LDMOS器件的源区及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种LDMOS(1aterally diffused MOS,横向扩散MOS晶体管)器件。
背景技术
请参阅图1,这是现有的LDMOS的剖面示意图。在p型衬底10上具有n型埋层11,再往上则是n阱12。n阱12的深度通常大于2μm,也称为深n阱。n阱12中有多个隔离区13,这些隔离区13将n阱12中的n阱171和p阱172相互隔离。n阱171中具有n型重掺杂区181,作为LDMOS器件的漏极。p阱172中具有n型重掺杂区182和p型重掺杂区183,两者相连作为LDMOS器件的源极。p阱172即为LDMOS器件的源区。n阱12之上具有栅氧化层14,再往上为栅极15,作为LDMOS器件的栅极。栅氧化层14和栅极15两侧具有侧墙16。栅极15的下方包括隔离区13、n阱12和p阱172三个部分。
上述LDMOS的漂移区由n阱12和n阱171共同组成。但是n阱171的结构可以省略,此时漂移区则只由n阱12所组成。增加n阱171有利于提高LDMOS器件的击穿电压。
上述LDMOS中,将各部分结构的掺杂类型变为相反,也是可行的。图1所示的LDMOS为对称结构,实际器件并不要求一定为对称结构。
请参阅图2a,这是图1所示LDMOS的源区版图示意图。所述LDMOS的源区即p阱172,其总体呈狭长状,包括矩形的中间区域和半圆形的两端区域。其中矩形中间区域沿沟道方向的宽度为a’,半圆形两端区域沿沟道方向的宽度为b’,b’由最宽处的等于a’逐渐缩小为零。
请参阅图2b,这是图1所示LDMOS的有源区和栅极的版图示意图。其中有源区包括n阱171和n阱12。硅片表面除了n阱171和n阱12以外的区域均为隔离结构13。多晶硅栅极15的中间空出了一个狭长的、中间区域为矩形、两端区域为半圆形的空洞151。所述空洞151的矩形中间区域沿沟道方向的宽度为a,半圆形两端区域沿沟道方向的宽度为b,b由最宽处的等于a逐渐缩小为零。
LDMOS的源区即p阱172的制造方法为:
初始状态:硅片中已形成隔离结构13,隔离结构13之间即为有源区,有源区包括n阱171和n阱12。
第1步,先淀积一层多晶硅,通过光刻和刻蚀工艺形成多晶硅栅极15,从俯视角度看,其中间具有空洞151。所述空洞151呈狭长状,包括矩形的中间区域和半圆形的两端区域。
第2步,以多晶硅栅极15及其上的光刻胶为离子注入的阻挡层,以30~45度的大角度(与铅垂线之间的角度)进行离子注入工艺,此时所述空洞151以内的n阱12形成p阱172。
由于是倾斜角度的离子注入,p阱172的形状与所述空洞151一致,但p阱172的范围比所述空洞151略大即a’>a,b’>b。
请参阅图3,在最大注入角度为45度的离子注入工艺中,通常要求离子注入阻挡层与被注入层之间的高度差H≤离子注入阻挡层之间的间距D,否则就可能造成离子注入不均匀,这称为离子注入的阴影效应。
LDMOS器件中,为了缩小面积,所述空洞151的中间矩形区域沿沟道方向宽度a通常取最小值,即等于或略大于光刻胶20和多晶硅栅极15的总高度。可是在所述空洞151的两端半圆形区域,沿沟道方向的宽度b从最宽处等于a逐渐缩小至零。显然倾斜角度的离子注入工艺在所述空洞151两端区域中出现了离子注入的阴影效应,这会导致所形成的p阱172的两端掺杂不均匀,甚至出现薄弱之处,最终导致LDMOS器件的击穿电压受限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种LDMOS的源区,可以提高LDMOS器件的击穿电压。为此,本发明还要提供所述LDMOS的源区的制造方法。
为解决上述技术问题,本发明LDMOS的源区呈哑铃状,包括矩形的中间区域和多边形的两端区域;
所述源区的矩形中间区域沿沟道方向的宽度为a’;
所述源区的多边形两端区域沿沟道方向的最小宽度为c’垂直沟道方向的最小宽度为d’,c’≥a’,d’≥a’;
所述沟道方向为LDMOS器件的源区到漏区的方向。
所述LDMOS的源区的制造方法为:
第1步,在硅片表面淀积一层多晶硅,以光刻和刻蚀工艺对所述多晶硅进行刻蚀,形成多晶硅栅极;
所述多晶硅栅极的中间有空洞;所述空洞呈哑铃状,包括中间的矩形区域和两端的多边形区域;所述空洞的矩形中间区域沿沟道方向的宽度为a;所述空洞的多边形两端区域沿沟道方向的最小宽度为c,垂直沟道方向的最小宽度为d;c≥a,d≥a;
所述硅片中已形成隔离结构,隔离结构之间已形成有源区;
第2步,以所述多晶硅栅极为阻挡层,进行倾斜角度的离子注入,在所述空洞内的有源区形成LDMOS的源区。
本发明将多晶硅栅极的空洞从传统的狭长状变为哑铃状,并确保该空洞的两端区域沿沟道方向和垂直沟道方向的最小宽度。这样在制造LDMOS的源区时,在该空洞的两端区域就不会出现离子注入的阴影效应,因此形成的LDMOS器件的源区不会出现离子注入不均匀、也不会出现薄弱的情况,这有利于提高LDMOS器件的击穿电压。
附图说明
图1是现有的LDMOS的剖面示意图;
图2a现有的LDMOS的源区的版图示意图;
图2b是现有的LDMOS的有源区和栅极的版图示意图;
图3是离子注入的阴影效应的示意图;
图4a是本发明LDMOS的源区的版图示意图;
图4b是本发明LDMOS的有源区和栅极的版图示意图。
图中附图标记说明:
10为p型衬底;11为n型埋层;12为n阱;13为隔离区;14为栅氧化层;15为栅极;151为栅极的空洞;16为侧墙;171、173为n阱;172为p阱;181、182、184为n型重掺杂区;183为p型重掺杂区;20为光刻胶。
具体实施方式
下面以n型LDMOS为例对本发明进行介绍,本发明同样可适用于p型LDMOS,只需将n型LDMOS中各部分掺杂类型变为相反即可。
请参阅图4a,这是本发明LDMOS的源区的版图示意图。所述LDMOS的源区即p阱172,其总体呈哑铃状,包括矩形的中间区域和多边形的两端区域。其中矩形中间区域沿沟道方向的宽度为a’,即矩形的短边尺寸。多边形两端区域沿沟道方向的最小宽度为c’,最大宽度为e’,c’≥a’,1.5a’≤e’≤2a’。多边形两端区域垂直沟道方向的最小宽度为d’,最大宽度为f’,d’≥a’,1.5a’≤f’≤2a’。
本发明对LDMOS的源区的改进,是将其版图形状(从俯视角度看)的两端区域由半圆形改为多边形,且多边形两个方向上的最小尺寸都大于中间矩形区域的尺寸。
请参阅图4b,这是本发明LDMOS的有源区和栅极的版图示意图。其中有源区包括n阱171和n阱12。硅片表面除了n阱171和n阱12以外的区域均为隔离结构13。多晶硅栅极15的中间空出了一个哑铃状的、中间区域为矩形、两端区域为半圆形的空洞151。所述空洞151的矩形中间区域沿沟道方向的宽度为a,即矩形的短边尺寸。所述空洞151的多边形两端区域沿沟道方向的最小宽度为c,最大宽度为e,c≥a,1.5a≤e≤2a。所述空洞151的多边形两端区域垂直沟道方向的最小宽度为d,最大宽度为f,d≥a,1.5a≤f≤2a。
本发明对LDMOS的栅极的改进,是将其版图形状(从俯视角度看)中间空洞的两端区域由半圆形改为多边形,且多边形两个方向上的最小宽度都大于中间矩形区域的宽度。
图4a和图4b中,对源区的两端区域、多晶硅栅极的两端区域示意性地表示为八边形,本发明并不对此作出限定。任何多边形,只要其沿沟道方向的最小尺寸(宽度)和垂直沟道方向的最小尺寸(宽度)均大于源区或多晶硅栅极的中间区域的尺寸(宽度)即可。
所述LDMOS的源区的制造方法为:
初始状态:硅片中已形成隔离结构13,隔离结构13之间即为有源区,有源区包括n阱171和n阱12。
第1步,在硅片表面淀积一层多晶硅,以光刻和刻蚀工艺对所述多晶硅进行刻蚀,形成多晶硅栅极;
所述多晶硅栅极的中间有空洞;所述空洞呈哑铃状,包括中间的矩形区域和两端的多边形区域;所述矩形中间区域沿沟道方向的宽度为a;所述多边形两端区域沿沟道方向的最小宽度为c,垂直沟道方向的最小宽度为d;c≥a,d≥a;
第2步,以所述多晶硅栅极为阻挡层,进行倾斜角度的离子注入,在所述空洞内的有源区形成LDMOS的源区。
本发明将多晶硅栅极的空洞从传统的狭长状变为哑铃状,这样在制造LDMOS的源区时,在该空洞的两端区域就不会出现离子注入的阴影效应,因此形成的LDMOS器件的源区不会出现离子注入不均匀、也不会出现薄弱的情况,这有利于提高LDMOS器件的击穿电压。
由于是倾斜角度的离子注入,所形成的p阱172的形状与所述空洞151一致,但p阱172的范围比所述空洞151略大即a’>a,c’>c,d’>d,e’>e,f’>f。
所述方法第2步中,倾斜角度的离子注入为30~45度角的离子注入,以铅垂线为角度基准。
综上所述,本发明通过将LDMOS的源区形状进行改变,确保了源区的制造质量。而新形状的源区,是通过对多晶硅栅极的版图形状进行调整实现的。