然后，棚4及絕纟彖膜414和4冊電4及416可形成在場絕緯_ 月莫412上的預(yù)定區(qū)i或中。
可根據(jù)二極管節(jié)距(pitch)和二極管寬度來確定相應(yīng)于應(yīng)用電 路和器件的特點的預(yù)定間隔。二極管節(jié)距對應(yīng)于DMOS器件中的源 極區(qū)。因此，DMOS器件的總面積可由覆蓋二極管寬度的面積和覆 蓋二極管節(jié)距的面積之和來表示。覆蓋二極管寬度的面積與總面積 的比可以為，例如，1:2。例如，當(dāng)DMOS器件的長度是100jum 并且覆蓋二極管寬度的面積之比是1:2時，可通過重復(fù)地安排(五 次)10jum的二極管寬度和10jum的二極管節(jié)距而形成DMOS器 件。當(dāng)然，DMOS器件可形成為二極管寬度50jum和二才及管節(jié)距 50 mm,或者二極管寬度15 jum和二極管節(jié)距15 lam,或者二極管 寬度10jum和二才及管節(jié)3巨20jum。
第一導(dǎo)電類型體區(qū)406和第二導(dǎo)電類型阱402可以在除了將要 形成保護二極管的區(qū)域以外的區(qū)域(即A-A，區(qū))構(gòu)成體二極管。此 外，第一導(dǎo)電類型體區(qū)406和第二導(dǎo)電類型阱402可以在將要形成 保護二極管的區(qū)域(即B-B，區(qū)和C-C，區(qū))構(gòu)成保護二才及管H呆護 匹配二極管)。此處，具有保護二極管的橫向DMOS器件的等效電 路可通過如圖5所示出的體二極管和保護二極管的等效電路而被示 出。
例圖6A至圖6E示出了用于制造根據(jù)實施例的具有保護二極管 的橫向DMOS器件的方法。如例圖6A所示，單一濃度的第二導(dǎo)電類型阱602,例如，N 阱，可形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體村底600 (例如，P型半導(dǎo)體襯 底)上。然后，里面以高濃度注入了第二導(dǎo)電類型(N+)雜質(zhì)的漏 極區(qū)604可形成在第二導(dǎo)電類型阱602中。第一導(dǎo)電類型(P型) 體區(qū)606與漏極區(qū)604間隔開預(yù)定間隔，形成在第二導(dǎo)電類型阱602 中。對于除了將要形成保護二極管的區(qū)域之外的區(qū)域(即A-A，)， 可通過以40到100Kev的能量、lxl()B到4xl014離子/cm2的濃度 離子注入硼而形成。對于將要形成保護二極管的區(qū)域(即A-A，區(qū))， 可通過以60至100KeV的能量、lx1014到7xl015離子/ 112的濃度， 通過離子注入》朋而形成。
然后，如圖6B所示，用于控制將一皮施加到體區(qū)的偏壓的第一 導(dǎo)電類型(P+)雜質(zhì)區(qū)608可形成在第一導(dǎo)電類型體區(qū)606中。
然后，如圖6C所示，對于除了將要形成保護二極管的區(qū)域以 外的區(qū)J^或(即，A-A，區(qū))，里面以高濃度注入了第二導(dǎo)電類型的雜 質(zhì)的源才及區(qū)610可以靠近第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)608形成。意p未著， 對于除了將要形成保護二極管的區(qū)域以外的區(qū)域(即B-B，區(qū)和C-C， 區(qū))，可才艮據(jù);鏡向DMOS器件的結(jié)構(gòu)而形成第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū) 608和第二導(dǎo)電類型(N+)源極區(qū)610。此外，對于將根據(jù)應(yīng)用電 路和器件的特性以預(yù)定間隔形成保護二才及管的區(qū)i或(即B-B，區(qū)和 C-C，區(qū))，雖然未形成第二導(dǎo)電類型源極區(qū)610， ^旦是第一導(dǎo)電類 型雜質(zhì)區(qū)608可形成在與第二導(dǎo)電類型源極區(qū)610對應(yīng)的區(qū)域上和 /或上方。可通過以20到100KeV的能量、5x1014到lx1016離子/cm2 的;農(nóng)度離子注入石申(As)而形成源才及區(qū)610。
如圖6D所示出的，在沿著將要形成^f呆護二才及管的區(qū)域完成了 離子注入過禾呈后，可在半導(dǎo)體4于底600上和/或表面上方形成用于器 件隔離的場絕緣膜612。如圖6E所示出，柵極絕緣膜614可形成在半導(dǎo)體襯底600上 和/或上方的柵極形成區(qū)中，其中該半導(dǎo)體襯底包括第 一導(dǎo)電類型體 區(qū)606和第二導(dǎo)電類型源才及區(qū)610。柵電4及616也可形成在4立于才冊 才及絕纟U莫614和場絕多彖月莫612上和/或上方的柵"f及形成區(qū)中。
隨后，還可以形成夾層絕緣膜、漏電極、和源電極?？商峁A 層絕緣膜用于與其他導(dǎo)電層的絕纟彖。漏電才及可通過形成在夾層絕縛^ 膜中的接觸孔連接至漏極區(qū)604。源電極可連接至第一導(dǎo)電類型雜 質(zhì)區(qū)608和第二導(dǎo)電類型源極區(qū)610。以此方式，在橫向DMOS器 件的制造過程中，以預(yù)定間隔形成第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)，而不形 成第二導(dǎo)電類型源極區(qū)，從而形成保護二才及管。因此，有可能制造 能夠防止擊穿發(fā)生的一黃向DMOS器件。
如上所述，才艮據(jù)本發(fā)明實施方式，對于除了將要形成保護二極 管的區(qū)域以外的區(qū)域，在第一導(dǎo)電類型體區(qū)中形成第一導(dǎo)電類型雜 質(zhì)區(qū)和第二導(dǎo)電類型源4及區(qū)，并且對于將以預(yù)定間隔形成保護二極 管的區(qū)域，形成有第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)。這與現(xiàn)有的DMOS器件不 同，在現(xiàn)有DMOS器件中，第一導(dǎo)電類型體區(qū)(其中形成有第一導(dǎo) 電類型雜質(zhì)區(qū)和源4及區(qū))和第二導(dǎo)電類型阱區(qū)構(gòu)成體二4及管。因此， 在本發(fā)明中，對于除了將要形成保護二極管的區(qū)域之外的區(qū)域，第 一導(dǎo)電類型體區(qū)和第二導(dǎo)電類型阱區(qū)構(gòu)成體二極管。此外，在將要 形成保護二極管的區(qū)域，第一導(dǎo)電類型體區(qū)和第二導(dǎo)電類型阱區(qū)構(gòu) 成保護二才及管。從而，可防止二極管器件損壞，并能改進擊穿電壓
性能。另外，能夠改進器件操作速度，由此能夠提高半導(dǎo)體器件的 產(chǎn)量。
雖然參照i午多示例性實施例描述了多個實施方式，應(yīng)該5里解本 領(lǐng)域中技術(shù)人員所設(shè)計的許多其他的修改和實施例將落入本公開
的原理的精神和范圍內(nèi)。具體而言，在本7>開、附圖和所附纟:又利要 求范圍內(nèi)，對部件和/或主題組合方式的配置進行多種改變和修改是 可能的。除了^"這些部4牛和/或配置的改變和{務(wù)改外，對本4頁i或纟支術(shù) 人員來說，替換使用也將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種制造具有體二極管的橫向DMOS器件的方法，所述方法包括在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底上形成第二導(dǎo)電類型阱，以及在所述第二導(dǎo)電類型阱中形成漏極區(qū)和第一導(dǎo)電類型體區(qū)；然后在所述第一導(dǎo)電類型體區(qū)中形成第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)；然后在除了將要形成保護二極管的區(qū)域以外的指定區(qū)域中靠近所述第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)形成源極區(qū)；然后在其中形成有所述源極區(qū)的所述半導(dǎo)體襯底的器件隔離區(qū)中形成場絕緣膜；然后在其上形成有所述場絕緣膜的半導(dǎo)體襯底的柵極形成區(qū)中形成柵極絕緣膜和柵電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過離子注入硼而形成所 述第一導(dǎo)電類型體區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述指定區(qū)域中，通過 以40到lOOKev的能量、"1013到4xl014離子/cm2的濃度執(zhí) 行離子注入過程而形成所述第一導(dǎo)電類型體區(qū)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在將要形成所述保護二極 管的區(qū)域中，通過以60至100KeV的能量、lx1014到7xl015離 子/cm2的濃度執(zhí)行離子注入過程而形成所述第 一導(dǎo)電類型體 區(qū)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過離子注入砷而形成所 述源4及區(qū)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過以20到100 KeV的 能量、5xl014到lx1016離子/cm2的濃度執(zhí)行離子注入過程而 形成戶斤述源才及區(qū)。
7. —種4黃向DMOS器件，包括體二極管區(qū)，具有第二導(dǎo)電類型阱區(qū)，形成在第一導(dǎo) 電類型半導(dǎo)體襯底中，所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)包括各自形成在 所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)中的第一導(dǎo)電類型體區(qū)和漏極區(qū)；第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)，形成在所述第一導(dǎo)電類型體區(qū)中；源;fel區(qū)， 形成在所述第一導(dǎo)電類型體區(qū)中；以及柵極絕緣膜和柵電極， 形成在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底上，其中，所述第一導(dǎo)電 類型體區(qū)和所述第二導(dǎo)電類型阱區(qū)構(gòu)成體二極管；以及保護二極管區(qū)，其中以預(yù)定間隔形成所述第一導(dǎo)電類型 雜質(zhì)區(qū)，其中，所述第一導(dǎo)電類型體區(qū)和所述第二導(dǎo)電類型阱 區(qū)構(gòu)成^f呆護二才及管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的器件，其中，通過注入硼離子而形成所 述第一導(dǎo)電類型體區(qū)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的器件，其中，在所述體二極管區(qū)中，通 過以40 3ij 100Kev的能量、lxlO3至'J 4xl014離子/cm2的;農(nóng)度 的離子注入過程形成所述第 一導(dǎo)電類型體區(qū)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的器件，其中，在所述保護二極管區(qū)域中， 通過以60至100KeV的能量、lx1014至7xl015離子/cm2的 濃度的離子注入過程形成所述第 一導(dǎo)電類型體區(qū)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的器件，其中，通過注入砷離子而形成所 述源才及區(qū)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件，其中，通過以20到100KeV的 能量、5xl014到lx1016離子/cm2的濃度的離子注入過程形成 所述源4及區(qū)。
13. —種制造橫向DMOS器件的方法，包括在具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底中形成具有第二導(dǎo)電 類型的阱；然后在所述阱中形成具有所述第二導(dǎo)電類型的漏極區(qū)；然后與所述漏極區(qū)間隔開，在所述阱中形成具有所述第一導(dǎo) 電類型的體區(qū)；然后在所述體區(qū)中形成具有所述第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)，用 于控制將^皮施加到所述體區(qū)的偏壓；然后在除了保護二極管區(qū)域之外的指定區(qū)域中，靠近所述雜 質(zhì)區(qū)形成具有所述第二導(dǎo)電類型的源4及區(qū)；然后在所 述半導(dǎo)體襯底的器件隔離區(qū)中形成場絕緣膜；然后4冊才及絕纟彖力莫；以及在所述柵極絕緣膜上以及部分地在所述場絕緣膜上形成 柵電極。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，具有第二導(dǎo)電類型的所 述阱包括N阱。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，具有第一導(dǎo)電類型的所 述半導(dǎo)體襯底包括p型半導(dǎo)體襯底。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，形成所述體區(qū)包括使用 硼寺丸4亍一 離子注入過禾呈。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在所述指定區(qū)域中，通 過以40到100Kev的能量、lxl0"到4xl014離子/cm2的濃度 執(zhí)行所述離子注入過程而形成所述體區(qū)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在所述保護二極管區(qū)中， 通過以60至100KeV的能量、lx1014至7xl015離子/cm2的 濃度執(zhí)行所述離子注入過程形成所述體區(qū)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，形成所述源極區(qū)包括使 用砷執(zhí)行離子注入過程。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，以20到100KeV的能量、 5xl014到lx1016離子/cm2的濃度執(zhí)行所述離子注入過程。
全文摘要
一種橫向DMOS器件，具有防止半導(dǎo)體器件擊穿同時增強擊穿電壓性能的結(jié)構(gòu)。該橫向DMOS器件可包括體二極管區(qū)，該體二極管區(qū)具有形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底中的第二導(dǎo)電類型阱區(qū)，第二導(dǎo)電類型阱區(qū)包括各自形成在第二導(dǎo)電類型阱區(qū)中的第一導(dǎo)電類型體區(qū)和漏極區(qū)；第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)，形成在第一導(dǎo)電類型體區(qū)中；源極區(qū)，形成在第一導(dǎo)電類型體區(qū)中；以及柵極絕緣膜和柵電極，形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底上，其中，第一導(dǎo)電類型體區(qū)和第二導(dǎo)電類型阱區(qū)構(gòu)成體二極管。該橫向DMOS器件還包括保護二極管區(qū)，其中，以預(yù)定間隔形成第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)，其中，第一導(dǎo)電類型體區(qū)和第二導(dǎo)電類型阱區(qū)構(gòu)成保護二極管。
文檔編號H01L29/78GK101308797SQ20081009328
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者方誠晚 申請人:東部高科股份有限公司