漂移區具有橫向濃度梯度的ldmos管及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種漂移區具有橫向濃度梯度的LDMOS管，該LDMOS管的場極板分為耗盡區和連接區兩部分，耗盡區與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。本發明還公開了上述LDMOS管的制造方法。本發明通過將場極板分為摻雜類型不同的耗盡區和連接區兩部分，并和柵一起構成NPN（或PNP）結構，使柵、漏之間的電壓差能連續分布在場極板的耗盡區內，從而減少了場極板與漂移區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。
【專利說明】漂移區具有橫向濃度梯度的LDMOS管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路制造領域，特別是涉及一種漂移區具有橫向濃度梯度的LDMOS管及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在LDMOS的設計中，如何提高LDMOS管的耐壓一直是器件設計的核心內容。目前，提高LDMOS管耐壓的技術主要包括優化漂移區的摻雜濃度及漂移區的尺寸，場極板的應用以及用以降低表面電場強度的各種RESURF技術。其中，場極板技術因其技術簡單，效果好，而被廣泛地應用。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的電場分布。
[0003]目前的場板結構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，在截止狀態時，場極板和柵接相同的零電位，而在導通狀態時為柵的導通電壓。在此情況下，當漏電壓上升到較高的工作電壓時(通常遠高于導通情況下的柵電壓)，在漂移區會有一個連續的電壓分布，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，場板和漂移區之間就會形成較強的電場，這一電場的存在會對相應的載流子產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，對漂移區的能帶產生影響，進而影響器件特性，通常對PLDMOS管會造成漂移區的電阻降低，使線性電流增加，如圖3所示。這個現象對由碰撞產生的熱電子尤為明顯。對NLDMOS則相反，電場方向為由漂移區向上指向場板，其對載流子的作用也正好相反，并產生同樣的器件漂移。因此如何消除或減小場極板和漏之間的電壓差，降低由此產生的電場，消除熱載流子的注入效應及由此產生的器件劣化，增加熱載流子壽命非常重要。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種漂移區具有橫向濃度梯度的LDMOS管，它的場極板和漂移區之間的電壓差較小，可以消除熱載流子的注入效應，提高LDMOS管的耐壓。
[0005]為解決上述技術問題，本發明的漂移區具有橫向濃度梯度的LDMOS管，包括有場極板和柵，均由連續的多晶硅構成，柵與柵極相連，場極板進一步分為耗盡區和連接區兩部分，其中，耗盡區與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。
[0006]本發明要解決的技術問題之二是提供上述LDMOS管的制造方法。
[0007]為解決上述技術問題，本發明的漂移區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)在柵區和場極板的連接區涂布光刻膠，然后顯影；
[0011]4)在柵區和場極板的連接區進行離子注入摻雜，摻雜類型與步驟2)的摻雜類型相反；
[0012]5)去除光刻膠。
[0013]本發明的LDMOS管，通過將場極板分為耗盡區和連接區兩部分，并和柵一起構成NPN (或PNP)結構，使柵、漏之間的電壓差得以連續分布在場極板的耗盡區內，從而減少了場極板與漂移區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，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管的結構示意圖。
[0015]圖2是圖1的場極板結構在導通狀態時，場極板和漂移區之間形成強電場，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是本發明實施例的PLDMOS管的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為對本發明的技術內容、特點與功效有更具體的了解，現以PLDMOS管為例，并結合圖示的實施方式，對本發明的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的多晶硅(poly)構成；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)和N型多晶硅場極板(連接區)兩部分，兩部分的大小可以根據實際需要靈活調整。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；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，從而整個柵與場極板就一起形成一個NPN的結構。
[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，在柵區及N型多晶硅場極板區域涂布光刻膠，然后進行顯影。
[0025]步驟4，在柵區及N型多晶硅場極板區進行磷注入，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所示結構的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(即P型多晶硅場極板區域)內耗盡展開，并將電壓差連續分布在耗盡區內。這樣，場極板上的電壓就具有了與漂移區相近的連續分布，場極板與漂移區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。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。
【權利要求】
1.漂移區具有橫向濃度梯度的LDMOS管，包括場極板和柵，場極板和柵由連續的多晶硅構成，柵與柵極相連，其特征在于，場極板分為耗盡區和連接區兩部分，耗盡區與柵相連，且摻雜類型與柵相反；連接區靠近漏，并與漏極相連，且摻雜類型與柵相同。
2.根據權利要求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為N型重摻雜，場極板的耗盡區為P型輕摻雜。
3.權利要求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)在柵區和場極板的連接區涂布光刻膠，然后顯影； 4)在柵區和場極板的連接區進行離子注入摻雜，摻雜類型與步驟2)的摻雜類型相反； 5)去除光刻膠。
4.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2)，離子源為BF2或硼。
7.根據權利要求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.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟4)，離子源為磷或砷。
9.根據權利要求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 優先權日:2012年11月6日
【發明者】楊文清, 趙施華, 邢軍軍 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司