超高压LDMOS的工艺制作方法
技术领域
本发明涉及一种LDMOS(横向双扩散金属氧化物半导体场效应管)的工艺制作方法,特别是涉及一种超高压LDMOS的工艺制作方法。
背景技术
LDMOS(横向双扩散金属氧化物半导体场效应管)器件是一种双扩散结构的功率器件。为了增加击穿电压,在有源区和漏区之间有一个漂移区,而该LDMOS中的漂移区是该类器件设计的关键,漂移区的杂质浓度比较低,因而,当LDMOS接高压时,漂移区由于是高阻,能够承受更高的电压。
超高压LDMOS最关键的技术是满足器件超高击穿电压,当器件开始漏端施加电压,器件漂移区逐渐耗尽,而器件局部场氧隔离(LOCOS)的鸟嘴部分是电场的集中部分,当漏端电压逐步升高,鸟嘴处的电场强度也随之升高。理想状况是在器件漏端超高压击穿前,LOCOS鸟嘴处的电场强度都不超过硅的临界电场,以实现器件的超高击穿电压。但事实上,在只有几十伏漏端电压时,由于漂移区的耗尽宽度还很少,LOCOS处的电场强度已经很高,甚至超过硅的临界电场,造成设计指标几百伏的器件在几十伏就在鸟嘴处击穿。造成鸟嘴处电场强度过高的原因是鸟嘴处的漂移区浓度过高,但漂移区的掺杂浓度由器件的导通电阻指标决定,不宜降低,击穿电压和导通电阻成为超高压LDMOS器件设计的一对矛盾。特别是隔离沟道的LDMOS中,飘移区涵盖整个器件,更容易提升鸟嘴处的电场强度,造成器件击穿电压低下。
另外,浅槽隔离(STI)场氧工艺制作的超高压LDMOS也有同样的问题,在LDMOS中STI的边缘非常容易击穿。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超高压LDMOS的工艺制作方法,通过对超高压LDMOS中沟道和场氧之间的漂移区位置进行反掺杂离子注入,适当降低该区域的净掺杂,降低该区域的电场强度,避免发生雪崩击穿,提高器件击穿电压。
为解决上述技术问题,本发明的超高压(击穿电压大于100V)LDMOS的工艺制作方法,包括:
对LDMOS中,场氧边缘到沟道的区域进行选择性离子注入,掺杂与沟道同型的杂质,该杂质浓度低于漂移区杂质浓度,优选为,掺杂与沟道同型的杂质,与漂移区杂质的浓度比为十分之一到三分之一。
所述选择性离子注入的方式,包括:
(1)当LDMOS采用局部场氧隔离(LOCOS)工艺时,该离子注入在LOCOS制作前,利用光刻打开LOCOS鸟嘴到沟道边的区域,注入与沟道同型的杂质,利用后面场氧氧化及热过程进行推阱,注入的杂质剂量与漂移区杂质的浓度比为十分之一到三分之一;
(2)当LDMOS采用浅槽隔离(STI)工艺时,该离子注入可在STI制作前完成,利用光刻打开STI边缘到沟道边的区域,注入与沟道同型的杂质,该杂质与漂移区杂质的浓度比为十分之一到三分之一,随后进行热推阱工艺;
(3)当LDMOS采用浅槽隔离(STI)工艺时,该离子注入还可在STI制作后完成,在STI制作完成后,对器件全面注入与沟道同型的杂质,该杂质与漂移区杂质的浓度比为十分之一到三分之一。
另外,所述选择性离子注入,可以是单次注入,也可以是不同能量的多次注入。所述杂质中,当注入P型杂质时,应为硼;当注入N型杂质时,应为磷或砷。
所述LOCOS工艺进行超高压LDMOS的制作方法,包括步骤:
1)在衬底上高能量(大于1000KeV)注入与衬底导电类型相反的杂质(剂量小于1x1014cm-2),高温推阱(大于1000℃,时间大于60分钟),形成深阱隔离;
2)利用LOCOS光刻版反版进行光刻,打开器件场氧以外区域,离子注入与漂移区导电类型相反的杂质,注入杂质浓度低于漂移区注入杂质浓度;
3)场氧化制作场氧LOCOS;
4)漂移区离子注入,并进行热推阱(大于1000℃,时间大于30分钟),形成漂移区;
5)沟道离子注入,形成沟道区;
6)注入与沟道同型杂质,形成沟道区和漂移区埋层;
7)氧化制作栅氧化层;
8)淀积多晶硅栅,并刻蚀多晶硅栅和栅氧,形成栅极。
所述STI工艺进行超高压LDMOS的制作方法,包括步骤:
1)在衬底上高能量(大于1000KeV)注入与衬底导电类型相反的杂质(剂量小于1x1014cm-2),高温推阱(大于1000℃,时间大于60分钟),形成深阱隔离;
2)全面离子注入与漂移区导电类型相反的杂质,注入杂质浓度低于漂移区注入杂质浓度;
3)制作浅槽隔离STI;
4)漂移区离子注入,并进行热推阱(大于1000℃,时间大于30分钟),形成漂移区;
5)沟道离子注入形成沟道区;
6)注入与沟道同型杂质,形成沟道区和漂移区埋层;
7)氧化制作栅氧化层;
8)淀积多晶硅栅,并刻蚀多晶硅栅和栅氧,形成栅极。
本发明通过对LDMOS中场氧边缘到沟道的区域进行选择性离子注入,掺杂与沟道同型的杂质,杂质浓度略低于漂移区杂质浓度,以补偿漂移区在该区域的杂质,减小场氧边缘的电场强度,保证漏端电压在加到超高压的过程中,场氧边缘区域始终达不到临界电场强度,而且不会在该区域发生雪崩击穿,实现器件的超高压击穿。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1是本发明的LOCOS工艺进行超高压LDMOS制作的流程图,其中,A为步骤1,B为步骤2,C为步骤3,D为步骤4,E为步骤5,F为步骤6,G为步骤7,H为步骤8;
图2是本发明的STI工艺进行超高压LDMOS制作的流程图,其中,A为步骤1,B为步骤2,C为步骤3,D为步骤4,E为步骤5,F为步骤6,G为步骤7,H为步骤8;
图3是TCAD模拟的本发明超高压LDMOS器件与传统超高压LDMOS器件在场氧边缘处的电场强度图,其中,①为沟道非隔离的传统器件工艺,②为沟道隔离的传统器件工艺,③为本发明沟道隔离的器件工艺。
具体实施方式
本发明的超高压LDMOS的工艺制作方法,包括:
对LDMOS中,场氧边缘到沟道的区域进行选择性离子注入,掺杂与沟道同型的杂质,该杂质浓度低于漂移区杂质浓度,如可以为:该杂质与漂移区杂质的浓度比为十分之一到三分之一。该选择性离子注入,可以是单次注入,也可以是不同能量的多次注入。其中,当注入P型杂质时,应为硼;当注入N型杂质时,应为磷或砷。
对于上述的选择性离子注入的方式,适合应用于沟道隔离或非沟道隔离LDMOS器件的制备,该选择性离子注入方式,可选自以下方式:
(1)当LDMOS采用LOCOS工艺时,该离子注入在LOCOS制作前,利用光刻打开LOCOS鸟嘴到沟道边的区域,注入与沟道同型的杂质,利用后面场氧氧化及热过程进行推阱,注入的杂质剂量应保证推阱后的浓度低于漂移区的杂质浓度,如两者的浓度比为十分之一到三分之一;
(2)当LDMOS采用STI工艺时,该离子注入可在STI制作前完成,利用光刻打开STI边缘到沟道边的区域,注入与沟道同型的杂质,该杂质浓度低于漂移区杂质浓度,如两者的浓度比为十分之一到三分之一,随后进行热推阱工艺;
(3)当LDMOS采用STI工艺时,该离子注入还可在STI制作后完成,在STI制作完成后,对器件全面注入与沟道同型的杂质,杂质浓度低于漂移区杂质浓度,如两者的浓度比为十分之一到三分之一,注入能量以不穿透STI为标准,实现对STI以外区域的选择掺杂。由于源漏的掺杂浓度远高于漂移区浓度,该注入不会影响源漏处的净掺杂,沟道掺杂浓度略减一些以保持器件的阈值电压不变。该离子注入有效降低了STI边缘到沟道间区域的杂质浓度。注入到STI区域的杂质在以后的STI刻蚀中被去除,不会在热推阱中对漂移区进行掺杂。
根据上述不同的选择性离子注入方式,当采用LOCOS工艺进行超高压LDMOS制作时,其步骤包括:
1)在衬底上高能量(大于1000KeV)注入与衬底导电类型相反的杂质(剂量小于1x1014cm-2),高温推阱(大于1000℃,时间大于60分钟),形成深阱隔离;(如图1-A所示);
2)利用LOCOS光刻版反版进行光刻,打开器件场氧以外区域,离子注入与漂移区导电类型相反的杂质,注入杂质浓度低于漂移区注入杂质浓度(如图1-B所示),两者的浓度比为十分之一到三分之一;
3)按常规工艺进行场氧化制作场氧LOCOS(如图1-C所示);
4)漂移区离子注入,并进行热推阱(大于1000℃,时间大于30分钟),形成漂移区;(如图1-D所示);
5)沟道离子注入,形成沟道区,杂质导电类型与漂移区杂质相反,注入浓度由器件阈值电压决定(如图1-E所示);
6)注入与沟道同型杂质,形成沟道区和漂移区埋层,漂移区埋层浓度通常比漂移区浓度高一个以上数量级(如图1-F所示);
7)按常规工艺进行氧化制作栅氧化层(如图1-G所示);
8)按常规工艺进行淀积多晶硅栅,并刻蚀多晶硅栅和栅氧,形成栅极(如图1-H所示)。
而当以STI工艺、且该选择性离子注入在STI制作前完成时,进行超高压LDMOS制作,其步骤包括:
1)在衬底上高能量(大于1000KeV)注入与衬底导电类型相反的杂质(剂量小于1x1014cm-2),高温推阱(大于1000℃,时间大于60分钟),形成深阱隔离;(如图1-A所示);(如图2-A所示);
2)全面离子注入与漂移区导电类型相反的杂质,注入杂质浓度低于漂移区注入杂质浓度,两者的浓度比为十分之一到三分之一(如图2-B所示);
3)按常规工艺制作浅槽隔离STI(如图2-C所示);
4)漂移区离子注入,并进行热推阱(大于1000℃,时间大于30分钟),形成漂移区(如图2-D所示);
5)沟道离子注入形成沟道区,杂质导电类型与漂移区杂质相反,注入浓度由器件阈值电压决定(如图2-E所示);
6)注入与沟道同型杂质,形成沟道区和漂移区埋层,漂移区埋层浓度通常比漂移区浓度高一个以上数量级(如图2-F所示);
7)按常规工艺进行氧化制作栅氧化层(如图2-G所示);
8)按常规工艺进行淀积多晶硅栅,并刻蚀多晶硅栅和栅氧,形成栅极(如图2-H所示)。
按照上述方法,制备得到的超高压(击穿电压大于100V)LDMOS器件,与传统超高压LDMOS器件,通过Synopsys公司的TCAD(Technology Computer Aided Design)模拟在场氧边缘处的电场强度,结果如图3所示,其中,传统的沟道非隔离器件(如图3-①所示)在场氧边缘的电场强度最低,此处发生雪崩击穿最难,但沟道隔离(如图3-②所示)后,由于沟道和源端都制作在隔离深阱中,场氧边缘处漂移区的掺杂浓度提高,造成该处电场强度提高,甚至在漏端电压较低时就达到硅的临界电场而击穿。但以STI工艺制备的本发明超高压LDMOS器件(如图3-③所示),在场氧边缘选择性反掺杂,降低该处的漂移区浓度,降低了电场强度,虽然还高于非隔离沟道器件,但已经低于硅的临界电场,不会在该处发生击穿而限制了超高压LDMOS的击穿电压。