專利名稱：p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SOI (絕緣襯底上的硅)基上LDMOS(橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體) 器件，特別涉及一種高壓超結(jié)(Super Junction)p溝道LDMOS器件。
背景技術(shù)：
SOI技術(shù)以其理想的介質(zhì)隔離性能、相對(duì)簡(jiǎn)單的介質(zhì)隔離工藝而在半導(dǎo)體集成電 路技術(shù)領(lǐng)域受到人們的青睞。SOI器件具有寄生效應(yīng)小、速度快、功耗低、集成度高、抗輻照 能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?；赟OI技術(shù)的可集成LDMOS器件，由于有源器件與材料襯底和其他高低 壓器件間采用完全的介質(zhì)隔離，有利于避免U)MOS器件發(fā)生閂鎖效應(yīng)，且器件易作為高端 或低端開(kāi)關(guān)與其他高低壓器件一起單片集成于高壓功率集成電路中。 圖1示出了常規(guī)薄層SOI基p溝道L匿OS器件結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為襯底(通常 為P型襯底)，2為埋氧層，3為源極n阱，此處作為p溝道L匿OS器件的溝道區(qū)，4為源極n+ 背柵接觸區(qū)，51、52為歐姆孔，將有源區(qū)電位接出，61和62分別為源極金屬場(chǎng)板和漏極金屬 場(chǎng)板，7為源極p+接觸區(qū)，8為源極p型擴(kuò)展區(qū)，為p溝道LDMOS器件提供連續(xù)的溝道，9為 多晶硅柵電極，10為場(chǎng)氧化層，11為金屬前介質(zhì)(PMD) ， 12為漏極p+接觸區(qū)，13為p型漂移 區(qū)。上述薄層SOI基p溝道LDMOS器件其耐壓一般《300V，器件工作時(shí)，源極為高電位，其 耗盡層從源極n阱3與p型漂移區(qū)13PN結(jié)邊界開(kāi)始耗盡，由于耗盡層從高電位PN結(jié)邊界 開(kāi)始，使得源極n阱3與p型漂移區(qū)13PN結(jié)處電場(chǎng)曲率大，最終使器件擊穿。圖2是利用 二維數(shù)值仿真軟件MEDICI繪制的上述器件擊穿時(shí)等勢(shì)線圖，當(dāng)源極為高電平時(shí)，耗盡層從 左邊A點(diǎn)開(kāi)始向右邊耗盡，最終使得A點(diǎn)曲率過(guò)大導(dǎo)致器件擊穿。 專利Lateral Thin-Film Silicon-On-I固lator(SOI)PMOS Device Having aDrain Extension Region, U. S. Pat. NO. 6， 127， 703. NXP提出一種新型薄層SOI基p溝道 U)MOS器件，其解決問(wèn)題的思想為通過(guò)引入漏極擴(kuò)展區(qū)，使得耗盡層從漏極開(kāi)始耗盡，避免 了高電位源端過(guò)早出現(xiàn)曲率擊穿的可能。圖3給出了該器件結(jié)構(gòu)示意圖，其中l(wèi)為p型襯 底，2為埋氧層，3為源極n阱，此處作為p溝道LDMOS器件的溝道區(qū)，4為源極n+背柵接觸 區(qū)，51、52為歐姆孔，將有源區(qū)電位接出，6為源極p+接觸區(qū)，7為多晶硅柵電極，8為柵氧化 層，91和92分別為源極金屬場(chǎng)板和漏極金屬場(chǎng)板，10為n型摻雜層(或稱為漂移區(qū))，11 為金屬前介質(zhì)，12為p型漏極擴(kuò)展區(qū)，13為漏極p+接觸區(qū)，14為漏極p阱。器件處于關(guān)態(tài)， 源極施加高電平時(shí)，漏極P阱14與n型漂移區(qū)10構(gòu)成的PN結(jié)開(kāi)始耗盡，直到耗盡到高電 平源極。從而避免了源極曲率過(guò)大，器件過(guò)早擊穿。P溝道LDMOS器件導(dǎo)通時(shí)，源極p+接 觸區(qū)6通過(guò)源極n阱溝道3的反型層，再通過(guò)漏極擴(kuò)展區(qū)12傳導(dǎo)電流。為了使漂移區(qū)全耗 盡，漏極擴(kuò)展區(qū)12需要滿足降低表面場(chǎng)(RESURF)技術(shù)摻雜劑量要求，使得其摻雜劑量不能 超過(guò)1E12/cm 導(dǎo)通電阻的降低受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
(為了描述上的方便，本發(fā)明有時(shí)也將"絕緣襯底上的硅基p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬
3氧化物半導(dǎo)體器件"簡(jiǎn)稱為SOI基p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件、p溝道橫向
雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件、SOI基p溝道L匿OS器件或直接稱為器件。) 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上的SOI基p溝道L匿OS器件源
端PN結(jié)開(kāi)始耗盡，使得器件未成熟擊穿的問(wèn)題，以及漏極擴(kuò)展區(qū)摻雜濃度與器件耐壓的矛
盾，提供一種絕緣襯底上的硅基P溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件。 本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)
體器件，包括沿Y方向自下而上的襯底、埋氧層、n型摻雜層；所述n型摻雜層X(jué)方向一端形
成源極n阱，另一端形成漏極p阱，源極n阱和漏極p阱之間為漏極擴(kuò)展區(qū)；其特征在于，所
述漏極擴(kuò)展區(qū)由沿Z方向交錯(cuò)并排的n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條構(gòu)成，所述n型雜質(zhì)條和p
型雜質(zhì)條X方向的兩端分別與源極n阱和漏極p阱相接。 進(jìn)一步的，所述漏極擴(kuò)展區(qū)在Y方向的深度小于n型摻雜層的厚度。 進(jìn)一步的，所述p型雜質(zhì)條摻雜濃度等于或略大于n型雜質(zhì)條摻雜濃度。 進(jìn)一步的，所述器件處于關(guān)態(tài)時(shí)，所述n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條被耗盡。 具體的，所述源極n阱、漏極p阱及n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條均位于n型摻雜層上
面并包涵在n型摻雜層中。 具體的，所述漏極p阱和源極n阱在Z方向的寬度不小于n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì) 條在Z方向的寬度之和。 具體的，所述p型雜質(zhì)條在Z方向的寬度和Y方向的深度等于或略大于n型雜質(zhì) 條在Z方向的寬度和Y方向的深度。 進(jìn)一步的，所述n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條的雜質(zhì)注入劑量與其在Z方向的寬度成 明顯的反比關(guān)系。 進(jìn)一步的，所述器件用于集成電路的有源元件。
進(jìn)一步的，所述集成電路為PDP尋址集成電路。 本發(fā)明的有益效果是，在提高p溝道U)MOS器件耐壓的同時(shí)，降低了器件導(dǎo)通電 阻，可達(dá)到200 700V的耐壓要求，非常適合用于制造PDP(等離子體顯示屏)尋址集成電 路。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)薄層SOI基p溝道L匿OS器件結(jié)構(gòu)示意圖。 其中附圖標(biāo)記如下1為p型襯底，2為埋氧層，3為源極n阱，4為源極!1+背柵接 觸區(qū)，51、52為歐姆孔，61、62分別為源極金屬場(chǎng)板和漏極金屬場(chǎng)板，7為源極p+接觸區(qū)，8 為源極P型擴(kuò)展區(qū)，9為多晶硅柵電極，10為場(chǎng)氧化層，11為金屬前介質(zhì)，12為漏極p+接觸 區(qū)，13為p型漂移區(qū)。 圖2是圖1所示器件擊穿時(shí)電勢(shì)分布圖。 圖3是U. S. Pat. NO. 6， 127， 703公開(kāi)的薄層SOI基p溝道LDM0S器件結(jié)構(gòu)示意圖。
其中附圖標(biāo)記如下1為p型襯底，2為埋氧層，3為源極n阱，4為源極!1+背柵接 觸區(qū)，51、52為歐姆孔，6為源極。+接觸區(qū)，7為多晶硅柵電極，8為柵氧化層，91、92為源極 金屬場(chǎng)板與漏極金屬場(chǎng)板，10為n型漂移區(qū)，11為金屬前介質(zhì)，12為p型漏極擴(kuò)展區(qū)，13為 漏極P+接觸區(qū)，14為漏極p阱。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的SOI基p溝道L匿OS器件結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記如下1為p型襯底，2為埋氧層，10為n型摻雜層(漂移區(qū))，3為源極
n阱、12為漏極p阱，5為p+接觸區(qū)，4為背柵n+接觸區(qū)。11為漏極p+接觸區(qū)。81 8i
為n型雜質(zhì)條，91……9i為p型雜質(zhì)條，7為多晶硅柵電極，6柵氧化層。 圖5是圖4器件關(guān)態(tài)時(shí)等勢(shì)線分布圖。 圖6為橫向降低表面場(chǎng)(RESURF)器件表面場(chǎng)分布示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，下面描述的具 體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。 本發(fā)明的S0基p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，在頂層n型摻雜層(漂 移區(qū))設(shè)置交錯(cuò)并排的P型雜質(zhì)條和n型雜質(zhì)條，在器件處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)達(dá)到電荷平衡，對(duì) 于漂移區(qū)內(nèi)電場(chǎng)分布不會(huì)造成太大影響。本發(fā)明的器件在漏端設(shè)置P阱，當(dāng)源極為高電位 時(shí)，漏端PN結(jié)(漏極p阱與頂層n型摻雜層的交界面)承擔(dān)耐壓。通過(guò)耗盡方向的移動(dòng)， 避免了源端PN結(jié)曲率過(guò)大而引起的擊穿電壓下降。漂移區(qū)中p型雜質(zhì)條受到相鄰的n型 雜質(zhì)條及n型摻雜層共同耗盡，p型雜質(zhì)條可以進(jìn)行較重?fù)诫s，實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻。本發(fā)明的 p溝道LDM0S器件可實(shí)現(xiàn)200 700V器件耐壓要求，可用在高壓電平位移單元中，如PDP尋
址集成電路中。
實(shí)施例 圖4是本實(shí)施例的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件剖視圖。本例的SOI 基p溝道U)M0S器件，通過(guò)在頂層n型摻雜層設(shè)置p型雜質(zhì)條與n型雜質(zhì)條，在漏端設(shè)置p 阱，成功實(shí)現(xiàn)了耗盡方向轉(zhuǎn)移，達(dá)到高耐壓目的。圖4中沿Y方向自下而上為p型襯底1、 埋氧層2、在埋氧層2上形成n型摻雜層10。 n型摻雜層10中，通過(guò)擴(kuò)散沿X方向一端形 成源極n阱3，作為p溝道LDM0S器件的溝道區(qū)，另一端形成漏極p阱12。源極n阱3和漏 極P阱12之間的區(qū)域?yàn)槁O擴(kuò)展區(qū)。源極n阱3中形成源極p+接觸區(qū)5和n+背柵接觸 區(qū)4，其共同的引出電極為本例器件的源極(S)。漏極p阱12中形成漏極p+接觸區(qū)ll，其 引出電極為本例器件的漏極(D)。本例的漏極擴(kuò)展區(qū)通過(guò)摻雜擴(kuò)散形成由沿Z方向交錯(cuò)并 排的n型雜質(zhì)條81……8i和p型雜質(zhì)條91……9i。這些雜質(zhì)條X方向的兩端分別與源極 n阱3和漏極p阱12相接，所有雜質(zhì)條(本例的漏極擴(kuò)展區(qū))在Y方向的深度應(yīng)小于n型 摻雜層10的厚度，即漏極擴(kuò)展區(qū)不與埋氧層2接觸。上述n型雜質(zhì)條81……8i、p型雜質(zhì) 條91……9i、源極n阱3和漏極p阱12均位于n型摻雜層10上面并包涵在n型摻雜層10 中，其中源極n阱3和/或漏極p阱12可以穿透n型摻雜層10與埋氧層相接。本例柵電 極7位于柵氧化層6上方，其引出電極為本例器件的柵極(G)。柵電極7與柵氧化層6在X 方向的寬度應(yīng)跨過(guò)源極n阱3，左端延伸到源極p+接觸區(qū)5，右端延伸到漏極擴(kuò)展區(qū)(覆蓋 n型雜質(zhì)條81……8i和p型雜質(zhì)條91……9i的端部)，參見(jiàn)圖4。本例器件在關(guān)態(tài)時(shí)，通 過(guò)右邊漏極p阱12與n型摻雜層10形成的PN結(jié)向左耗盡，導(dǎo)通時(shí)電流通過(guò)源極p+接觸 區(qū)5、源極n阱3上空穴反型層、漂移區(qū)p型雜質(zhì)條91……9i、漏極p阱12被漏極p+接觸 區(qū)11收集，形成電流通路。P型雜質(zhì)條在關(guān)態(tài)時(shí)被并排的n型雜質(zhì)條所耗盡，開(kāi)態(tài)時(shí)為電流 通路。打破了常規(guī)SOI基p溝道L匿0S器件源端開(kāi)始耗盡的弊端，使SOI基p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件漂移區(qū)能夠承擔(dān)高壓，實(shí)現(xiàn)高壓電平位移電路對(duì)于厚柵氧P溝 道LDM0S的需求。 本例器件處于關(guān)態(tài)時(shí)，n型摻雜層10上方n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條由于電荷平衡 作用，其互相耗盡，相當(dāng)于輕摻雜區(qū)，在高耐壓區(qū)不會(huì)對(duì)漂移區(qū)電場(chǎng)分布造成大的影響。通 過(guò)在n型摻雜層10設(shè)置漏極p阱12，轉(zhuǎn)移常規(guī)SOI基p溝道L匿OS源極PN結(jié)，使器件的耗 盡方向轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)器件漂移區(qū)從低電平方向向高電平方向耗盡，達(dá)到器件高耐壓需求。 由于P型雜質(zhì)條同時(shí)與并排的n型雜質(zhì)條及n型摻雜層10共同耗盡，p型雜質(zhì)條摻雜濃度 可以等于或略大于n型雜質(zhì)條摻雜濃度，實(shí)現(xiàn)較重?fù)诫s，滿足p溝道LDMOS低導(dǎo)通損耗的需 求。同樣的道理，P型雜質(zhì)條在Z方向的寬度和Y方向的深度可以等于或略大于n型雜質(zhì) 條在Z方向的寬度和Y方向的深度。在保證p型雜質(zhì)條多余的電荷能夠被n型摻雜層10 進(jìn)一步耗盡的條件下，p型雜質(zhì)條的摻雜濃度和通電截面(Z和Y方向的尺寸)可以略大于 n型雜質(zhì)條，從而進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻和損耗。為了滿足所有雜質(zhì)條(包括p型雜質(zhì)條和n 型雜質(zhì)條)均能夠有效的參與導(dǎo)電，漏極P阱12和源極n阱3在Z方向的寬度應(yīng)大于等于 n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條在Z方向的寬度之和。 圖5是本發(fā)明的絕緣襯底上的硅基p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件關(guān) 態(tài)時(shí)等勢(shì)線分布圖，源極電壓為470V，相鄰等勢(shì)線電勢(shì)差為15V，測(cè)繪具體參數(shù)為埋氧層 2厚度(Y方向尺寸)2 5iim;n型摻雜層10厚度(Y方向尺寸)2 20 y m，長(zhǎng)度(X方向 尺寸)30 70 ii m，其雜質(zhì)滿足RESURF注入劑量要求；源極n阱3長(zhǎng)度(X方向尺寸)2 6 ii m，注入劑量為8E12 1. 6E13/cm2，結(jié)深(Y方向尺寸)1. 5 4 y m，漏極p阱12注入劑 量為lE13 5E13/cm2 ;p型雜質(zhì)條與n型雜質(zhì)條結(jié)深約(Y方向尺寸)1 3 y m，條寬(Z方 向尺寸)l 3iim，注入劑量為1. 2E12 4E12/ci^且與條寬成明顯反比關(guān)系。圖5通過(guò)仿 真軟件證實(shí)了器件在關(guān)態(tài)時(shí)其耗盡方向改變，以及在高壓(此處為470V)下器件漂移區(qū)發(fā) 生全耗盡。 圖6給出了橫向降低表面場(chǎng)(RESURF)器件表面場(chǎng)分布示意圖，圖1所示器件結(jié)構(gòu) 其表面電場(chǎng)為單RESURF器件表面電場(chǎng)分布；圖3所示器件結(jié)構(gòu)其表面電場(chǎng)為雙RESURF器 件表面電場(chǎng)分布；而本發(fā)明所的絕緣襯底上的硅基P溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器 件，其表面電場(chǎng)為3D RESURF器件表面電場(chǎng)分布。通過(guò)圖6可以看出，在飄移區(qū)長(zhǎng)度相同的 條件下，本發(fā)明的器件有最均勻的電場(chǎng)分布，從而可以經(jīng)受更大的擊穿電壓。
本發(fā)明的絕緣襯底上的硅基p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，通過(guò)在漂 移區(qū)內(nèi)設(shè)置P型雜質(zhì)條與n型雜質(zhì)條構(gòu)成樓擴(kuò)展區(qū)，在漏電極設(shè)置p阱實(shí)現(xiàn)了關(guān)態(tài)高耐壓 與開(kāi)態(tài)低電阻，能夠達(dá)到200V-700V器件耐壓要求，可用在高壓電平位移單元中，其電平位 移單元可應(yīng)用為PDP尋址IC中。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡是本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，包括沿Y方向自下而上的襯底、埋氧層、n型摻雜層；所述n型摻雜層X(jué)方向一端形成源極n阱，另一端形成漏極p阱，源極n阱和漏極p阱之間為漏極擴(kuò)展區(qū)；其特征在于，所述漏極擴(kuò)展區(qū)由沿Z方向交錯(cuò)并排的n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條構(gòu)成，所述n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條X方向的兩端分別與源極n阱和漏極p阱相接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述 漏極擴(kuò)展區(qū)在Y方向的深度小于n型摻雜層的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述P型雜質(zhì)條摻雜濃度等于或略大于n型雜質(zhì)條摻雜濃度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其特征在 于，所述器件處于關(guān)態(tài)時(shí)，所述n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條被耗盡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4任意一項(xiàng)所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其 特征在于，所述源極n阱、漏極p阱及n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條均位于n型摻雜層上面并包 涵在n型摻雜層中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其 特征在于，所述漏極P阱和源極n阱在Z方向的寬度不小于n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條在Z 方向的寬度之和。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其 特征在于，所述P型雜質(zhì)條在Z方向的寬度和Y方向的深度等于或略大于n型雜質(zhì)條在Z 方向的寬度和Y方向的深度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 7任意一項(xiàng)所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其 特征在于，所述n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條的雜質(zhì)注入劑量與其在Z方向的寬度成明顯的反 比關(guān)系。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 8所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述器件用于集成電路的有源元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其特征在于，所 述集成電路為PDP尋址集成電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及SOI基上LDMOS器件。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的器件未成熟擊穿的問(wèn)題，以及漏極擴(kuò)展區(qū)摻雜濃度與器件耐壓的矛盾，公開(kāi)了一種絕緣襯底上的硅基p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的技術(shù)方案是，p溝道橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，包括沿Y方向自下而上的襯底、埋氧層、n型摻雜層；所述n型摻雜層X(jué)方向一端形成源極n阱，另一端形成漏極p阱，源極n阱和漏極p阱之間為漏極擴(kuò)展區(qū)；所述漏極擴(kuò)展區(qū)由沿Z方向交錯(cuò)并排的n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條構(gòu)成，所述n型雜質(zhì)條和p型雜質(zhì)條X方向的兩端分別與源極n阱和漏極p阱相接。本發(fā)明提高了器件耐壓的同時(shí)，降低了器件導(dǎo)通電阻，非常適合用于制造PDP尋址集成電路。
文檔編號(hào)H01L29/36GK101777584SQ201010300959
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者廖紅, 羅波 申請(qǐng)人:四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司