专利名称：：高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法，更涉及一种降低热载流子效应的高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法。
背景技术：
：横向扩散金属氧化物半导体晶体管(LaterallyDiffusedMetalOxidesemiconductor，LDMOS)在集成电路设计与制造中有着重要地位。例如高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管(HVL匿0S)便被广泛使用在薄膜晶体管液晶显示屏的驱动芯片中。在功率集成电路中，高压L匿0S通常工作在高电压条件下，其器件漏极横向电场以及电流密度都远大于一般逻辑器件，尤其是N型晶体管件。因而热载流子(HotCarrierInjection,HCI)效应是高压LDNM0S设计中不可避免的问题，也是影响器件可靠性的主要因素。一般地，HCI效应的强弱可以通过测量器件的衬底电流Ib来反映。工作电压较低的逻辑器件lb随栅极电压升高先增大后减小，呈单峰形状，减小该值可有效抑制HCI效应。而在高压LDNMOS中，Ib随栅极电压的升高先增大后减小，然后又增大，呈双峰形状，第一个峰值与靠近沟道区漏极边缘的电场有关，而第二个峰值与漏极远离沟道区的另一端电场有关，两个峰值的大小都会直接影响器件的HCI效应。目前的横向扩散N型金属氧化物半导体晶体管(LDNMOS)的结构示意图如图1和图2所示，图1为已知的LDNMOS结构的俯视示意图；图2为图1中LD画OS沿虚线1绘出的剖面示意图。LDNMOS自下而上包括基底层B、氧化层GOX、多晶硅层P。基底层B内具有N型漂移区N-d、P型漂移区P-d以及用于隔离N型漂移区N-d和P型漂移区P-d的浅沟槽隔离区(ShallowTrenchlsolation，STI)。其中N型漂移区N_d、P型漂移区P_d分别由P型离子注入和N型离子注入来形成的，其上更具有由更大浓度的P型和N型离子注入所形成的引脚P+和N+，引脚P+和N+用于将LDNMOS与外界做欧姆接触。在实际操作中，多晶硅层P两侧的N型漂移区N-d是用来做源极和漏极，通常由注入很深的P型离子(例如磷离子)来形成。由于P型离子需要打入的程度比较深，因此，P型离子剂量大、能量高，打入N型漂移区N-d后，在N型漂移区N-d的边缘形成不平滑的表面，电流经过时，N型漂移区N-d中会形成电场强度集中处，造成HCI效应明显，器件寿命短。
发明内容本发明提出一种降低热载流子效应的高压横向扩散N型金属氧化物半导体晶体管(LDNMOS)结构的制作方法，能够解决边缘不平滑而造成的电场强度集中，HCI效应明显的问题。为了达到目的，本发明提出一种高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法。该方法包括以下步骤在基底层内形成浅沟槽隔离区；向基底层内两个区域注入磷离子；再次向基底层内这些区域注入磷离子以形成两个N型漂移区，这两个N型漂移区分别作为高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的源极和漏极；向基底层内注入P型离子以形成P型漂移区环绕这两个N型漂移区；以及在两个N型漂移区之间的基底层上依次形成氧化层和多晶硅层，作为高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的栅极，其中两个N型漂移区、P型漂移区、栅极之间由浅沟槽隔离区进行隔离。更进一步的，其中第二次向上述基底层注入的磷离子浓度小于第一次注入的磷离子浓度。更进一步的，其中第二次向上述基底层注入的磷离子位置比第一次注入的磷离子位置浅。更进一步的，在形成上述氧化层和多晶硅层的步骤之后，还包括分别在上述N型漂移区和上述P型漂移区上方由更浓的离子注入形成引脚，以分别将上述基底层、源极、漏极与外界做欧姆接触。本发明提出的高压LDNMOS结构的制作方法，通过两次注入磷离子至N型漂移区中，使得N型漂移区中的磷离子浓度分布均匀，N型漂移区的边缘平滑，减少电场强度集中区域。该方法有效地减轻了高压LDNMOS结构中的HCI效应，增加了晶体管的寿命。图1为已知的LDNMOS结构的俯视示意图；图2为图1中LDNMOS沿虚线1绘出的剖面示意图。；图3所示为本发明的高压LDNMOS结构的工艺流程图；图4a4f所示为本发明的高压LD画OS制作过程的结构示意图。图5所示为本发明中的高压LDNMOS结构的基地电流随栅极电压的变化图。图6a、6b所示为本发明中的高压LDNMOS结构的HCI测试对比图。具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。本发明LDNMOS的N型漂移区类似于逻辑器件中的浅掺杂扩散(LightlyDopedDrain,LDD)结构及其形成方法。在金氧半导体场效应晶体管(MOSFET)中，为了减弱漏区电场、以改进热电子退化效应，在沟道中靠近漏极的附近设置一个低掺杂的漏区，让低掺杂的漏区也承受部分电压，这种结构可防止热电子退化效应。LDD结构可以单次注入离子，也可以分多次注入离子，较常使用的方案是，先注入较大剂量的砷离子，再注入较少剂量的磷离子，如此，LDD结构中磷离子将砷离子包围，形成电场梯度，相比单次注入可以进一步减小电场强度，抑制HCI效应，提高器件的可靠性。而在对高压LDNMOS的N型漂移区进行离子注入时，由于其注入的区域比较深(一般要穿透STI)，若是通过高能离子注入机向衬底中植入砷离子，容易造成晶格的损伤，形成位错和缺陷，引起严重漏电，影响高压LDNMOS的性能。因此，在制作高压器件的工艺中，采用P+As离子双次注入的手段难以有效抑制HCI效应。本实施例采用制作操作电压为32V的LDNMOS结构为例，说明本发明的精神所在。图3所示为本发明制作高压LDNMOS结构的步骤流程图；图4a4f所示为本发明制作高压LDNMOS结构示意图。请同时参考图3、图4a4f。步骤S301:(如图4a)在基底层内形成浅沟槽隔离区(ShallowTrenchlsolation，STI)，用于隔离后续在基底层B内形成的N型漂移区N-d和P型漂移区P-d。步骤S303:(如图4b)向基底层内两个区域注入磷离子。这里所指的两个区域确定方法如下先在相邻的两个STI之间选定欲形成栅极的区域，如图4b所示的G'，再选定与区域G'仅相邻一个STI的区域为欲形成源极和漏极的区域，准备注入磷离子。本实施例中，基底层B为P型衬底，注入磷离子所形成N型漂移区N-d作为LDNMOS的源极S和漏极D。步骤S305:(如图4c)再次向基底层内这两个区域注入磷离子以形成N型漂移区。步骤S305中所形成的N型漂移区作为高压LDNMOS结构的源极和漏极。在步骤S303中所注入的磷离子浓度大、注入的位置深。由于本实施例中最终形成的LDNMOS结构的电性参数与单次注入磷离子所形成的LDNMOS结构的电性参数相同，因此，虽然在步骤S303中所注入的磷离子浓度较大，仍然小于单次注入的磷离子浓度，因此在相邻沟道处所形成的N型漂移区的边缘也会较之单次注入磷离子的N型漂移区平滑，并且同比各处的电场强度也降低。在步骤S305中所注入的磷离子浓度低于步骤S303中的浓度、注入的位置比步骤S303中的位置浅，但仍然比STI更深。步骤S303和S305注入的磷离子所形成的N型漂移区N-d边缘平滑，在靠近和远离沟道区处的漏极N型漂移区不会形成特别突出的边界，电场强度不会在某一处过于集中。更进一步的，磷离子变化平缓地分布在N型漂移区N-d内，电场强度能够被有效降低。步骤S307:(如图4d)向基底层内注入P型离子以形成P型漂移区。在高压LDNMOS结构的源极S和漏极D(N型漂移区)外围形成有环形的P型漂移区P-d，以作为基底层B的引出。步骤S309:(如图4e)在基底层上依次形成氧化层和多晶硅层。通常氧化层GOX可以是利用湿法生长氧化层GOX，由氧原子与基底层B中的硅发生反应，从而生成硅的氧化物，最终在基底层B上形成氧化层GOX。本发明并不以此为限。氧化层GOX上形成的多晶硅层P做为LDNMOS的栅极G。步骤S311:(如图4f)分别在N型漂移区和P型漂移区上方形成引脚。N型漂移区N-d具有由更大浓度的N型离子注入所形成的引脚N+，引脚N+用于将源极S和漏极D与外界做欧姆接触。P型漂移区P-d上具有由更大浓度的P型离子注入所形成的引脚P+，引脚P+用于将基底层B与外界做欧姆接触。本实施例中的P型漂移区与N型漂移区的位置、大小和深度的数据是依本领域技术人员根据工艺要求来设置的，本发明并不予以限制。图5所示为本发明中的高压LDNMOS结构的基底电流随栅极电压的变化图。测试条件为LDNMOS结构的通道宽度(由源区和漏区的宽度确定)/长度为50/2.5。在单次注入磷离子的LDNMOS的漏极D上分别加电压Vd=32V和35.2V、双次注入磷离子的LDNMOS的漏极D上加电压Vd=32V和35.2V这四种情况下，(其中35.2V为高压LDNMOS的承受电压的1.1倍值以进行破坏性实验)，栅极G上的偏压从0上升到35V，量测基底B中的电流Ib，得到如图5所示的曲线。其中虚线表示单次注入磷离子的LDNMOS结构的测量结果，实线表示双次注入磷离子的LDNMOS结构的测量结果。由图5中可以得到以下结果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表1由上表的小结很明显可以看出，采用双次注入磷离子至N型漂移区方式的高压LDNMOS结构中，基底B中电流峰值比较低，可以推知，根据本发明的方法制作的LDNMOS结构中的电场分布均匀，强度较低。图6a、6b所示为本发明中的高压LDNMOS结构的HCI测试对比图。图6a所示为取多个单次注入磷离子的LDNMOS测试模型在HCI测试中，拟合出这种LDNMOS结构的使用寿命，由拟合曲线与横坐标相交的坐标示出，由图6a看出，单次注入磷离子的LDNMOS测试模型的寿命为0.0525年。图6b所示为取多个双次注入磷离子的LDNMOS测试模型在HCI测试(直流)中，拟合出这种LDNMOS结构的使用寿命，由拟合曲线与横坐标相交的坐标示出，由图6b看出，单次注入磷离子的LDNMOS测试模型的寿命为0.373年(业界标准为大于0.2年)。从图6a与图6b的比较可以看出，按照本发明中方法制作的LDNM0S，减轻了HCI效应，因而具有更长的寿命。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属
技术领域：
中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。权利要求一种高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法，其特征是，包括以下步骤在基底层内形成浅沟槽隔离区；向上述基底层内两个区域注入磷离子；再次向上述基底层内所述两个区域注入磷离子以形成两个N型漂移区，上述这两个N型漂移区分别作为高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的源极和漏极；向上述基底层内注入P型离子以形成P型漂移区环绕上述这两个N型漂移区；以及在上述两个N型漂移区之间的基底层上依次形成氧化层和多晶硅层，作为高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的栅极，其中上述两个N型漂移区、上述P型漂移区、上述栅极之间由上述浅沟槽隔离区进行隔离。2.根据权利要求1所述的高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法，其特征是，其中第二次向上述基底层注入的磷离子浓度小于第一次注入的磷离子浓度。3.根据权利要求1所述的高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法，其特征是，其中第二次向上述基底层注入的磷离子位置比第一次注入的磷离子位置浅。4.根据权利要求1所述的高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法，其特征是，在形成上述氧化层和多晶硅层的步骤之后，还包括分别在上述N型漂移区和上述P型漂移区上方由更浓的离子注入形成引脚，以分别将上述基底层、源极、漏极与外界做欧姆接触。全文摘要本发明提出一种高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的制作方法。该方法包括以下步骤在基底层内形成浅沟槽隔离区；向基底层内两个区域注入磷离子；再次向基底层内这些区域注入磷离子以形成两个N型漂移区，两个N型漂移区分别作为高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的源极和漏极；向基底层内注入P型离子以形成P型漂移区环绕这两个N型漂移区；在基底层上依次形成氧化层和多晶硅层，氧化层和多晶硅层位于这两个N型漂移区之间，作为高压横向扩散金属氧化物半导体晶体管结构的栅极。该方法有效地减轻了高压LDNMOS结构中的HCI效应，增加了晶体管的寿命。文档编号H01L21/82GK101770983SQ20101002270公开日2010年7月7日申请日期2010年1月12日优先权日2010年1月12日发明者令海阳,刘龙平,叶滋婧,杨华岳,王颢,陈爱军,黄庆丰申请人:上海宏力半导体制造有限公司