漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的ldmos管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管，該LDMOS管的場極板分為耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，耗盡區(qū)與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區(qū)靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。本發(fā)明還公開了上述LDMOS管的制造方法。本發(fā)明通過將場極板分為摻雜類型不同的耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，并和柵一起構(gòu)成NPN（或PNP）結(jié)構(gòu)，使柵、漏之間的電壓差能連續(xù)分布在場極板的耗盡區(qū)內(nèi)，從而減少了場極板與漂移區(qū)尤其是漏之間的電壓差，消除了由場極板引起的熱載流子效應(yīng)。
【專利說明】漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在LDMOS的設(shè)計中，如何提高LDMOS管的耐壓一直是器件設(shè)計的核心內(nèi)容。目前，提高LDMOS管耐壓的技術(shù)主要包括優(yōu)化漂移區(qū)的摻雜濃度及漂移區(qū)的尺寸，場極板的應(yīng)用以及用以降低表面電場強度的各種RESURF技術(shù)。其中，場極板技術(shù)因其技術(shù)簡單，效果好，而被廣泛地應(yīng)用。場極板的采用有效地降低了峰值電場，改善了溝道及場氧下漂移區(qū)的電場分布。
[0003]目前的場板結(jié)構(gòu)通常是將場極板接一個固定電壓，例如和柵極直接相連，如圖1所示。這樣，在截止狀態(tài)時，場極板和柵接相同的零電位，而在導(dǎo)通狀態(tài)時為柵的導(dǎo)通電壓。在此情況下，當漏電壓上升到較高的工作電壓時(通常遠高于導(dǎo)通情況下的柵電壓)，在漂移區(qū)會有一個連續(xù)的電壓分布，而場極板則是固定的與柵相同的電壓。這樣就會使場極板和漏之間的電壓差有一個分布，并在靠近漏的一端形成一個較高的壓差，如圖2所示。這樣，場板和漂移區(qū)之間就會形成較強的電場，這一電場的存在會對相應(yīng)的載流子產(chǎn)生一個朝向場板方向的牽弓I或排斥的作用。對于PLDMOS而言，在柵極電壓為零或在較低的負的柵極工作電位，而漏接較高的負的工作電位時，此電場便為場極板指向漂移區(qū)的向下的電場，空穴會被向下牽引，電子則被向上推動，造成電子向場氧注入，被場氧俘獲并在場氧的界面處積累而形成一個電荷層，對漂移區(qū)的能帶產(chǎn)生影響，進而影響器件特性，通常對PLDMOS管會造成漂移區(qū)的電阻降低，使線性電流增加，如圖3所示。這個現(xiàn)象對由碰撞產(chǎn)生的熱電子尤為明顯。對NLDMOS則相反，電場方向為由漂移區(qū)向上指向場板，其對載流子的作用也正好相反，并產(chǎn)生同樣的器件漂移。因此如何消除或減小場極板和漏之間的電壓差，降低由此產(chǎn)生的電場，消除熱載流子的注入效應(yīng)及由此產(chǎn)生的器件劣化，增加熱載流子壽命非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管，它的場極板和漂移區(qū)之間的電壓差較小，可以消除熱載流子的注入效應(yīng)，提高LDMOS管的耐壓。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管，包括有場極板和柵，均由連續(xù)的多晶硅構(gòu)成，柵與柵極相連，場極板進一步分為耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，其中，耗盡區(qū)與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區(qū)靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二是提供上述LDMOS管的制造方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管的制造方法，在完成場氧和柵氧的生長后，還包括以下步驟:[0008]I)淀積非摻雜的柵多晶硅；
[0009]2)進行離子注入摻雜；
[0010]3)在柵區(qū)和場極板的連接區(qū)涂布光刻膠，然后顯影；
[0011]4)在柵區(qū)和場極板的連接區(qū)進行離子注入摻雜，摻雜類型與步驟2)的摻雜類型相反；
[0012]5)去除光刻膠。
[0013]本發(fā)明的LDMOS管，通過將場極板分為耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，并和柵一起構(gòu)成NPN (或PNP)結(jié)構(gòu)，使柵、漏之間的電壓差得以連續(xù)分布在場極板的耗盡區(qū)內(nèi)，從而減少了場極板與漂移區(qū)尤其是漏之間的電壓差和載流子向場氧的注入，消除了由場極板引起的熱載流子效應(yīng)，并有效降低了場極板末端的電場強度，提高了 LDMOS管的耐壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是目前的PLDMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1的場極板結(jié)構(gòu)在導(dǎo)通狀態(tài)時，場極板和漂移區(qū)之間形成強電場，牽引電子移動的示意圖。
[0016]圖3是圖1的PLDMOS在正常情況下和在圖2所示情況下的IdVg特性曲線。
[0017]圖4是本發(fā)明實施例的PLDMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點與功效有更具體的了解，現(xiàn)以PLDMOS管為例，并結(jié)合圖示的實施方式，對本發(fā)明的LDMOS管及其制造方法詳述如下:
[0019]如圖4所示，本實施例的PLDMOS管的柵和場極板由連續(xù)的多晶硅(poly)構(gòu)成；柵為N型重摻雜，并與柵極相連；場極板分為P型多晶硅場極板(耗盡區(qū))和N型多晶硅場極板(連接區(qū))兩部分，兩部分的大小可以根據(jù)實際需要靈活調(diào)整。其中，P型多晶硅場極板的摻雜類型與柵相反，為P型輕摻雜；該P型多晶硅場極板與柵連接，并和柵在連接處形成一個PN結(jié)；N型多晶硅場極板靠近漏的一端，與漏極連接，并與柵摻雜類型相同，為N型重摻雜；該N型多晶硅場極板與P型多晶硅場極板也形成一個PN結(jié)，從而整個柵與場極板就一起形成一個NPN的結(jié)構(gòu)。
[0020]該PLDMOS管的制作方法是在B⑶(bipolar CMOS DM0S)工藝流程中，在完成場氧和柵氧的生長后，進行如下工藝步驟:
[0021]步驟I，用低壓化學氣相沉積法在整片硅片(包括柵氧和場氧)上淀護HOU?3000A的非摻雜的柵多晶硅。
[0022]步驟2，進行BF2的普注(即在步驟I完成后，不用光刻膠掩模，對整片硅片進行注入)。注入能量為3?30KeV，注入劑量為Ie13?le14/cm2。
[0023]本步驟也可以采用硼注入，能量為3?6KeV，劑量為Ie13?le14/cm2。
[0024]步驟3，在柵區(qū)及N型多晶硅場極板區(qū)域涂布光刻膠，然后進行顯影。
[0025]步驟4，在柵區(qū)及N型多晶硅場極板區(qū)進行磷注入，能量為10?40KeV，劑量為Ie15 ?6e15/cm2。
[0026]本步驟也可以采用砷注入，能量為20?80KeV，劑量為Ie15?6e15/cm2。[0027]步驟5，去除光刻膠，得到圖4所示結(jié)構(gòu)的PLDMOS管。
[0028]該PLDMOS管的一端通過柵與柵極相連，另一端則通過與柵相同摻雜的場極板的一部分與漏相連。這樣，無論柵與漏之間的相對電壓如何變化，場極板都不會導(dǎo)通。而當柵、漏之間有電壓差時，電壓差將主要在場極板的耗盡區(qū)(即P型多晶硅場極板區(qū)域)內(nèi)耗盡展開，并將電壓差連續(xù)分布在耗盡區(qū)內(nèi)。這樣，場極板上的電壓就具有了與漂移區(qū)相近的連續(xù)分布，場極板與漂移區(qū)的電壓差尤其是接近漏端的電壓差得以大幅減小，從而減少了載流子向場氧的注入，降低了熱載流子效應(yīng)。同時，還可以減小普通場極板末端的電場強度，提聞管子的擊穿電壓。
【權(quán)利要求】
1.漂移區(qū)具有橫向濃度梯度的LDMOS管，包括場極板和柵，場極板和柵由連續(xù)的多晶硅構(gòu)成，柵與柵極相連，其特征在于，場極板分為耗盡區(qū)和連接區(qū)兩部分，耗盡區(qū)與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區(qū)靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LDMOS管，其特征在于，該LDMOS管為PLDMOS管，柵和場極板的連接區(qū)為N型重摻雜，場極板的耗盡區(qū)為P型輕摻雜。
3.權(quán)利要求1所述LDMOS管的制造方法，其特征在于，在完成場氧和柵氧的生長后，還包括以下步驟: 1)淀積非摻雜的柵多晶硅； 2)進行離子注入摻雜； 3)在柵區(qū)和場極板的連接區(qū)涂布光刻膠，然后顯影； 4)在柵區(qū)和場極板的連接區(qū)進行離子注入摻雜，摻雜類型與步驟2)的摻雜類型相反； 5)去除光刻膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1)，用低壓化學氣相沉積法淀積柵多晶娃。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟1)，柵多晶硅厚度為1WK)?3000A。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2)，離子源為BF2或硼。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，BF2注入的能量為3?30KeV，劑量為Ie13?Ie1Vcm2 ;硼注入的能量為3?6KeV，劑量為Ie13?le14/cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟4)，離子源為磷或砷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，磷注入的能量為10?40KeV，劑量為Ie15?6e15/cm2 ;砷注入的能量為20?80KeV，劑量為Ie15?6e15/cm2。
【文檔編號】H01L29/78GK103811544SQ201210437584
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】楊文清, 趙施華, 邢軍軍 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司