專利名稱：橫向擴(kuò)散mos器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種橫向擴(kuò)散MOS器件，以及這種橫 向擴(kuò)散MOS器件的制備方法。
背景技術(shù)：
靜電對于電子產(chǎn)品的傷害一直是不易解決的問題，當(dāng)今使用最多的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu) 多使用GGNMOS結(jié)構(gòu)(Ground Gate匪OS)。但其主要應(yīng)用于低壓電路的靜電保護(hù)。目前應(yīng) 用于高壓電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)比較流行的是橫向擴(kuò)散M0S(Lateral Diffusion MOS)。如圖1所示，采用橫向擴(kuò)散的NMOS解決高壓電路的靜電保護(hù)問題。該橫向擴(kuò)散 NMOS結(jié)構(gòu)在P型襯底上有N型深講，LDMOS就形成在該N型深阱中，包括一個多晶硅柵、一 個P阱，一個N型深講，多個N+擴(kuò)散區(qū)，P+擴(kuò)散區(qū)組成；其中所有的擴(kuò)散區(qū)和P型注入?yún)^(qū)，P 阱均位于同一 N型深阱中；一個位于N型深阱中的N+擴(kuò)散區(qū)和P型注入?yún)^(qū)組成漏極，在漏 極的N型擴(kuò)散區(qū)和柵極多晶硅之間有一場氧化區(qū)隔離。柵極的多晶硅一部分跨在此場氧化 區(qū)上方，另一部分跨在N型深阱和P阱上方。多晶硅與P阱交匯區(qū)即為溝道區(qū)。在P阱中 的N型擴(kuò)散區(qū)形成源極，其一側(cè)緊貼柵極多晶硅，另一側(cè)為場氧化區(qū)。在P阱中的P型擴(kuò)散 區(qū)將P阱電位連出，與柵極多晶硅和源極N型擴(kuò)散區(qū)一起均連接到地端。而漏極的N型擴(kuò) 散區(qū)連接到輸出入焊墊端。在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖8所示，制備橫向擴(kuò)散NMOS器件一般包括以下步驟1. N型深 阱形成；2，高壓N阱形成；3，高壓P阱形成；4，場氧化區(qū)形成；5，低壓N阱的形成；6，低壓P 阱形成；7，多晶硅下薄氧化層形成；8，多晶硅柵形成；9，源漏N型擴(kuò)散區(qū)形成；10，源漏P型 擴(kuò)散區(qū)形成；11，接觸孔形成；12，連線金屬形成。對著類橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)在ESD發(fā)生下的工作原理進(jìn)行以下分析，如圖3所示， 在ESD正電荷從輸出入焊墊進(jìn)入此結(jié)構(gòu)后，導(dǎo)致此結(jié)構(gòu)中的寄生三極管導(dǎo)通。一個是由漏 極N型深阱、源極的N+擴(kuò)散區(qū)以及其溝道下的P阱組成的橫向三極管，另一個是由漏極N 型深阱、源極的N+擴(kuò)散區(qū)以及其源區(qū)下的P阱組成的縱向三極管。在ESD來臨時，這兩個 寄生的三極管均會開啟瀉流。在漏極的N+擴(kuò)散區(qū)和靠近柵極一側(cè)的場氧化區(qū)的交匯處容 易產(chǎn)生大的電場，對于圖1結(jié)構(gòu)，漏區(qū)N型雜質(zhì)的濃度在表面比硅深層處的濃度高，這樣造 成橫向三極管的通路電阻比縱向三極管的通路電阻小，ESD電流更多的從橫向三極管導(dǎo)通 路徑上經(jīng)過，大的電流也會通過此交匯點(diǎn)，產(chǎn)生大量的熱，當(dāng)溫度過高時，導(dǎo)致此處場氧化 區(qū)的物理損傷。橫向擴(kuò)散PMOS的結(jié)構(gòu)與上述圖1中的橫向擴(kuò)散NMOS的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，其工作原理 與圖3中橫向擴(kuò)散NMOS器件的工作原理想對應(yīng)，其中的橫向寄生三極管的通路電阻比縱向 三極管的通路電阻小，因此ESD電流更多的從橫向三極管的導(dǎo)通路徑上經(jīng)過，大的電流也 會通過此處的交匯點(diǎn)，造成物理損傷?，F(xiàn)有技術(shù)中的橫向擴(kuò)散MOS器件中電流大多從橫向寄生三極管導(dǎo)通路徑上經(jīng)過， 造成器件漏區(qū)與場氧化區(qū)交匯點(diǎn)容易損傷，因此降低了 MOS器件的瀉流能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種橫向擴(kuò)散MOS器件，能夠提高橫向擴(kuò)散 MOS器件的瀉流能力，為此，本發(fā)明還提供一種橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種橫向擴(kuò)散MOS器件的技術(shù)方案是，在深阱中的 漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方還包括雜質(zhì)類型與深阱雜質(zhì)類型相反的 注入?yún)^(qū)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，當(dāng)橫向擴(kuò)散MOS器件為N型MOS器件，所述的深阱為 N型深阱，漏極的擴(kuò)散區(qū)為N+擴(kuò)散區(qū)，柵極的阱區(qū)為P阱，在N型深阱的漏極的N+擴(kuò)散區(qū)和 柵極的P阱之間的場氧化區(qū)下方還包括P型注入?yún)^(qū)。本發(fā)明一種橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法的技術(shù)方案是，還包括一個在深阱中的 漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)的步
馬聚ο作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，當(dāng)橫向擴(kuò)散MOS器件為N型MOS器件，還包括一個在 N型深阱中的漏極的N+擴(kuò)散區(qū)與柵極的P阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相 反的P型注入?yún)^(qū)的步驟。本發(fā)明橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法通過在在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的 阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方注入與深阱雜質(zhì)類型相反，從而在此處形成一個注入?yún)^(qū)，使得流 向漏端的電流較為均勻的分布在半導(dǎo)體體內(nèi)和表面，從而有效的提高了橫向擴(kuò)散MOS電路 中靜電保護(hù)(ESD)器件的穩(wěn)定性。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)和電流分布圖
圖2為本發(fā)明橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)示意圖3為現(xiàn)有技術(shù)橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)等效電路圖4為本發(fā)明橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)的電流分布圖5為本發(fā)明橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)的等效電路圖6為本發(fā)明橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用電路圖
圖7為本發(fā)明橫向擴(kuò)散PMOS結(jié)構(gòu)示意圖8為現(xiàn)有技術(shù)橫向擴(kuò)散NMOS器件制備方法流程圖
圖9為本發(fā)明制備方法實(shí)施例一的流程圖10為本發(fā)明制備方法實(shí)施例二的流程圖11為本發(fā)明制備方法實(shí)施例三的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例以橫向擴(kuò)散NMOS器件為例，此結(jié)構(gòu)在P型襯底上形成 一個N型深阱。包括一個多晶硅柵，一個P阱，多個N+擴(kuò)散區(qū)，P+擴(kuò)散區(qū)，還有一個P型注 入?yún)^(qū)，該P(yáng)型注入?yún)^(qū)位于N型深阱中，并且其位置在漏極的N+擴(kuò)散區(qū)和柵極的P阱之間的場氧化區(qū)下方。其中所有的擴(kuò)散區(qū)(包括N+擴(kuò)散區(qū)和P+擴(kuò)散區(qū))和P型注入?yún)^(qū)，P阱均位于同一 N型深阱中。一個位于N型深阱中的N+擴(kuò)散區(qū)和P型注入?yún)^(qū)組成漏極，在漏極的N型擴(kuò)散 區(qū)和柵極多晶硅之間有一場氧化區(qū)隔離，P型注入?yún)^(qū)位于此場氧化區(qū)下方。柵極的多晶硅 一部分跨在此場氧化區(qū)上方，另一部分跨在N型深阱和P阱上方。多晶硅與P阱交匯區(qū)即 為溝道區(qū)。在P阱中的N型擴(kuò)散區(qū)形成源極，其一側(cè)緊貼柵極多晶硅，另一側(cè)為場氧化區(qū)。如圖5所示，在本發(fā)明的橫向擴(kuò)散NMOS器件中也包括兩個寄生三極管，一個寄生 橫向NPN三極管，一個寄生縱向NPN三極管如圖5所示，在P阱中的P型擴(kuò)散區(qū)將P阱電位連出，與柵極多晶硅和源極N型擴(kuò) 散區(qū)一起均連接到地端。而漏極的N型擴(kuò)散區(qū)連接到輸出入焊墊端。采用本發(fā)明的橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)，在漏區(qū)的場氧化區(qū)下方注入P型雜質(zhì)，使ESD 電流必須通過P型注入?yún)^(qū)下方流過，讓更多的電流通過縱向三極管來泄放。如圖4所示，本 發(fā)明的橫向擴(kuò)散NMOS結(jié)構(gòu)，其電流通過P型注入?yún)^(qū)下方流過。如圖7所示，本發(fā)明橫向擴(kuò)散PMOS結(jié)構(gòu)此結(jié)構(gòu)在N型襯底上形成一個P型深阱。 包括一個多晶硅柵，一個N講，多個P+擴(kuò)散區(qū)，N+擴(kuò)散區(qū)，還有一個N型注入?yún)^(qū)，該N型注 入?yún)^(qū)位于P型深阱中，并且其位置在漏極的P+擴(kuò)散區(qū)和柵極的N阱之間的場氧化區(qū)下方。其中所有的擴(kuò)散區(qū)(包括N+擴(kuò)散區(qū)和P+擴(kuò)散區(qū))和N型注入?yún)^(qū)，N阱均位于同一 P型深阱中。一個位于P型深阱中的P+擴(kuò)散區(qū)和N型注入?yún)^(qū)組成漏極，在漏極的P型擴(kuò)散 區(qū)和柵極多晶硅之間有一場氧化區(qū)隔離，N型注入?yún)^(qū)位于此場氧化區(qū)下方。柵極的多晶硅 一部分跨在此場氧化區(qū)上方，另一部分跨在P型深阱和N阱上方。多晶硅與N阱交匯區(qū)即 為溝道區(qū)。在N阱中的P型擴(kuò)散區(qū)形成源極，其一側(cè)緊貼柵極多晶硅，另一側(cè)為場氧化區(qū)。本發(fā)明采用本發(fā)明的橫向擴(kuò)散PMOS結(jié)構(gòu)，在漏區(qū)的場氧化區(qū)下方注入N型雜質(zhì)， 使ESD電流必須通過P型注入?yún)^(qū)下方流過，讓更多的電流通過縱向三極管來泄放。從而避 開漏區(qū)與場氧化區(qū)的容易損傷的交匯點(diǎn)，來提高此NMOS的ESD瀉流能力。本發(fā)明中可以采用通常的方法制造橫向擴(kuò)散MOS器件，但是在其中增加一個注入 的步驟，用以在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方進(jìn)行注入，形成 與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)。注入的能量要確保濃度的峰值處于場氧化區(qū)下方，并且注 入的劑量需使場氧化區(qū)下方的N型深阱雜質(zhì)反型。當(dāng)橫向擴(kuò)散MOS器件為N型MOS器件時，所增加的注入步驟為，在N型深阱中的漏 極的N+擴(kuò)散區(qū)與柵極的P阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的P型注入 區(qū)的步驟。當(dāng)橫向擴(kuò)散MOS器件為P型MOS器件，所增加的注入步驟為，在P型深阱中的漏極 的P+擴(kuò)散區(qū)與柵極的N阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的N型注入?yún)^(qū) 的步驟。并且，所述的在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與 深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)的步驟可以在以下步驟中形成，一集成到形成橫向擴(kuò)散MOS 器件中與該注入?yún)^(qū)雜質(zhì)類型相同的阱的步驟中；二 集成到與該注入?yún)^(qū)雜質(zhì)類型相同的注 入步驟中 ’三在形成橫向擴(kuò)散MOS器件過程中單獨(dú)進(jìn)行在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極 的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)的步驟。
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如圖9所示，在本發(fā)明橫向擴(kuò)散NMOS制備方法第一實(shí)施例中，制備橫向擴(kuò)散NMOS 器件一般包括以下步驟1. N型深阱形成；2，高壓N阱形成；3，高壓P阱形成，同時形成P型 注入擴(kuò)散區(qū)；4，場氧化區(qū)形成；5，低壓N阱的形成；6，低壓P阱形成；7，多晶硅下薄氧化層 形成；8，多晶硅柵形成；9，源漏N型擴(kuò)散區(qū)形成；10，源漏P型擴(kuò)散區(qū)形成；11，接觸孔形成； 12，連線金屬形成。即，在高壓P阱形成的同時，在常規(guī)工藝中進(jìn)行高壓P阱注入的同時，用 同一個工序形成P型注入擴(kuò)散區(qū)。如圖10所示，在本發(fā)明橫向擴(kuò)散NMOS制備方法第二實(shí)施例中，制備橫向擴(kuò)散NMOS 器件一般包括以下步驟1. N型深阱形成；2，高壓N阱形成；3，高壓P阱形成；4，場氧化區(qū)形 成；4’，進(jìn)行低劑量、高能的離子注入形成P型注入擴(kuò)散區(qū)；5，低壓N阱的形成；6，低壓P阱 形成；7，多晶硅下薄氧化層形成；8，多晶硅柵形成；9，源漏N型擴(kuò)散區(qū)形成；10，源漏P型擴(kuò) 散區(qū)形成；11，接觸孔形成；12，連線金屬形成。即，在常規(guī)工藝形成場氧化區(qū)之后，增加一 個步驟，進(jìn)行低劑量、高能的離子注入形成P型注入擴(kuò)散區(qū)。如圖11所示，在本發(fā)明橫向擴(kuò)散NMOS制備方法第三實(shí)施例中，制備橫向擴(kuò)散NMOS 器件一般包括以下步驟1. N型深阱形成；2，高壓N阱形成；3，高壓P阱形成；4，場氧化區(qū)形 成；5，低壓N阱的形成；6，低壓P阱形成，同時形成P型注入擴(kuò)散區(qū)；7，多晶硅下薄氧化層 形成；8，多晶硅柵形成；9，源漏N型擴(kuò)散區(qū)形成；10，源漏P型擴(kuò)散區(qū)形成；11，接觸孔形成； 12，連線金屬形成。即，在常規(guī)工藝中進(jìn)行低壓P阱注入的同時，用同一個工序形成P型注 入擴(kuò)散區(qū)。橫向擴(kuò)散NMOS制備方法與上述制備橫向擴(kuò)散PMOS的方法相對應(yīng)。本發(fā)明通過增加一個在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下 方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)的步驟，在橫向擴(kuò)散MOS器件的深阱中的漏極的擴(kuò)散 區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成一個與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)，引導(dǎo)由寄生 晶體管來的電流大部分經(jīng)體內(nèi)流向ESD器件的源端。并且它不會改變ESD器件的擊穿電壓。 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)將大大減少LOCOS (Local Oxidation of Silicon，局部硅氧化隔離)邊沿出 的電路密度，使得相當(dāng)部分的電流經(jīng)半導(dǎo)體體內(nèi)流向ESD器件的源端，從而提高了 ESD器件 的可靠性。另外，此結(jié)構(gòu)通過共用漏極，源極，和柵極組成多指狀結(jié)構(gòu)來提高整體的ESD能 力。
權(quán)利要求
一種橫向擴(kuò)散MOS器件，其特征在于，在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方還包括雜質(zhì)類型與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散MOS器件，其特征在于，當(dāng)橫向擴(kuò)散MOS器件為N型 MOS器件，所述的深阱為N型深講，漏極的擴(kuò)散區(qū)為N+擴(kuò)散區(qū)，柵極的阱區(qū)為P阱，在N型深 阱的漏極的N+擴(kuò)散區(qū)和柵極的P阱之間的場氧化區(qū)下方還包括P型注入?yún)^(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散MOS器件，其特征在于，當(dāng)橫向擴(kuò)散MOS器件為P型 MOS器件，所述的深阱為P型深講，漏極的擴(kuò)散區(qū)為P+擴(kuò)散區(qū)，柵極的阱區(qū)為N阱，在P型深 阱的漏極的P+擴(kuò)散區(qū)和柵極的N阱之間的場氧化區(qū)下方還包括N型注入?yún)^(qū)。
4.一種制備權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法，其特征在于，還包括一個 在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的 注入?yún)^(qū)的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法，其特征在于，當(dāng)橫向擴(kuò)散MOS 器件為N型MOS器件，還包括一個在N型深阱中的漏極的N+擴(kuò)散區(qū)與柵
極的P阱區(qū)之間的 場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的P型注入?yún)^(qū)的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法，其特征在于，當(dāng)橫向擴(kuò)散MOS 器件為P型MOS器件，還包括一個在P型深阱中的漏極的P+擴(kuò)散區(qū)與柵極的N阱區(qū)之間的 場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的N型注入?yún)^(qū)的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、或5、或6所述的橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法，其特征在于，所述 的在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反 的注入?yún)^(qū)的步驟集成到形成橫向擴(kuò)散MOS器件中與該注入?yún)^(qū)雜質(zhì)類型相同的阱的步驟中。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、或5、或6所述的橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法，其特征在于，所述 的在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反 的注入?yún)^(qū)的步驟集成到與該注入?yún)^(qū)雜質(zhì)類型相同的注入步驟中。9.根據(jù)權(quán)利要求4、或5、或6所述的橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法，其特征在于，在形 成橫向擴(kuò)散MOS器件過程中單獨(dú)進(jìn)行在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧 化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橫向擴(kuò)散MOS器件，在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方還包括雜質(zhì)類型與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)。本發(fā)明還公開了一種橫向擴(kuò)散MOS器件的制備方法，還包括一個在深阱中的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)的步驟。本發(fā)明增加一個注入步驟，在深阱的漏極的擴(kuò)散區(qū)與柵極的阱區(qū)之間的場氧化區(qū)下方形成一個與深阱雜質(zhì)類型相反的注入?yún)^(qū)，從而引導(dǎo)油寄生晶體管來的電流大部分經(jīng)體內(nèi)流向ESD器件的源端，從而提高整體的ESD能力。
文檔編號H01L21/336GK101924131SQ20091005740
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者徐向明, 蘇慶 申請人:上海華虹Nec電子有限公司