一种超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构及方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构及方法。

背景技术：

超高压横向双扩散金属氧化物半导体(uhvldmos)经常用于电源管理芯片，输入端通常为220伏市电，因此需要器件可以耐高压。而硅半导体器件想得到高耐压就需要长的耗尽区，耗尽区的长度又直接影响器件的导通电阻。其中，耗尽区的长度越长，导通电阻越大，进而功耗就越大。

而理想器件是指能耐高压又有低的导通电阻的器件。目前，为了使生产的uhvldmos为理想器件，通常的解决办法是在含有uhvldmos的bcd工艺中增加uhvldmos的沟道宽度，这样就能得到设计需要的导通电阻(rdson)，通常需要的沟道宽度都比较大，一般都要大于5000微米，但是对于700伏耐压器件的耗尽区一般在65微米，如此大的比例差距在版图上通常通过布局手指区域101(即手指状的区域)实现，但如图1～图2所示，由于手指区域101内金属层2的第三场板5的长度，与直道区域102内金属层2的第四场板6的长度相同，导致在手指区域101的尖端(即手指头的地方)就会遇到电场集中以及尖端放电的问题，进而降低uhvldmos的可靠性。其中，图1中的a表示uhvldmos的漏极1与栅极之间的距离，b表示uhvldmos的漏极1的金属层2宽度。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构及方法，能弱化超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域的尖端放电以及电场集中效应，提升超高压横向双扩散金属氧化物半导体的可靠性。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构，包括漏极，漏极包括手指区域和直道区域，手指区域内的金属层的第一场板的第一长度，与直道区域内的金属层的第二场板的第二长度不同。

其中，第一长度大于第二长度。

其中，第一长度小于手指区域内相邻有源区间距的一半。

其中，手指区域内相邻有源区间距为第一长度的4倍。

其中，手指区域内的金属层的第一场板为半椭圆形。

本发明的实施例还提供了一种制备上述的超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构的方法，该方法包括：

在p型衬底上形成高压n型阱hvnw区域和p阱pw区域；

在hvnw区域表面进行氧化，形成氧化层；

在hvnw区域、pw区域以及氧化层的交界处附着多晶硅层，形成栅极；

在形成有栅极的结构中形成源极和漏极；

在形成有源极和漏极的结构中形成膜层间介质层以及源极、漏极和栅极的金属层，其中，漏极的手指区域内的金属层的第一场板的第一长度，与漏极的直道区域内的金属层的第二场板的第二长度不同。

其中，在p型衬底上形成高压n型阱hvnw区域和p阱pw区域的步骤，包括：

通过光刻注入和炉管推阱的方式，在p型衬底上形成高压n型阱hvnw区域和p阱pw区域。

其中，氧化层为场氧层。

其中，在hvnw区域表面进行氧化，形成氧化层的步骤，包括：

通过选择性氧化的方式，在hvnw区域表面进行氧化，形成场氧层。

其中，膜层间介质层为二氧化硅。

其中，源极和漏极均为重掺杂的n型区域。

其中，第一长度大于第二长度。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

在本发明的实施例中，由于超高压横向双扩散金属氧化物半导体手指区域内的金属层的第一场板的第一长度，与超高压横向双扩散金属氧化物半导体直道区域内的金属层的第二场板的第二长度不同，使得超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域的尖端放电以及电场集中效应得以改善，即达到了弱化超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域的尖端放电以及电场集中效应，提升超高压横向双扩散金属氧化物半导体的可靠性的效果。

附图说明

图1为现有技术中超高压横向双扩散金属氧化物半导体的有源区与金属层的叠加版图；

图2为现有技术中超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域的局部示意图；

图3为本发明第一实施例中超高压横向双扩散金属氧化物半导体的标准有源区版图；

图4为本发明第一实施例中超高压横向双扩散金属氧化物半导体的有源区与金属层的叠加版图；

图5为本发明第一实施例中超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域内相邻有源区间距的示意图；

图6为本发明第一实施例中超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域的局部示意图之一；

图7为本发明第一实施例中超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域的局部示意图之二；

图8为本发明第一实施例中超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域的局部示意图之三；

图9为本发明第二实施例中制备超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构的方法的流程图；

图10为本发明第二实施例中经过步骤901处理后得到的器件的剖面结构的示意图；

图11为本发明第二实施例中经过步骤902处理后得到的器件的剖面结构的示意图；

图12为本发明第二实施例中经过步骤903处理后得到的器件的剖面结构的示意图；

图13为本发明第二实施例中经过步骤904处理后得到的器件的剖面结构的示意图；

图14为本发明第二实施例中经过步骤905处理后得到的超高压横向双扩散金属氧化物半导体的核心剖面结构的示意图。

附图标记说明：

1、漏极；101、手指区域；102、直道区域；2、金属层；3、第一场板；4、第二场板；5、第三场板；6、第四场板。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

第一实施例

如图3～图8所示，本发明的第一实施例提供了一种超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构，该超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构包括漏极1(drain)、栅极、源极和衬底。其中，漏极1包括手指区域101和直道区域102，手指区域101内的金属层2的第一场板3的第一长度，与直道区域102内的金属层2的第二场板4的第二长度不同。其中，漏极1通常为高电位区域，栅极和源极通常为低电位区域，图4中的a表示漏极1与栅极之间的距离，b表示漏极1的金属层2的宽度。

需要说明的是，场板的长度是指导电体多晶硅(poly)或者金属层2(metal)延伸到场氧(fox)层上的距离。其中，超高压横向双扩散金属氧化物半导体中的非有源区(aa)区域就是fox。其中，fox是指氧气跟硅反应生成的二氧化硅，也称为场氧。

具体地，在本发明的第一实施例中，上述第一长度大于第二长度，但因为高压漏极1跟低压源极和栅极的金属层2太近容易击穿，因此，该第一长度应小于手指区域101内相邻有源区间距(如图5中的l3)的一半。优选地，第一长度可以设为手指区域101内相邻有源区间距的四分之一，即，手指区域101内相邻有源区间距为第一长度的4倍。其中，上述第二长度的取值范围为6微米～10微米，可以理解的是，在本发明的第一实施例中，并不限定第二长度的具体数值。

在本发明的第一实施例中，超高压横向双扩散金属氧化物半导体通常指700伏的横向双扩散金属氧化物半导体(ldmos)器件。ldmos经常跟低压逻辑集成电路集成在一起，构成bcd。

在本发明的第一实施例中，由于超高压横向双扩散金属氧化物半导体手指区域101内的金属层2的第一场板3的第一长度，与超高压横向双扩散金属氧化物半导体直道区域102内的金属层2的第二场板4的第二长度不同，且第一场板3的第一长度大于第二场板4的第二长度，使得超高压横向双扩散金属氧化物半导体能舒缓漏极1手指区域101的电场，达到弱化超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极1手指区域101的尖端放电以及电场集中效应，提升超高压横向双扩散金属氧化物半导体的可靠性的效果。

需要说明的是，在具体的实际应用中，uhvldmos的沟道宽度要求超过5000微米，因此上述直道区域102的会非常长，或者出现多个手指区域101。

可选地，超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极1手指区域101内的金属层2的第一场板3可以为半椭圆形(如图6～图8中的第一场板3)。其中，图6～图8中的l2均表示上述第一长度。需要说明的是，在本发明的第一实施例中，并不限定第一场板3的具体形状。

第二实施例

如图9所示，本发明的第二实施例提供一种制备超高压横向双扩散金属氧化物半导体结构的方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤901，在p型衬底上形成高压n型阱区域和p阱区域。

在本发明的第二实施例中，可通过光刻注入和炉管推阱的方式，在p型衬底上形成高压n型阱(hvnw)区域和p阱(pw)区域。其中，经过上述步骤901处理后得到的器件的剖面结构如图10所示。

可选的，在本发明的第二实施例中，上述p型衬底可以为p型100晶向80欧姆-厘米电阻率的衬底。可以理解的是，在本发明的第二实施例中，并不限定p型衬底的具体型号。

步骤902，在hvnw区域表面进行氧化，形成氧化层。

可选的，在本发明的第二实施例中，上述氧化层可以为场氧(fox)层。且可通过选择性氧化的方式，在hvnw区域表面进行氧化，形成场氧层。其中，经过上述步骤902处理后得到的器件的剖面结构如图11所示。从图11中，可看出，通过选择性氧化(locos)的方式，在hvnw区域表面形成的fox层包括两个部分。

步骤903，在hvnw区域、pw区域以及氧化层的交界处附着多晶硅层，形成栅极。

其中，在本发明的第二实施例中，步骤903的具体实现方式可以为：通过在hvnw区域、pw区域以及氧化层的交界处进行多晶硅(poly)淀积、光刻、刻蚀，形成栅极(gate)，即gate区域。其中，经过上述步骤903处理后得到的器件的剖面结构如图12所示。

步骤904，在形成有栅极的结构中形成源极和漏极。

其中，上述源极和漏极均为重掺杂的n型区域(n+)。且在本发明的第二实施例中，可通过注入源极(source)n+跟漏极n+，形成源极和漏极。其中，n+的主要目的是减少接触电阻。且经过上述步骤904处理后得到的器件的剖面结构如图13所示。

步骤905，在形成有源极和漏极的结构中形成膜层间介质层以及源极、漏极和栅极的金属层，其中，漏极的手指区域内的金属层的第一场板的第一长度，与漏极的直道区域内的金属层的第二场板的第二长度不同。

其中，上述膜层间介质(ild)层可以为二氧化硅，且在本发明的第二实施例中，可通过进行ild淀积、孔光刻、孔刻蚀、金属层(metal)淀积、metal光刻跟刻蚀，形成ild层以及源极、漏极和栅极的金属层。其中，各金属层均贯穿ild层上的通孔。

其中，经过上述步骤905处理后得到的，超高压横向双扩散金属氧化物半导体的核心剖面结构如图14所示。其中，图14中a表示漏极与栅极之间的距离，b表示漏极的金属层的宽度，l1表示超高压横向双扩散金属氧化物半导体直道区域内的金属层的第二场板的第二长度，l2表示超高压横向双扩散金属氧化物半导体手指区域内的金属层的第一场板的第一长度。其中l1与l2不相同，且l2大于l1。

需要说明的是，图10～图14中的psub均表示p型衬底片，其通常浓度很淡，便于耗尽耐高压。

更进一步的，在本发明的第二实施例中，上述第一长度大于第二长度，进而使得制得的超高压横向双扩散金属氧化物半导体能舒缓漏极手指区域的电场，达到弱化超高压横向双扩散金属氧化物半导体漏极手指区域的尖端放电以及电场集中效应，提升超高压横向双扩散金属氧化物半导体的可靠性的效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。