CN104576375B - Ldmos及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LDMOS及其制造方法,所述LDMOS为LDNMOS,该方法包括以下步骤:在基底上依次形成STI、P型阱、N‑漂移区、栅极结构以及源极和漏极之后,该方法还包括:在形成栅极结构之后,在基底表面形成图案化的光阻胶层,所述图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极;以所述图案化的光阻胶层为掩膜,对所述对称设置的两个N‑漂移区进行预定深度的离子注入形成P反型离子漂浮区,所述P反型离子漂浮区位于N‑漂移区中,与STI具有预定间隔。本发明还提供了一种LDMOS及其制造方法,所述LDMOS为LDPMOS。采用本发明能够提高击穿电压。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及其制造领域,尤其涉及一种LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体晶体管)及其制造方法。
背景技术
横向扩散金属氧化物半导体晶体管(Laterally Diffused Metal Oxidesemiconductor,LDMOS)主要应用于功率集成电路,例如面向移动电话基站的射频功率放大器,也可以应用于高频、特高频与超高频广播传输器以及微波雷达与导航***等。LDMOS技术为新一代基站放大器带来较高的功率峰均比、更高增益与线性度,同时为多媒体服务带来更高的数据传输率。
现有横向扩散N型金属氧化物半导体晶体管(Laterally Diffused N type MetalOxide semiconductor,LDNMOS)的结构如图1所示,LDNMOS具有基底1,在基底1表面依次形成栅氧化层2和多晶硅栅极3,栅氧化层2和多晶硅栅极3称为栅极结构。在基底1中形成P型阱8,P型阱8内具有在栅极结构两侧对称设置的N-漂移区4(N-Drift1和N-Drift2),P型阱8和N-漂移区4之间设置有浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation,STI)5,N-漂移区4中设置有源极6和漏极7。其中,P型阱8可通过诸如硼的任何P型元素的离子注入形成;N-漂移区4是通过类似砷元素的离子注入来形成;源极6和漏极7也是通过类似砷元素的离子注入来形成,只是两者离子注入浓度不同。
对于LDMOS,多用于高于50V的工作电压下,击穿电压(BV,Breakdown Voltage)是衡量器件性能的重要指标之一。现有一种提高LDNMOS击穿电压的方法是:扩大N-漂移区的面积,这样就会导致单位面积内器件数量减少。因此,如何提高LDMOS的击穿电压是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种LDMOS及其制造方法,本发明解决的技术问题是:如何提高击穿电压。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案具体是这样实现的:
本发明提供了一种横向扩散金属氧化物半导体晶体管LDMOS的制造方法,所述LDMOS为LDNMOS,该方法包括以下步骤:
A、在基底上形成LDNMOS区内用于隔离P型阱和N-漂移区的STI;
B、在LDNMOS区进行离子注入形成P型阱;
C、在所述P型阱内离子注入形成位于栅极结构两侧对称设置的N-漂移区;
D、在N-漂移区之间的基底表面形成栅极结构;
E、在N-漂移区中进行N+掺杂形成源极和漏极;
该方法还包括:在步骤D形成栅极结构之后,在基底表面形成图案化的光阻胶层,所述图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极;以所述图案化的光阻胶层为掩膜,对所述对称设置的两个N-漂移区进行预定深度的离子注入形成P反型离子漂浮区,所述P反型离子漂浮区位于N-漂移区中,与STI具有预定间隔。
所述在步骤D形成栅极结构之后,形成P反型离子漂浮区,包括:在步骤D和E之间,或者在步骤E之后,形成P反型离子漂浮区。
所述P反型离子漂浮区为一整体部分,或者为多个隔离开的部分。
所述P反型离子漂浮区的离子注入剂量为1013-1015原子每平方厘米。
本发明还提供了一种横向扩散金属氧化物半导体晶体管LDMOS,所述LDMOS为LDNMOS,包括基底表面的栅极结构,以及位于P型阱内,且在栅极结构两侧对称设置的N-漂移区,所述P型阱和N-漂移区之间设置有STI,所述N-漂移区中设置有源极和漏极;在所述对称设置的两个N-漂移区中设置具有预定深度的P反型离子漂浮区,所述P反型离子漂浮区与STI具有预定间隔。
本发明还提供了一种横向扩散金属氧化物半导体晶体管LDMOS的制造方法,所述LDMOS为LDPMOS,该方法包括以下步骤:
A、在基底上形成LDPMOS区内用于隔离N型阱和P-漂移区的STI;
B、在LDPMOS区进行离子注入形成N型阱;
C、在所述N型阱内离子注入形成位于栅极结构两侧对称设置的P-漂移区;
D、在P-漂移区之间的基底表面形成栅极结构;
E、在P-漂移区中进行P+掺杂形成源极和漏极;
该方法还包括:在步骤D形成栅极结构之后,在基底表面形成图案化的光阻胶层,所述图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极;以所述图案化的光阻胶层为掩膜,对所述对称设置的两个P-漂移区进行预定深度的离子注入形成N反型离子漂浮区,所述N反型离子漂浮区位于P-漂移区中,与STI具有预定间隔。
所述在步骤D形成栅极结构之后,形成N反型离子漂浮区,包括:在步骤D和E之间,或者在步骤E之后,形成N反型离子漂浮区。
所述N反型离子漂浮区为一整体部分,或者为多个隔离开的部分。
所述N反型离子漂浮区的离子注入剂量为1013-1015原子每平方厘米。
本发明还提供了一种横向扩散金属氧化物半导体晶体管LDMOS,所述LDMOS为LDPMOS,包括基底表面的栅极结构,以及位于N型阱内,且在栅极结构两侧对称设置的P-漂移区,所述N型阱和P-漂移区之间设置有STI,所述P-漂移区中设置有源极和漏极;在所述对称设置的两个P-漂移区中设置有N反型离子漂浮区,所述N反型离子漂浮区与STI具有预定间隔。
由上述的技术方案可见,本发明的LDNMOS,在对称设置的两个N-漂移区进行预定深度的离子注入形成P反型离子漂浮区,P反型离子漂浮区与N-漂移区的交界处会产生耗尽层,耗尽层里没有可导电离子,形成空间电荷区,从而达到提高击穿电压的目的。同理,本发明的LDPMOS,在对称设置的两个P-漂移区中设置有N反型离子漂浮区,N反型离子漂浮区与P-漂移区的交界处会产生耗尽层,耗尽层里没有可导电离子,形成空间电荷区,从而达到提高击穿电压的目的。与现有技术相比,在不需要扩大漂移区面积的情况下,就可以有效提高击穿电压。
附图说明
图1为现有技术LDNMOS结构示意图。
图2为本发明一优选实施例LDNMOS制作方法的流程示意图。
图2a至图2f为本发明LDNMOS制作过程的剖面示意图。
图3为本发明实施例LDNMOS剖面示意图。
图4为本发明另一优选实施例LDPMOS制作方法的流程示意图。
图5为本发明实施例LDPMOS剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本发明进一步详细说明。
本发明利用示意图进行了详细描述,在详述本发明实施例时,为了便于说明,表示结构的示意图会不依一般比例作局部放大,不应以此作为对本发明的限定,此外,在实际的制作中,应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本发明的方法适用于LDNMOS和LDPMOS。
本发明一优选实施例LDNMOS制作方法的流程示意图如图2所示,其包括以下步骤,下面结合图2a至图2f进行详细说明。
步骤21、请参阅图2a,在基底1上形成LDNMOS区内用于隔离P型阱8和N-漂移区4的STI5;
其中,基底1一般为单晶硅。
步骤22、请参阅图2b,在LDNMOS区进行离子注入形成P型阱8;
P型阱8可通过诸如硼的任何P型元素的离子注入来形成,离子浓度1013-1014原子每平方厘米,中等剂量,中等能量垂直晶片离子注入。
步骤23、请参阅图2c,在所述P型阱8内离子注入形成位于栅极结构两侧对称设置的N-漂移区4(N-Drift1和N-Drift2),离子浓度1012-1013原子每平方厘米,中等剂量,高等能量,垂直晶片离子注入;
步骤24、请参阅图2d,在N-漂移区4之间的基底1表面形成栅极结构;
其中,栅极结构包括栅氧化层2和多晶硅栅极3。具体地说,首先,在基底1上依次生长栅氧化层和沉积多晶硅层,随后在多晶硅层的表面涂布光刻胶层(图中未显示),曝光显影图案化光刻胶层,定义出栅极的位置,以光刻胶图形为掩膜,依次刻蚀多晶硅层和栅氧化层,形成栅氧化层2和多晶硅栅极3。
步骤25、请参阅图2e,在N-漂移区4中进行N+掺杂形成源极6和漏极7;
步骤26、请参阅图2f,在基底1表面形成图案化的光阻胶层10,所述图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极;以所述图案化的光阻胶层为掩膜,对所述对称设置的两个N-漂移区4进行预定深度的离子注入形成P反型离子漂浮区9,所述P反型离子漂浮区9位于N-漂移区4中,与STI5具有预定间隔。
其中,源极6和漏极7的深度一定比STI5浅,所以离子注入形成P反型离子漂浮区9时,控制将其注入到STI5的下方即可。本发明实施例P反型离子漂浮区9的离子注入剂量为1013-1015原子每平方厘米。另外,图中P反型离子漂浮区9为一个整体部分。当然,P反型离子漂浮区9也可以是多个隔离开的部分,形成方法可以为:在光栅方式的光阻胶层的遮挡下,离子注入形成的P反型离子漂浮区9就是由多个隔离开的部分构成的。P反型离子漂浮区9为多个隔离开的部分,相比于P反型离子漂浮区9为一整体部分的优点在于,增加了P反型离子漂浮区9与N-漂移区4之间的接触面积,从而增加了耗尽层面积,进而进一步增加了击穿电压。
至此,本发明实施例LDNMOS形成结束。
上述本发明实施例P反型离子漂浮区9是在形成源漏极之后形成的。需要说明的是,本发明P反型离子漂浮区9的形成只要在栅极结构形成之后即可。也就是说,P反型离子漂浮区9还可以在步骤24和步骤25之间形成。从图2f可以看出,图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极,开口尺寸比较大。由于通常将晶圆划分为多个具有重复结构的芯片,每个芯片上多个LDMOS规则排列,所以,多个LDMOS同时形成,因此每个LDMOS上都会形成图案化的光阻胶层的开口,这样图案化的光阻胶层构成的光栅图案间隔可以达到2微米,如此大尺寸的光栅间隔使得对准精度不需要那么高,对机台的要求也比较低,可以高效地完成LDMOS的制作。
图3为根据上述方法形成的LDNMOS剖面示意图。
LDNMOS具有基底1,在基底1表面依次形成栅氧化层2和多晶硅栅极3,栅氧化层2和多晶硅栅极3称为栅极结构。在基底1中形成P型阱8,P型阱8内具有在栅极结构两侧对称设置的N-漂移区4(N-Drift1和N-Drift2),P型阱8和N-漂移区4之间设置有浅沟槽隔离STI5,N-漂移区4中设置有源极6和漏极7。在所述对称设置的两个N-漂移区4(N-Drift1和N-Drift2)中设置具有预定深度的P反型离子漂浮区9,所述P反型离子漂浮区9与STI5具有预定间隔。
其中,P型阱8可通过诸如硼的任何P型元素的离子注入形成;N-漂移区4是通过类似砷元素的离子注入来形成;源极6和漏极7也是通过类似砷元素的离子注入来形成,只是两者离子注入浓度不同。P反型离子漂浮区9通过诸如硼的任何P型元素的离子注入形成。
由于P反型离子漂浮区9位于N-漂移区4中,与STI5具有预定间隔,所以P反型离子漂浮区9与N-漂移区4的交界处会产生耗尽层,耗尽层里没有可导电离子,形成空间电荷区,从而导致击穿电压升高。
同样,提高击穿电压的方法同样适用于LDPMOS。
本发明另一优选实施例LDPMOS制作方法的流程示意图如图4所示,其包括以下步骤:
步骤41、在基底1’上形成LDPMOS区内用于隔离N型阱8’和P-漂移区4’的STI5’;
其中,基底1’一般为单晶硅。
步骤42、在LDPMOS区进行离子注入形成N型阱8’;
N型阱8’可通过类似砷元素的离子注入来形成,离子浓度1013-1014原子每平方厘米,中等剂量,中等能量垂直晶片离子注入。
步骤43、在所述N型阱8’内离子注入形成位于栅极结构两侧对称设置的P-漂移区4’,离子浓度1012-1013原子每平方厘米,中等剂量,高等能量,垂直晶片离子注入;
步骤44、在P-漂移区4’之间的基底1’表面形成栅极结构;
其中,栅极结构包括栅氧化层2’和多晶硅栅极3’。具体地说,首先,在基底1’上依次生长栅氧化层和沉积多晶硅层,随后在多晶硅层的表面涂布光刻胶层(图中未显示),曝光显影图案化光刻胶层,定义出栅极的位置,以光刻胶图形为掩膜,依次刻蚀多晶硅层和栅氧化层,形成栅氧化层2’和多晶硅栅极3’。
步骤45、在P-漂移区4’中进行P+掺杂形成源极6’和漏极7’;
步骤46、在基底1表面形成图案化的光阻胶层,所述图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极;以所述图案化的光阻胶层为掩膜,对所述对称设置的两个N-漂移区4’进行预定深度的离子注入形成N反型离子漂浮区9’,所述N反型离子漂浮区9’位于N-漂移区4’中,与STI5’具有预定间隔。
其中,源极6’和漏极7’的深度一定比STI5浅,所以离子注入形成N反型离子漂浮区9’时,控制将其注入到STI5’的下方即可。本发明实施例N反型离子漂浮区9’的离子注入剂量为1013-1015原子每平方厘米。另外,图中N反型离子漂浮区9’为一个整体部分。当然,N反型离子漂浮区9’也可以是多个隔离开的部分,形成方法可以为:在光栅方式的光阻胶层的遮挡下,离子注入形成的N反型离子漂浮区9’就是由多个隔离开的部分构成的。N反型离子漂浮区9’为多个隔离开的部分,相比于N反型离子漂浮区9’为一整体部分的优点在于,增加了N反型离子漂浮区9’与P-漂移区4’之间的接触面积,从而增加了耗尽层面积,进而进一步增加了击穿电压。
至此,本发明实施例LDPMOS形成结束。
上述本发明实施例N反型离子漂浮区9’是在形成源漏极之后形成的。需要说明的是,本发明N反型离子漂浮区9’的形成只要在栅极结构形成之后即可。也就是说,P反型离子漂浮区9还可以在步骤44和步骤45之间形成。
图5为根据上述方法形成的LDPMOS剖面示意图。
LDPMOS具有基底1’,在基底1’表面依次形成栅氧化层2’和多晶硅栅极3’,栅氧化层2’和多晶硅栅极3’称为栅极结构。在基底1’中形成N型阱8’,N型阱8’内具有在栅极结构两侧对称设置的P-漂移区4’(P-Drift1和P-Drift2),N型阱8’和P-漂移区4’之间设置有浅沟槽隔离STI5’,P-漂移区4’中设置有源极6’和漏极7’。在所述对称设置的两个P-漂移区4’(P-Drift1和P-Drift2)中设置具有预定深度的N反型离子漂浮区9’,所述N反型离子漂浮区9’与STI5’具有预定间隔。
其中,N型阱8’可通过类似砷元素的离子注入形成;P-漂移区4’是通过诸如硼的任何P型元素的离子注入来形成;源极6’和漏极7’也是通过诸如硼的任何P型元素的离子注入来形成,只是两者离子注入浓度不同。N反型离子漂浮区9’通过类似砷元素的离子注入形成。
由于N反型离子漂浮区9’位于P-漂移区4’中,与STI5’具有预定间隔,所以N反型离子漂浮区9’与P-漂移区4’的交界处会产生耗尽层,耗尽层里没有可导电离子,形成空间电荷区,从而导致击穿电压升高。
采用本发明的方法制作的LDNMOS或LDPMOS,通过在对称设置的两个漂移区中形成反型离子漂浮区,在反型离子漂浮区和漂移区的交界处产生空间电荷区,从而达到提高击穿电压的目的。另一方面,由于本发明在栅极结构形成之后进行反型离子漂浮区的离子注入,这样栅极下面的沟道位置有了栅极的遮挡,就不需要担心被反型离子注入,因此图2f中,进行反型离子注入时,图案化的光阻胶层的开口可以做得更大一些,显露出栅极结构、源极和漏极。这样,在同时形成多个LDMOS的情况下,可以使图案化的光阻胶层构成的光栅图案间隔达到2微米,如此大尺寸的光栅间隔使得对准精度不需要那么高,对机台的要求也比较低,可以高效地完成LDMOS的制作。进一步地,由于图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极,所以本发明实施例可以在两个漂移区中都形成反型离子漂浮区,与只在一个漂移区中形成反型离子漂浮区相比,能够进一步提高击穿电压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种横向扩散金属氧化物半导体晶体管LDMOS的制造方法,所述LDMOS为LDNMOS,该方法包括以下步骤:
A、在基底上形成LDNMOS区内用于隔离P型阱和N-漂移区的STI;
B、在LDNMOS区进行离子注入形成P型阱;
C、在所述P型阱内离子注入形成位于栅极结构两侧对称设置的N-漂移区;
D、在N-漂移区之间的基底表面形成栅极结构;
E、在N-漂移区中进行N+掺杂形成源极和漏极;
其特征在于,该方法还包括:在步骤D形成栅极结构之后,在基底表面形成图案化的光阻胶层,所述图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极;以所述图案化的光阻胶层为掩膜,对所述对称设置的两个N-漂移区进行预定深度的离子注入形成P反型离子漂浮区,所述P反型离子漂浮区位于N-漂移区中,与STI具有预定间隔。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在步骤D形成栅极结构之后,形成P反型离子漂浮区,包括:在步骤D和E之间,或者在步骤E之后,形成P反型离子漂浮区。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述P反型离子漂浮区为一整体部分,或者为多个隔离开的部分。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述P反型离子漂浮区的离子注入剂量为1013-1015原子每平方厘米。
5.一种横向扩散金属氧化物半导体晶体管LDMOS,所述LDMOS为LDNMOS,包括基底表面的栅极结构,以及位于P型阱内,且在栅极结构两侧对称设置的N-漂移区,所述P型阱和N-漂移区之间设置有STI,所述N-漂移区中设置有源极和漏极;其特征在于,在所述对称设置的两个N-漂移区中设置具有预定深度的P反型离子漂浮区,所述P反型离子漂浮区与STI具有预定间隔。
6.一种横向扩散金属氧化物半导体晶体管LDMOS的制造方法,所述LDMOS为LDPMOS,该方法包括以下步骤:
A、在基底上形成LDPMOS区内用于隔离N型阱和P-漂移区的STI;
B、在LDPMOS区进行离子注入形成N型阱;
C、在所述N型阱内离子注入形成位于栅极结构两侧对称设置的P-漂移区;
D、在P-漂移区之间的基底表面形成栅极结构;
E、在P-漂移区中进行P+掺杂形成源极和漏极;
其特征在于,该方法还包括:在步骤D形成栅极结构之后,在基底表面形成图案化的光阻胶层,所述图案化的光阻胶层的开口显露出栅极结构、源极和漏极;以所述图案化的光阻胶层为掩膜,对所述对称设置的两个P-漂移区进行预定深度的离子注入形成N反型离子漂浮区,所述N反型离子漂浮区位于P-漂移区中,与STI具有预定间隔。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述在步骤D形成栅极结构之后,形成N反型离子漂浮区,包括:在步骤D和E之间,或者在步骤E之后,形成N反型离子漂浮区。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述N反型离子漂浮区为一整体部分,或者为多个隔离开的部分。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述N反型离子漂浮区的离子注入剂量为1013-1015原子每平方厘米。
10.一种横向扩散金属氧化物半导体晶体管LDMOS,所述LDMOS为LDPMOS,包括基底表面的栅极结构,以及位于N型阱内,且在栅极结构两侧对称设置的P-漂移区,所述N型阱和P-漂移区之间设置有STI,所述P-漂移区中设置有源极和漏极;其特征在于,在所述对称设置的两个P-漂移区中设置有N反型离子漂浮区,所述N反型离子漂浮区与STI具有预定间隔。
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