CN103035525A - 高压隔离n型ldmos器件的制造方法 - Google Patents

高压隔离n型ldmos器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，首先，通过在器件的P型阱区域及漏端区域两个不同区域下方分别注入较浓的N型离子，并且伴随强的深推阱工艺，形成两个较深的隔离的非常深N型阱，然后，采用较淡的注入条件，并且伴随弱的深推阱条件，形成两个较浅的连通的深N型阱，使在器件漏端漂移区形成浅的结深。本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法制造高压隔离N型LDMOS，能在小的横向尺寸下保证器件的耐压、优化比导通电阻，并且成本低。

Description

高压隔离N型LDMOS器件的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术，特别涉及一种高压隔离N型LDMOS器件的制造方法。
背景技术
高压隔离N型LDMOS(横向双扩散金属氧化物半导体管)器件由于设计灵活、比导通电阻(Rdson)低、响应速度快等优点，大量的应用在电源管理芯片设计中。高压隔离N型LDMOS器件与普通N型LDMOS器件相比，在其P型阱(P body)区域下会进行深N型阱(Deep N well，DNW)注入，以作为隔离用途。所以，高压隔离N型LDMOS的源端(source，N+)和P型阱引出端(bulk)所允许连接的电位可在0电位(ground)和漏端(drain)所加载的电位(一般为Vdd，线路最高电位)之间浮动。而普通N型LDMOS器件其源端(source，N+)和P型阱引出端(bulk)只能允许接0电位(与P型衬底电位相一致)。因此，高压隔离N型LDMOS器件设计较为灵活，用途广泛。但是，这种深N型阱(Deep N well，DNW)隔离P型阱(P body)区域的结构给高压隔离N型LDMOS器件的研发带来很大的困难。在考虑高压器件漏端漂移区(drain drift)满足器件耐压需求的同时，还要保证垂直方向上的PNP(P body-DNW-P型衬底)的穿通问题。
图1为传统的高压隔离N型LDMOS器件的结构剖面图。虚线区域内为垂直方向上的PNP(P body-DNW-P型衬底)结构。点画线区域内为漏端N型漂移区(drain drift)，用以满足器件耐压需求。
传统的高压N型LDMOS器件的制造方法包括以下步骤：
一、在P型硅衬底上形成掩蔽膜，刻蚀掩蔽膜到硅衬底上表面，形成一个离子注入选择窗口；
二、进行N型离子注入及扩散，注入磷离子的剂量为6E12～1E13个/CM2、能量为1000Kev～2000Kev，扩散的温度为1100℃～1200℃、时间为5～10小时，在所述离子注入选择窗口下形成一深N型阱；
三、进行P型离子注入及扩散，在所述深N型阱一端形成P型阱；
四、形成浅沟槽隔离STI；
五、多晶硅栅形成；
六、在所述P型阱上形成源端及体端，在所述深N型阱另一端形成漏端。
传统的高压N型LDMOS器件的制造方法，是采用深推阱(thermaldrive-in)的工艺方法，采用较高掺杂浓度6E12～1E13个/CM2、能量为1000Kev～2000Kev的深N型阱注入条件，并伴随强的推阱(thermaldrive-in)工艺(温度为1100℃～1200℃、时间为5～10小时)，使深N型阱(Deep N well，DNW)在垂直方向上浓(体浓度达到1E15～1E16个/CM3)而深(深度由器件的耐压要求和P body的结深决定)，来确保PNP(Pbody-DNW-P型衬底)的穿通要求。但是为了满足器件耐压需求，深N型阱(Deep N well，DNW)也涵盖高压器件漏端漂移区(drain drift)。在确保垂直方向上的PNP(P body-DNW-P型衬底)穿通要求的同时，过深的深N型阱会导致器件漏端漂移区无法全耗尽(fully deplete)，器件的耐压只能依靠延长该区域的横向尺寸来满足。横向尺寸的增加直接会导致比导通电阻(Rdson)大幅增加，器件性能变差。器件的耐压要求越大，比导通电阻(Rdson)劣化越明显。
针对这种情况，现有技术中大多采用N型埋层+外延的工艺方法来满足器件在垂直方向上的PNP(P body-DNW-P型衬底)的穿通要求；对横向器件漏端漂移区(drain drift)，采用Resurf的方法来进行设计，以期达到器件的耐压与比导通电阻(Rdson)的优化，从而提升器件性能，但是，采用N型埋层+外延的工艺方法，以及Resurf的方法，成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，能在小的横向尺寸下保证器件的耐压、优化比导通电阻，并且成本低。
为解决上述技术问题，本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，包括以下步骤：
一、在P型硅衬底上形成掩蔽膜，刻蚀掩蔽膜到硅衬底上表面，形成左右两个非常深N型阱离子注入选择窗口；
二、进行第一浓度的N型离子注入；
三、进行第一强度的N型离子扩散，形成两个相隔离的非常深N型阱；
四、在P型硅衬底上形成掩蔽膜，刻蚀掩蔽膜到硅衬底上表面，在两个非常深N型阱上方分别形成一个宽度大于相应非常深N型阱的宽度的深N型阱注入选择窗口；
五、进行第二浓度的N型离子注入，第二浓度小于第一浓度；
六、进行第二强度的N型离子扩散，第二强度弱于第一强度，形成相连通的两个深N型阱，两个深N型阱较两个非常深N型阱浅；
七、进行P型离子注入和扩散，在左边的非常深N型阱上形成一P型阱；
八、形成浅沟槽隔离；
九、在两个深N型阱的交界区域上方形成多晶硅栅；
十、在右边的非常深N型阱上形成漏端，在左边的非常深N型阱VDNW上的P型阱上形成源端及体端。
较佳的，步骤一中所形成的左右两个非常深N型阱离子注入选择窗口间的掩蔽膜宽度大于2um，步骤四中所形成的两个深N型阱注入选择窗口间的掩蔽膜宽度大于等于0.5um且小于等于2um。
较佳的，第一浓度的N型离子注入是浓度为6E12～1E13个/CM2、能量为1000Kev～2000Kev的磷离子注入，第一强度的N型离子扩散是温度为1100℃～1200℃、时间为5～10小时的磷离子扩散，第二浓度的N型离子注入是浓度为E12～5E12个/CM2、能量为200Kev～400Kev的磷离子注入，第二强度的N型离子扩散是温度为1000℃～1100℃、时间为1～3小时的磷离子扩散。
本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，由非常深N型阱(VeryDeep N well，VDNW)和深N型阱(Deep N well，DNW)分别控制垂直方向上的PNP(P body-DNW-P型衬底)的穿通和横向漏端漂移区耐压与比导通电阻(Rdson)的优化。首先，通过在器件的P型阱(P body)区域及漏端区域两个不同区域下方分别注入较浓的N型离子，并且伴随强的深推阱(thermal drive-in)工艺，形成两个非常深N型阱(Very Deep N well，VDNW)。在P型阱(P body)区域下方的非常深N型阱用以确保隔离和垂直方向上的PNP(P body-DNW-P型衬底)的穿通要求；在漏端区域下方的非常深N型阱会改善漏端漂移区(drain drift)的掺杂浓度分布，使比导通电阻(Rdson)得以优化。其次，保留传统的深N型阱(Deep N well，DNW)注入，但对其工艺结构进行改动，在版图上(layer-out)将深N型阱(DeepN well，DNW)注入分为间距为0.5um～2um的两个区域，在工艺上，采用较淡的注入条件，并且伴随弱的深推阱(thermal drive-in)条件，使在器件漏端漂移区形成浅的结深，由于采用较淡的深N型阱及浅的结深，P型衬底从底部辅助使器件漏端漂移区全耗尽(fully deplete)，从而在小的横向尺寸下保证器件的耐压，同时也优化了比导通电阻(Rdson)，使器件的性能得以提升。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是传统的高压隔离N型LDMOS器件结构剖面图；
图2是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，P型硅衬底上形成两个非常深N型阱离子注入选择窗口，进行较浓的N型离子注入示意图；
图3是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，进行较强的N型离子扩散，形成两个非常深N型阱示意图；
图4是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，P型硅衬底上形成两个深N型阱DNW注入选择窗口示意图；
图5是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，进行较淡的N型离子注入后的示意图；
图6是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，进行较弱的N型离子扩散，形成两个较浅的深N型阱示意图；
图7是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，进行P型离子注入和扩散，在左边的非常深N型阱上形成P型阱示意图；
图8是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，形成浅沟槽隔离示意图；
图9是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，形成多晶硅栅示意图；
图10是本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式，在右边的非常深N型阱上形成漏端，在所述P型阱上形成源端及体端示意图。
具体实施方式
本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法一实施方式如图2到图10所示，包括以下步骤：
一、在P型硅衬底上形成掩蔽膜，刻蚀掩蔽膜到硅衬底上表面，形成左右两个非常深N型阱VDNW离子注入选择窗口，所形成的左右两个非常深N型阱离子注入选择窗口间的掩蔽膜宽度W大于2um，如图2所示；
二、进行第一浓度的N型离子注入，如进行浓度为6E12～1E13个/CM2、能量为1000Kev～2000Kev的磷离子注入，如图2所示；
三、进行第一强度的N型离子扩散，如进行温度为1100℃～1200℃、时间为5～10小时的磷离子扩散，形成相隔离的两个非常深N型阱VDNW，如图3所示；
四、在P型硅衬底上形成掩蔽膜，刻蚀掩蔽膜到硅衬底上表面，在两个非常深N型阱VDNW上方分别形成一个宽度大于相应非常深N型阱VDNW的宽度的深N型阱DNW注入选择窗口，所形成的两个深N型阱DNW注入选择窗口间的掩蔽膜宽度大于等于0.5um且小于等于2um，如图4所示；
五、进行第二浓度的N型离子注入，第二浓度小于第一浓度，如进行浓度为E12～5E12个/CM2、能量为200Kev～400Kev的磷离子注入，如图5所示；
六、进行第二强度的N型离子扩散，第二强度弱于第一强度，如进行温度为1000℃～1100℃、时间为1～3小时的磷离子扩散，形成相连通的两个深N型阱DNW，两个深N型阱DNW较两个非常深N型阱VDNW浅，如图6所示；
七、进行P型离子(如硼B)注入和扩散，在左边的非常深N型阱VDNW上形成一P型阱，如图7所示；
八、形成浅沟槽隔离STI，如图8所示；
九、在两个深N型阱DNW的交界区域上方形成多晶硅栅，如图9所示；
十、在右边的非常深N型阱VDNW上形成漏端，在左边的非常深N型阱VDNW上的P型阱上形成源端及体端，如图10所示。
本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，由非常深N型阱(VeryDeep N well，VDNW)和深N型阱(Deep N well，DNW)分别控制垂直方向上的PNP(P body-DNW-P型衬底)的穿通和横向漏端漂移区耐压与比导通电阻(Rdson)的优化。首先，通过在器件的P型阱(P body)区域及漏端区域两个不同区域下方分别注入较浓的N型离子，并且伴随强的深推阱(thermal drive-in)工艺，形成两个非常深N型阱(Very Deep N well，VDNW)。在P型阱(P body)区域下方的非常深N型阱用以确保隔离和垂直方向上的PNP(P body-DNW-P型衬底)的穿通要求；在漏端区域下方的非常深N型阱会改善漏端漂移区(drain drift)的掺杂浓度分布，使比导通电阻(Rdson)得以优化。其次，保留传统的深N型阱(Deep N well，DNW)注入，但对其工艺结构进行改动，在版图上(layer-out)将深N型阱(DeepN well，DNW)注入分为间距为0.5um～2um的两个区域，在工艺上，采用较淡的注入条件，并且伴随弱的深推阱(thermal drive-in)条件，使在器件漏端漂移区形成浅的结深，由于采用较淡的深N型阱及浅的结深，P型衬底从底部辅助使器件漏端漂移区全耗尽(fully deplete)，从而在小的横向尺寸下保证器件的耐压，同时也优化了比导通电阻(Rdson)，使器件的性能得以提升。本发明的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，工艺简单灵活，容易实现，并且相比埋层+外延的工艺方法，成本大幅下降。

Claims (4)

1.一种高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、在P型硅衬底上形成掩蔽膜，刻蚀掩蔽膜到硅衬底上表面，形成左右两个非常深N型阱离子注入选择窗口；
二、进行第一浓度的N型离子注入；
三、进行第一强度的N型离子扩散，形成两个相隔离的非常深N型阱；
四、在P型硅衬底上形成掩蔽膜，刻蚀掩蔽膜到硅衬底上表面，在两个非常深N型阱上方分别形成一个宽度大于相应非常深N型阱的宽度的深N型阱注入选择窗口；
五、进行第二浓度的N型离子注入，第二浓度小于第一浓度；
六、进行第二强度的N型离子扩散，第二强度弱于第一强度，形成两个相连通的深N型阱，两个深N型阱较两个非常深N型阱浅；
七、进行P型离子注入和扩散，在左边的非常深N型阱上形成一P型阱；
八、形成浅沟槽隔离；
九、在两个深N型阱的交界区域上方形成多晶硅栅；
十、在右边的非常深N型阱上形成漏端，在左边的非常深N型阱VDNW上的P型阱上形成源端及体端。
2.根据权利要求1所述的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，其特征在于，步骤一中所形成的左右两个非常深N型阱离子注入选择窗口间的掩蔽膜宽度大于2um，步骤四中所形成的两个深N型阱注入选择窗口间的掩蔽膜宽度大于等于0.5um且小于等于2um。
3.根据权利要求1所述的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，其特征在于，第一浓度的N型离子注入是浓度为6E12～1E13个/CM2、能量为1000Kev～2000Kev的磷离子注入，第一强度的N型离子扩散是温度为1100℃～1200℃、时间为5～10小时的磷离子扩散，第二浓度的N型离子注入是浓度为E12～5E12个/CM2、能量为200Kev～400Kev的磷离子注入，第二强度的N型离子扩散是温度为1000℃～1100℃、时间为1～3小时的磷离子扩散。
4.根据权利要求1所述的高压隔离N型LDMOS器件的制造方法，其特征在于，步骤七中的P型离子为硼。
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