专利名称：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(L0C0Q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IOOOKeV)注入与衬底导电类型相反的杂质(剂量小于 lX1014cm_2)，高温推阱(大于1000°C，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°C，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IOOOKeV)注入与衬底导电类型相反的杂质(剂量小于 lX1014cm_2)，高温推阱(大于1000°C，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°C，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。
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L0C0S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。
具体实施例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IOOOKeV)注入与衬底导电类型相反的杂质(剂量小于 IxlO14Cm-2)，高温推阱(大于IOOO0C，时间大于60分钟)，形成深阱隔离；(如图I-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I-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°C，时间大于30分钟)，形成漂移区；(如图I-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I-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I-F所示)；7)按常规工艺进行氧化制作栅氧化层(如图I-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I-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IOOOKeV)注入与衬底导电类型相反的杂质(剂量小于 IxlO14Cm-2)，高温推阱(大于IOOO0C，时间大于60分钟)，形成深阱隔离；(如图I-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°C，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 CTechnology 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。
权利要求
1.一种超高压LDMOS的工艺制作方法，其特征在于，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，杂质浓度低于漂移区杂质浓度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述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。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述选择性离子注入的方式，包括(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STI工艺时，该离子注入在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STI工艺时，该离子注入在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。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述选择性离子注入，是单次注入，或不同能量的多次注入。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述杂质中，当注入P型杂质时，应为硼；当注入N型杂质时，应为磷或砷。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述当LDMOS采用LOCOS工艺时，进行超高压LDMOS的制作，其步骤包括1)在衬底上高能量注入与衬底导电类型相反的杂质，高温推阱，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，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。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述当LDMOS采用STI工艺时，进行超高压 LDMOS的制作，其步骤包括1)在衬底上高能量注入与衬底导电类型相反的杂质，高温推阱，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，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。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，高能量为大于IOOOKeV ； 注入与衬底导电类型相反的杂质，其剂量小于IXlO14cnT2 ；高温推阱时，温度大于1000°C， 时间大于60分钟；步骤4)中，热推阱的温度大于1000°C，时间大于30分钟。
全文摘要
本发明公开了一种超高压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，杂质浓度低于漂移区杂质浓度。本发明能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。
文档编号H01L21/266GK102412126SQ201110344330
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者钱文生 申请人:上海华虹Nec电子有限公司