漂移区具有横向浓度梯度的ldmos管及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种漂移区具有横向浓度梯度的LDMOS管，该LDMOS管的场极板分为耗尽区和连接区两部分，耗尽区与栅相连，且掺杂类型与栅相反；连接区靠近漏，并与漏极相连，且掺杂类型与栅相同。本发明还公开了上述LDMOS管的制造方法。本发明通过将场极板分为掺杂类型不同的耗尽区和连接区两部分，并和栅一起构成NPN（或PNP）结构，使栅、漏之间的电压差能连续分布在场极板的耗尽区内，从而减少了场极板与漂移区尤其是漏之间的电压差，消除了由场极板引起的热载流子效应。
【专利说明】漂移区具有横向浓度梯度的LDMOS管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种漂移区具有横向浓度梯度的LDMOS管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在LDMOS的设计中，如何提高LDMOS管的耐压一直是器件设计的核心内容。目前，提高LDMOS管耐压的技术主要包括优化漂移区的掺杂浓度及漂移区的尺寸，场极板的应用以及用以降低表面电场强度的各种RESURF技术。其中，场极板技术因其技术简单，效果好，而被广泛地应用。场极板的采用有效地降低了峰值电场，改善了沟道及场氧下漂移区的电场分布。
[0003]目前的场板结构通常是将场极板接一个固定电压，例如和栅极直接相连，如图1所示。这样，在截止状态时，场极板和栅接相同的零电位，而在导通状态时为栅的导通电压。在此情况下，当漏电压上升到较高的工作电压时(通常远高于导通情况下的栅电压)，在漂移区会有一个连续的电压分布，而场极板则是固定的与栅相同的电压。这样就会使场极板和漏之间的电压差有一个分布，并在靠近漏的一端形成一个较高的压差，如图2所示。这样，场板和漂移区之间就会形成较强的电场，这一电场的存在会对相应的载流子产生一个朝向场板方向的牵弓I或排斥的作用。对于PLDMOS而言，在栅极电压为零或在较低的负的栅极工作电位，而漏接较高的负的工作电位时，此电场便为场极板指向漂移区的向下的电场，空穴会被向下牵引，电子则被向上推动，造成电子向场氧注入，被场氧俘获并在场氧的界面处积累而形成一个电荷层，对漂移区的能带产生影响，进而影响器件特性，通常对PLDMOS管会造成漂移区的电阻降低，使线性电流增加，如图3所示。这个现象对由碰撞产生的热电子尤为明显。对NLDMOS则相反，电场方向为由漂移区向上指向场板，其对载流子的作用也正好相反，并产生同样的器件漂移。因此如何消除或减小场极板和漏之间的电压差，降低由此产生的电场，消除热载流子的注入效应及由此产生的器件劣化，增加热载流子寿命非常重要。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种漂移区具有横向浓度梯度的LDMOS管，它的场极板和漂移区之间的电压差较小，可以消除热载流子的注入效应，提高LDMOS管的耐压。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的漂移区具有横向浓度梯度的LDMOS管，包括有场极板和栅，均由连续的多晶硅构成，栅与栅极相连，场极板进一步分为耗尽区和连接区两部分，其中，耗尽区与栅相连，且掺杂类型与栅相反；连接区靠近漏，并与漏极相连，且掺杂类型与栅相同。
[0006]本发明要解决的技术问题之二是提供上述LDMOS管的制造方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的漂移区具有横向浓度梯度的LDMOS管的制造方法，在完成场氧和栅氧的生长后，还包括以下步骤:[0008]I)淀积非掺杂的栅多晶硅；
[0009]2)进行离子注入掺杂；
[0010]3)在栅区和场极板的连接区涂布光刻胶，然后显影；
[0011]4)在栅区和场极板的连接区进行离子注入掺杂，掺杂类型与步骤2)的掺杂类型相反；
[0012]5)去除光刻胶。
[0013]本发明的LDMOS管，通过将场极板分为耗尽区和连接区两部分，并和栅一起构成NPN (或PNP)结构，使栅、漏之间的电压差得以连续分布在场极板的耗尽区内，从而减少了场极板与漂移区尤其是漏之间的电压差和载流子向场氧的注入，消除了由场极板引起的热载流子效应，并有效降低了场极板末端的电场强度，提高了 LDMOS管的耐压。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是目前的PLDMOS管的结构示意图。
[0015]图2是图1的场极板结构在导通状态时，场极板和漂移区之间形成强电场，牵引电子移动的示意图。
[0016]图3是图1的PLDMOS在正常情况下和在图2所示情况下的IdVg特性曲线。
[0017]图4是本发明实施例的PLDMOS管的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现以PLDMOS管为例，并结合图示的实施方式，对本发明的LDMOS管及其制造方法详述如下:
[0019]如图4所示，本实施例的PLDMOS管的栅和场极板由连续的多晶硅(poly)构成；栅为N型重掺杂，并与栅极相连；场极板分为P型多晶硅场极板(耗尽区)和N型多晶硅场极板(连接区)两部分，两部分的大小可以根据实际需要灵活调整。其中，P型多晶硅场极板的掺杂类型与栅相反，为P型轻掺杂；该P型多晶硅场极板与栅连接，并和栅在连接处形成一个PN结；N型多晶硅场极板靠近漏的一端，与漏极连接，并与栅掺杂类型相同，为N型重掺杂；该N型多晶硅场极板与P型多晶硅场极板也形成一个PN结，从而整个栅与场极板就一起形成一个NPN的结构。
[0020]该PLDMOS管的制作方法是在B⑶(bipolar CMOS DM0S)工艺流程中，在完成场氧和栅氧的生长后，进行如下工艺步骤:
[0021]步骤I，用低压化学气相沉积法在整片硅片(包括栅氧和场氧)上淀护HOU?3000A的非掺杂的栅多晶硅。
[0022]步骤2，进行BF2的普注(即在步骤I完成后，不用光刻胶掩模，对整片硅片进行注入)。注入能量为3?30KeV，注入剂量为Ie13?le14/cm2。
[0023]本步骤也可以采用硼注入，能量为3?6KeV，剂量为Ie13?le14/cm2。
[0024]步骤3，在栅区及N型多晶硅场极板区域涂布光刻胶，然后进行显影。
[0025]步骤4，在栅区及N型多晶硅场极板区进行磷注入，能量为10?40KeV，剂量为Ie15 ?6e15/cm2。
[0026]本步骤也可以采用砷注入，能量为20?80KeV，剂量为Ie15?6e15/cm2。[0027]步骤5，去除光刻胶，得到图4所示结构的PLDMOS管。
[0028]该PLDMOS管的一端通过栅与栅极相连，另一端则通过与栅相同掺杂的场极板的一部分与漏相连。这样，无论栅与漏之间的相对电压如何变化，场极板都不会导通。而当栅、漏之间有电压差时，电压差将主要在场极板的耗尽区(即P型多晶硅场极板区域)内耗尽展开，并将电压差连续分布在耗尽区内。这样，场极板上的电压就具有了与漂移区相近的连续分布，场极板与漂移区的电压差尤其是接近漏端的电压差得以大幅减小，从而减少了载流子向场氧的注入，降低了热载流子效应。同时，还可以减小普通场极板末端的电场强度，提闻管子的击穿电压。
【权利要求】
1.漂移区具有横向浓度梯度的LDMOS管，包括场极板和栅，场极板和栅由连续的多晶硅构成，栅与栅极相连，其特征在于，场极板分为耗尽区和连接区两部分，耗尽区与栅相连，且掺杂类型与栅相反；连接区靠近漏，并与漏极相连，且掺杂类型与栅相同。
2.根据权利要求1所述的LDMOS管，其特征在于，该LDMOS管为PLDMOS管，栅和场极板的连接区为N型重掺杂，场极板的耗尽区为P型轻掺杂。
3.权利要求1所述LDMOS管的制造方法，其特征在于，在完成场氧和栅氧的生长后，还包括以下步骤: 1)淀积非掺杂的栅多晶硅； 2)进行离子注入掺杂； 3)在栅区和场极板的连接区涂布光刻胶，然后显影； 4)在栅区和场极板的连接区进行离子注入掺杂，掺杂类型与步骤2)的掺杂类型相反； 5)去除光刻胶。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1)，用低压化学气相沉积法淀积栅多晶娃。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤1)，栅多晶硅厚度为1WK)?3000A。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)，离子源为BF2或硼。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，BF2注入的能量为3?30KeV，剂量为Ie13?Ie1Vcm2 ;硼注入的能量为3?6KeV，剂量为Ie13?le14/cm2。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤4)，离子源为磷或砷。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，磷注入的能量为10?40KeV，剂量为Ie15?6e15/cm2 ;砷注入的能量为20?80KeV，剂量为Ie15?6e15/cm2。
【文档编号】H01L29/78GK103811544SQ201210437584
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月6日 优先权日:2012年11月6日
【发明者】杨文清, 赵施华, 邢军军 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司