橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，包括步驟：在襯底上形成第一摻雜類型的漂移區；通過光刻版進行光刻，形成注入窗口；通過所述注入窗口注入第二摻雜類型離子形成體區，及注入第一摻雜類型離子形成源極區，控制注入角度和注入能量使所述體區的結深大于所述源極區的結深，寬度大于所述源極區的寬度；形成柵氧化層；淀積并蝕刻多晶硅，形成柵極。本發明制成的LDMOS，溝道長度更短，溝道電阻減小的同時，總尺寸更小，使總的Rdson更低，比傳統的LDMOS Rdson可以低10％至30％。LDMOS與低壓MOS能夠共用同一層POLY，工藝更加簡單，節省一道光刻流程，能夠降低成本。
【專利說明】
橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體工藝，特別是涉及一種橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法。
【背景技術】
[0002]隨著橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管(LDM0SFET)在集成電路中的應用越來越廣泛，對于off-BV更高，導通電阻(Rdson)更小的LDMOS的需求越來越迫切。
[0003]通常來說，降低LDMOS Rdson的方法，就是在不斷提高漂移區濃度的同時，通過各種降低表面電場(RESURF)理論的應用，使其能夠完全耗盡，從而獲得低Rdson，并維持很高的off-BV。目前通過此方法已經使Rdson與off-BV之間的關系接近了理論極限。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要提供一種能夠獲得低導通電阻的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法。
[0005]—種橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，包括步驟:在襯底上形成第一摻雜類型的漂移區；通過光刻版進行光刻，形成注入窗口 ；通過所述注入窗口注入第二摻雜類型離子形成體區，及注入第一摻雜類型離子形成源極區，控制注入角度和注入能量使所述體區的結深大于所述源極區的結深，寬度大于所述源極區的寬度；形成柵氧化層；淀積并蝕刻多晶硅，形成柵極；所述第一摻雜類型和第二摻雜類型的電性相反。
[0006]在其中一個實施例中，通過所述注入窗口注入第二摻雜類型離子形成體區，及注入第一摻雜類型離子形成源極區，控制注入角度和注入能量使所述體區的結深大于所述源極區的結深，寬度大于所述源極區的寬度的步驟，是使得第二摻雜類型離子的注入方向與襯底法線間的夾角，大于所述第一摻雜類型離子的注入方向與襯底法線間的夾角，且所述第二摻雜類型離子的注入能量大于所述第一摻雜類型離子的注入能量。
[0007]在其中一個實施例中，所述第一摻雜類型為N型，所述第二摻雜類型為P型，所述形成柵氧化層的步驟之前還包括熱擴散步驟。
[0008]在其中一個實施例中，所述淀積并蝕刻多晶硅，形成柵極的步驟中，包括形成橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的柵極和低壓金屬氧化物半導體場效應管的柵極。
[0009]在其中一個實施例中，通過所述光刻版進行光刻，形成注入窗口的步驟之前，還包括形成隔離結構的步驟。
[0010]在其中一個實施例中，所述隔離結構為淺溝槽隔離結構或場氧層。
[0011]上述橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，P型和N型雜質注入使用的是同一次光刻后留下的光刻膠作為阻擋層，導電溝道的溝長由兩次注入的能量和角度來決定，與傳統的源極需要再進行一次光刻的技術相比，不受光刻對位偏差的影響，溝長更穩定，使Vt (閾值電壓)，Rdson等特性更加穩定。其溝道長度更短，溝道電阻減小的同時，總尺寸更小，使總的Rdson更低，比傳統的LDMOS Rdson可以低10%至30%。LDMOS與低壓MOS能夠共用同一層P0LY，工藝更加簡單，節省一道光刻流程，能夠降低成本。
【附圖說明】
[0012]通過附圖中所示的本發明的優選實施例的更具體說明，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將變得更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分，且并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。
[0013]圖1是一實施例中橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法的流程圖；
[0014]圖2是一實施例中步驟S130在注入第二摻雜類型離子時器件的剖面示意圖；
[0015]圖3是一實施例中步驟S130在注入第一摻雜類型離子時器件的剖面示意圖；
[0016]圖4是一實施例中步驟S150完成后器件的剖面示意圖；
[0017]圖5是一實施例中采用橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法制造的NLDMOS的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的首選實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容更加透徹全面。
[0019]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0020]以N溝道LDMOS為例，一種傳統的縮短溝道長度的方法是在多晶硅(POLY)刻蝕后，利用POLY自對準注入P型雜質離子形成P型體區(P-body)，然后通過一定的熱過程，使P-body橫擴形成溝道區。由于POLY自對準注入的區域就是源極(source)端所在區域，此方法可以使靠近源極的溝道區濃度最高，從而在獲得較短的溝道長度的同時，保持較高的穿通電壓。具體的形成過程是:先使用多晶硅刻蝕的光刻版，形成柵極及POLY搭場部分。然后再使用P-body注入的光刻版，形成P-body注入區。最后經歷較長時間熱過程后形成NLMD0S。這種方法由于采用POLY自對準注入，受限于POLY厚度，注入能量不可能太高，因此在P-body注入后需要經歷較長的熱過程，才能形成所需的溝道區。這就使得在制備同時集成了 LDMOS和低壓MOSFET的晶圓時，此層POLY只能給LDMOS作為柵極，而不能作為低壓MOS的柵極，因為低壓器件的Vt注入不適合經歷較長的熱過程。此外，P-body經歷較長的熱過程，其橫擴后的P型雜質也會使漂移區的N型雜質濃度降低，Rdson升高。
[0021]對此，本發明提出了一種橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，如圖1所示，包括下列步驟:
[0022]S110，在襯底上形成第一摻雜類型的漂移區。
[0023]本實施例中以NLDMOS為例進行介紹，可以理解的，本方法同樣適用于PLDM0S。對于NLDMOS來說，第一摻雜類型是指N型，第二摻雜類型是指P型。可以采用P型襯底，然后在襯底上形成N阱20作為漂移區。本實施例中還需要在襯底上形成隔離結構40，例如場氧層或淺溝槽隔離結構(STI)，在其他實施例中，橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管也可以為無場氧層或STI的結構。
[0024]S120，通過一光刻版進行光刻，形成注入窗口。
[0025]在本實施例中，是通過P-body注入的光刻版進行光刻，形成光刻膠62。P_body的離子注入和源極的N型離子注入都通過這個注入窗口來進行。
[0026]S130，通過注入窗口進行離子注入，形成體區和源極區，體區的結深和寬度大于源極區。
[0027]在本實施例中，是通過P-body注入的光刻版，分別進行大角度(指與法線的夾角的角度，下同)的P型注入和小角度或O度角的N型注入，如圖2和圖3所示。利用P型注入和N型注入的角度及能量差異，分別形成一個區域更寬更深的P型區域(作為P型體區30)，和一個相對更窄、更淺的N型區域(作為源極52)。其中圖2的箭頭為P型離子的注入方向，圖3的箭頭為N型離子的注入方向。可以理解的，P型注入時應包括兩個方向的注入，例如圖2中的左、右兩側注入。
[0028]通過大角度注入形成體區、小角度注入形成源極的方法，體區完全通過注入形成溝道區，溝道區的形成不需要經歷太多熱推阱過程，甚至可以完全沒有推阱過程，工藝過程更加簡單，而且該POLY可以同時作為低壓MOS的柵極。同時，P-body的P型雜質橫擴較少，不會導致N型漂移區濃度降低，因此可以獲得更低的導通電阻。另外，由于P型和N型雜質注入使用的是同一次光刻后留下的光刻膠62作為阻擋層，導電溝道的溝長完全由兩次注入的能量和角度來決定，與傳統的源極需要再進行一次光刻的技術相比，不受光刻對位偏差的影響，溝長更穩定，使Vt (閾值電壓)，Rdson等特性更加穩定。
[0029]在另一個實施例中，P型和N型雜質注入也可以都使用小角度或O度角注入，在注入完成后，只需經歷較短的熱過程，利用P型雜質和N型雜質的擴散速度不同的特點，來獲得一個較寬、較深的區域和一個較淺、較窄的區域。P型雜質(如硼)擴散速度一般大于N型雜質(如磷、砷、銻等)，因此熱擴散后可形成區域更深更寬的P型區，以及區域相對較窄、較淺的N型區，從而同樣可以在后續形成的多晶硅下方形成溝長非常穩定的P型溝道區。該方法雖然同樣經歷了一定的熱過程，但該熱過程可以放在柵氧生長以及淀積POLY前，因此可以安排在低壓MOS相應的離子注入之前，不會對低壓MOS的Vt注入產生任何影響，同樣可以使LDMOS與低壓MOS共用同一層P0LY，工藝更加簡單，節省一道光刻流程，能夠降低成本。同理，對于PLDMOS的情況，同樣可以在步驟S130中分別注入擴散速度較快的N型雜質和較慢的P型雜質，例如磷和銦，來獲得所需的體區和源極。
[0030]S140，形成柵氧化層。
[0031]P型體區30和源極52形成完畢后，采用習知的工藝形成柵氧化層(圖未示)。
[0032]S150，淀積并蝕刻多晶硅，形成柵極。
[0033]如圖4所示，采用習知的工藝，光刻形成光刻膠64后，刻蝕形成柵極70 (及搭場部分)。完成后如圖5所示，在圖4的基礎上進一步形成源極54、體區56以及漏極58。
[0034]利用上述橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法制作的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管，其溝道長度更短，溝道電阻減小的同時，總尺寸更小，使總的Rdson更低。對于工作電壓較低、總尺寸較小的LDMOS尤其有效，比傳統的LDMOS Rdson可以低10%至 30%。
[0035]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，包括步驟: 在襯底上形成第一摻雜類型的漂移區； 通過光刻版進行光刻，形成注入窗口 ； 通過所述注入窗口注入第二摻雜類型離子形成體區，及注入第一摻雜類型離子形成源極區，控制注入角度和注入能量使所述體區的結深大于所述源極區的結深，寬度大于所述源極區的寬度； 形成柵氧化層； 淀積并蝕刻多晶硅，形成柵極；所述第一摻雜類型和第二摻雜類型的電性相反。2.根據權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，其特征在于，通過所述注入窗口注入第二摻雜類型離子形成體區，及注入第一摻雜類型離子形成源極區，控制注入角度和注入能量使所述體區的結深大于所述源極區的結深，寬度大于所述源極區的寬度的步驟，是使得第二摻雜類型離子的注入方向與襯底法線間的夾角，大于所述第一摻雜類型離子的注入方向與襯底法線間的夾角，且所述第二摻雜類型離子的注入能量大于所述第一摻雜類型離子的注入能量。3.根據權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，其特征在于，所述第一摻雜類型為N型，所述第二摻雜類型為P型，所述形成柵氧化層的步驟之前還包括熱擴散步驟。4.根據權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，其特征在于，所述淀積并蝕刻多晶硅，形成柵極的步驟中，包括形成橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的柵極和低壓金屬氧化物半導體場效應管的柵極。5.根據權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，其特征在于，通過所述光刻版進行光刻，形成注入窗口的步驟之前，還包括形成隔離結構的步驟。6.根據權利要求1所述的橫向擴散金屬氧化物半導體場效應管的制造方法，其特征在于，所述隔離結構為淺溝槽隔離結構或場氧層。
【文檔編號】H01L21/266GK105990139SQ201510051574
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發明人】韓廣濤, 孫貴鵬
【申請人】無錫華潤上華半導體有限公司