LDMOS器件及其制造方法与流程

文档序号:15676718发布日期:2018-10-16 20:08阅读:362来源:国知局

本发明涉及半导体集成电路制造领域,特别是涉及一种ldmos器件;本发明还涉及一种ldmos器件的制造方法。



背景技术:

双扩散金属氧化物半导体场效应管(double-diffusedmos)由于具有耐压稿,大电流驱动能力和极低功耗等特点,目前在电源管理电路中被广泛采用。dmos包括垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管(vdmos)和ldmos(ldmos),在ldmos器件中,导通电阻是一个重要的指标。bcd工艺中,ldmos虽然与cmos集成在同一块芯片中,但由于高耐压和低特征电阻和导通电阻的要求,ldmos在本底器区和漂移区的条件与cmos现有的工艺条件共享的前提下,其导通电阻与击穿电压(bv)存在矛盾和折中,往往无法满足开关管应用的要求,导通电阻通常采用特征电阻(rsp)表示。因此在获得相同的关态击穿电压(offbv),应尽量降低rsp以提高产品的竞争力。

如图1所示,是现有ldmos器件的结构示意图;以n型器件为例,现有ldmos器件包括:

n型的第一硅外延层2,在所述第一硅外延层2的选定区域中形成有p型的漂移区4和n型的体区5;所述漂移区4和所述体区5横向隔离有距离。

在所述第一硅外延层2的底部形成有p型重掺杂的第一埋层1;所述第一埋层1形成于硅衬底表面。通常,所述硅衬底为硅衬底,所述第一硅外延层2为硅外延层。

在所述漂移区4的选定区域中形成有漂移区场氧3。

在所述体区5的表面形成有由栅介质层如栅氧化层6和多晶硅栅7叠加而成的栅极结构,被所述多晶硅栅7覆盖的所述体区5表面用于形成沟道。

所述栅介质层6的第二侧和所述漂移区场氧3的第一侧相接触,所述多晶硅栅7的第二侧延伸到所述漂移区场氧3的表面上。

源区8a形成于所述体区5表面且所述源区8a的第二侧和所述多晶硅栅7的第一侧自对准。

漏区8b形成于所述漂移区4中且所述漏区8b的第一侧和所述漂移区场氧3的第二侧自对准。

在所述体区5的表面还形成有n型重掺杂的体引出区9,所述体引出区9和所述源区8a的第一侧的侧面相接触。所述体引出区9和所述源区8a会通过相同的接触孔连接到由正面金属层组成的源极。

漏区8b则会通过接触孔连接到由正面金属层组成的漏极,多晶硅栅7则会通过接触孔连接到由正面金属层组成的栅极。

图1中,所述漂移区场氧3为凹陷到第一硅外延层2的一定深度的结构,通常,所述漂移区场氧3采用浅沟槽隔离工艺(sti)或采用局部氧化工艺(locos)形成。其中,采用sti工艺形成所述漂移区场氧3的步骤包括:a)对硅进行刻蚀形成浅沟槽,b)进行热氧化在浅沟槽表面形成氧化层,c)对沟槽进行氧化层填充,d)经化学机械研磨形成所述漂移区场氧3。而locos工艺是通过对局部的硅进行氧化形成所述漂移区场氧3。在sti和locos工艺中,所述漂移区场氧3越厚,越有利于提高器件的offbv和降低关态漏电流(ioff),但是越不利于器件的rsp的降低。相反,所述漂移区场氧3越薄,越有利于降低rsp,但是会导致offbv减小且漏电ioff增大。

图1所示的现有器件中,为了减小器件的rsp,漂移区4的掺杂浓度往往已经被最优化去降低漂移区的电阻。在低压段的ldmos器件,器件的沟道电阻在rsp中的占比很大,为了进一步降低器件的rsp,器件的沟道电阻还需要进一步优化。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是提供一种ldmos器件,能降低器件的导通电阻并同时使器件的击穿电压得到保持。为此,本发明还提供一种ldmos器件的制造方法。

为解决上述技术问题,本发明提供的ldmos器件包括:

第二导电类型的第一硅外延层,在所述第一硅外延层的选定区域中形成有第一导电类型的漂移区和第二导电类型的体区;所述漂移区和所述体区横向接触或隔离有距离。

在所述漂移区的选定区域中形成有漂移区场氧。

在所述体区的表面形成有由栅介质层和多晶硅栅叠加而成的栅极结构,被所述多晶硅栅覆盖的所述体区表面用于形成沟道。

所述栅介质层的第二侧和所述漂移区场氧的第一侧相接触,所述多晶硅栅的第二侧延伸到所述漂移区场氧的表面上。

源区形成于所述体区表面且所述源区的第二侧和所述多晶硅栅的第一侧自对准。

漏区形成于所述漂移区中且所述漏区的第一侧和所述漂移区场氧的第二侧自对准。

在所述体区表面形成有锗硅外延层,所述锗硅外延层还延伸到所述漂移区场氧外的所述漂移区表面,利用所述锗硅外延层提高载流子的迁移率从而降低沟道电阻和漂移区电阻,所述漂移区场氧的底部穿过所述锗硅外延层从而消除所述锗硅外延层对器件的击穿电压的影响。

进一步的改进是,在所述第一硅外延层的底部形成有第一导电类型重掺杂的第一埋层;所述第一埋层形成于硅衬底表面。

进一步的改进是,所述漂移区场氧为浅沟槽场氧。

进一步的改进是,所述源区和所述漏区的结深大于所述锗硅外延层的厚度。

进一步的改进是,所述栅介质层为栅氧化层。

进一步的改进是,在所述体区的表面还形成有第二导电类型重掺杂的体引出区,所述体引出区和所述源区的第一侧的侧面相接触。

进一步的改进是,ldmos器件为n型器件,第一导电类型为n型,第二导电类型为p型;或者,ldmos器件为p型器件,第一导电类型为p型,第二导电类型为n型。

为解决上述技术问题,本发明提供的ldmos器件的制造方法包括如下步骤:

步骤一、提供第二导电类型的第一硅外延层,在所述第一硅外延层表面形成锗硅外延层。

步骤二、在选定的区域中形成漂移区场氧,所述漂移区场氧的深度大于所述锗硅外延层的厚度。

步骤三、采用第一导电类型离子注入工艺在选定区域的所述锗硅外延层和所述第一硅外延层中形成漂移区,所述漂移区的结深大于所述所述漂移区场氧的厚度,所述漂移区场氧位于所述漂移区的部分区域中。

步骤四、依次形成栅介质层和第一多晶硅层。

步骤五、进行第一次光刻定义出多晶硅栅的第一侧的侧面位置,依次对所述第一多晶硅层和所述栅介质层进行刻蚀形成所述多晶硅栅的第一侧的侧面并将所述多晶硅栅的第一侧的侧面外的所述锗硅外延层表面露出。

步骤六、采用第二导电类型离子注入工艺进行形成体区,所述体区位于所述多晶硅栅的第一侧的侧面外的所述锗硅外延层和所述第一硅外延层中,所述体区在退火后延伸到所述多晶硅栅的第一侧的底部,被所述多晶硅栅覆盖的所述体区表面用于形成沟道。

步骤七、进行第二次光刻定义出多晶硅栅的第二侧的侧面位置,对所述第一多晶硅层进行刻蚀形成所述多晶硅栅的第二侧的侧面并形成所述多晶硅栅,由所述栅介质层和所述多晶硅栅叠加形成栅极结构;所述多晶硅栅的第二侧延伸到所述漂移区场氧的表面上。

步骤八、进行第一导电类型重掺杂离子注入同时形成源区和漏区,源区形成于所述体区表面且所述源区的第二侧和所述多晶硅栅的第一侧自对准;漏区形成于所述漂移区中且所述漏区的第一侧和所述漂移区场氧的第二侧自对准。

进一步的改进是,步骤一中在所述第一硅外延层的底部形成有第一导电类型重掺杂的第一埋层;所述第一埋层形成于硅衬底表面。

进一步的改进是,步骤二中采用浅沟槽隔离工艺形成所述漂移区场氧,包括如下分步骤:

步骤21、在所述锗硅外延层的表面依次形成硬质掩膜层,光刻定义出漂移区场氧的形成区域。

步骤22、将所述漂移区场氧的形成区域的所述硬质掩膜层去除。

步骤23、以所述硬质掩膜层为掩膜对所述漂移区场氧的形成区域的所述锗硅外延层和所述第一硅外延层进行刻蚀形成浅沟槽。

步骤24、在所述浅沟槽中填充氧化层,并去除所述浅沟槽外的氧化层和所述硬质掩膜层,由填充于所述浅沟槽中的氧化层组成所述漂移区场氧。

进一步的改进是,步骤21中所述硬质掩膜层由第一氧化层和第二氮化层叠加而成。

进一步的改进是,所述源区和所述漏区的结深大于所述锗硅外延层的厚度。

进一步的改进是,所述栅介质层为栅氧化层。

进一步的改进是,步骤八之后还包括步骤:

步骤九、进行第二导电类型重掺杂离子注入在所述体区的表面形成体引出区,所述体引出区和所述源区的第一侧的侧面相接触。

进一步的改进是,ldmos器件为n型器件,第一导电类型为n型,第二导电类型为p型;或者,ldmos器件为p型器件,第一导电类型为p型,第二导电类型为n型。

本发明通过在体区表面形成锗硅外延层,利用锗硅外延层提高载流子的迁移率能够降低沟道电阻;同时,本发明的锗硅外延层还延伸到漂移区的表面,所以还能降低漂移区电阻,最终能够降低的导通电阻;同时,本发明的漂移区场氧的底部穿过锗硅外延层,使得漂移区场氧的底部的漂移区依然形成于第一硅外延层中,从而能消除锗硅外延层使漂移区场氧底部的击穿临界电场降低的缺陷,从而能消除锗硅外延层对器件的击穿电压的影响,从而使器件的击穿电压得到很好的保持。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:

图1是现有ldmos器件的结构示意图;

图2是本发明实施例ldmos器件的结构示意图;

图3a-图3d是本发明实施例ldmos器件的制造方法的各步骤中的器件结构示意图。

具体实施方式

如图2所示,是本发明实施例ldmos器件的结构示意图;本发明实施例ldmos器件包括:

第二导电类型的第一硅外延层102,在所述第一硅外延层102的底部形成有第一导电类型重掺杂的第一埋层101;所述第一埋层101形成于硅衬底表面。在所述第一硅外延层102的选定区域中形成有第一导电类型的漂移区104和第二导电类型的体区105;所述漂移区104和所述体区105横向接触或隔离有距离。

在所述漂移区104的选定区域中形成有漂移区场氧103。所述漂移区场氧103为浅沟槽场氧。

在所述体区105的表面形成有由栅介质层106和多晶硅栅107叠加而成的栅极结构,被所述多晶硅栅107覆盖的所述体区105表面用于形成沟道。

所述栅介质层106的第二侧和所述漂移区场氧103的第一侧相接触,所述多晶硅栅107的第二侧延伸到所述漂移区场氧103的表面上。所述栅介质层106为栅氧化层。

源区108a形成于所述体区105表面且所述源区108a的第二侧和所述多晶硅栅107的第一侧自对准。

漏区108b形成于所述漂移区104中且所述漏区108b的第一侧和所述漂移区场氧103的第二侧自对准。所述源区108a和所述漏区108b的结深大于所述锗硅外延层110的厚度。

在所述体区105的表面还形成有第二导电类型重掺杂的体引出区109,所述体引出区109和所述源区108a的第一侧的侧面相接触。

在所述体区105表面形成有锗硅外延层110,所述锗硅外延层110还延伸到所述漂移区场氧103外的所述漂移区104表面,利用所述锗硅外延层110提高载流子的迁移率从而降低沟道电阻和漂移区104电阻,所述漂移区场氧103的底部穿过所述锗硅外延层110从而消除所述锗硅外延层110对器件的击穿电压的影响。

本发明实施例ldmos器件为n型器件,第一导电类型为n型,第二导电类型为p型。在其它实施例中也能为:ldmos器件为p型器件,第一导电类型为p型,第二导电类型为n型。

本发明实施例通过在体区105表面形成锗硅外延层110,利用锗硅外延层110提高载流子的迁移率能够降低沟道电阻;同时,本发明实施例的锗硅外延层110还延伸到漂移区104的表面,所以还能降低漂移区104电阻,最终能够降低的导通电阻;同时,本发明实施例的漂移区场氧103的底部穿过锗硅外延层110,使得漂移区场氧103的底部的漂移区104依然形成于第一硅外延层102中,从而能消除锗硅外延层110使漂移区场氧103底部的击穿临界电场降低的缺陷,从而能消除锗硅外延层110对器件的击穿电压的影响,从而使器件的击穿电压得到很好的保持。

如图3a至图3d所示,是本发明实施例ldmos器件的制造方法的各步骤中的器件结构示意图,本发明实施例ldmos器件的制造方法包括如下步骤:

步骤一、如图3a所示,提供第二导电类型的第一硅外延层102,在所述第一硅外延层102表面形成锗硅外延层110。

在所述第一硅外延层102的底部形成有第一导电类型重掺杂的第一埋层101;所述第一埋层101形成于硅衬底表面。

步骤二、在选定的区域中形成漂移区场氧103,所述漂移区场氧103的深度大于所述锗硅外延层110的厚度。

本发明实施例中,采用浅沟槽隔离工艺形成所述漂移区场氧103,包括如下分步骤:

步骤21、如图3a所示,在所述锗硅外延层110的表面依次形成硬质掩膜层,光刻定义出漂移区场氧103的形成区域。所述硬质掩膜层由第一氧化层111和第二氮化层112叠加而成。

步骤22、如图3b所示,将所述漂移区场氧103的形成区域的所述硬质掩膜层去除。

步骤23、如图3b所示,以所述硬质掩膜层为掩膜对所述漂移区场氧103的形成区域的所述锗硅外延层110和所述第一硅外延层102进行刻蚀形成浅沟槽。

步骤24、如图3b所示,在所述浅沟槽中填充氧化层。

如图3c所示,去除所述浅沟槽外的氧化层和所述硬质掩膜层,由填充于所述浅沟槽中的氧化层组成所述漂移区场氧103。通常,采用化学机械研磨(cmp)工艺去除所述浅沟槽外的氧化层和所述硬质掩膜层并使所述漂移区场氧103和所述浅沟槽外的表面相平。

步骤三、如图3c所示,采用第一导电类型离子注入工艺在选定区域的所述锗硅外延层110和所述第一硅外延层102中形成漂移区104,所述漂移区104的结深大于所述所述漂移区场氧103的厚度,所述漂移区场氧103位于所述漂移区104的部分区域中。

步骤四、如图3d所示,依次形成栅介质层106和第一多晶硅层107。所述栅介质层106为栅氧化层。

步骤五、如图3d所示,进行第一次光刻定义出多晶硅栅107的第一侧的侧面位置,依次对所述第一多晶硅层和所述栅介质层106进行刻蚀形成所述多晶硅栅107的第一侧的侧面并将所述多晶硅栅107的第一侧的侧面外的所述锗硅外延层110表面露出。

步骤六、如图3d所示,采用第二导电类型离子注入工艺进行形成体区105,所述体区105位于所述多晶硅栅107的第一侧的侧面外的所述锗硅外延层110和所述第一硅外延层102中,所述体区105在退火后延伸到所述多晶硅栅107的第一侧的底部,被所述多晶硅栅107覆盖的所述体区105表面用于形成沟道。

步骤七、如图3d所示,进行第二次光刻定义出多晶硅栅107的第二侧的侧面位置,对所述第一多晶硅层进行刻蚀形成所述多晶硅栅107的第二侧的侧面并形成所述多晶硅栅107,由所述栅介质层106和所述多晶硅栅107叠加形成栅极结构;所述多晶硅栅107的第二侧延伸到所述漂移区场氧103的表面上。

步骤八、如图2所示,进行第一导电类型重掺杂离子注入同时形成源区108a和漏区108b,源区108a形成于所述体区105表面且所述源区108a的第二侧和所述多晶硅栅107的第一侧自对准;漏区108b形成于所述漂移区104中且所述漏区108b的第一侧和所述漂移区场氧103的第二侧自对准。

所述源区108a和所述漏区108b的结深大于所述锗硅外延层110的厚度。

步骤八之后还包括步骤:

步骤九、进行第二导电类型重掺杂离子注入在所述体区105的表面形成体引出区109,所述体引出区109和所述源区108a的第一侧的侧面相接触。

本发明实施例方法中,ldmos器件为n型器件,第一导电类型为n型,第二导电类型为p型。在其它实施例方法中也能为:ldmos器件为p型器件,第一导电类型为p型,第二导电类型为n型。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围。

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