專利名稱：Ldmos晶體管結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)及其形成方法。
背景技術(shù)：
高壓BCD工藝及由其形成的電路模塊廣泛應(yīng)用于汽車電子、液晶顯示面板(LCD) 驅(qū)動、有機發(fā)光二極管(OLED)驅(qū)動、馬達驅(qū)動等領(lǐng)域，是近年來的熱門研究領(lǐng)域。橫向擴散金屬氧化物(LDM0Q晶體管是B⑶工藝中常用的一種功率器件。常規(guī)的 LDMOS晶體管的柵極往往延伸至場氧化層(L0C0S或STI)上，從而減少漏端的電場強度，以增大LDMOS晶體管的安全工作區(qū)和擊穿電壓。以60伏LDMOS晶體管為例，其柵電極的工作電壓較低，例如為3. 3V或5V，而漏區(qū)的工作電壓卻可以達到60V。由于LDMOS晶體管的柵氧化層的厚度一般較薄，因而采用漏區(qū)附近的柵電極位于場氧化層之上的結(jié)構(gòu)，將難以達到足夠的擊穿電壓和足夠的安全工作區(qū)。同時現(xiàn)有技術(shù)中的LDNMOS晶體管的漏端場漂移區(qū)的距離要求比較大，這會增大LDMOS晶體管的導(dǎo)通電阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)及其形成方法，提高擊穿電壓，增大安全工作區(qū)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底；覆蓋所述半導(dǎo)體襯底的外延層；位于所述外延層上的相鄰接的柵介質(zhì)層和場氧化層；柵電極，覆蓋所述柵介質(zhì)層并延伸至所述場氧化層上；位于所述柵電極一側(cè)的外延層中的體區(qū)；位于所述體區(qū)中的源區(qū)；位于所述柵電極另一側(cè)的外延層中的漏區(qū)；位于所述源區(qū)上方的導(dǎo)電場板，所述導(dǎo)電場板通過通孔與所述源區(qū)電連接。可選地，所述導(dǎo)電場板位于第一層金屬層中，所述導(dǎo)電場板的材料為金屬?？蛇x地，所述導(dǎo)電場板延伸至所述場氧化層上方?？蛇x地，所述導(dǎo)電場板與所述場氧化層重疊區(qū)域的寬度為3. 6 4. 0 μ m。本發(fā)明還提供了一種LDMOS晶體管的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延層；在所述外延層上形成場氧化層；對所述外延層進行離子注入，以在其中形成體區(qū)；在所述體區(qū)和場氧化層之間的外延層上形成柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層與所述場氧化層相鄰接；
在所述柵介質(zhì)層上形成柵電極，所述柵電極還延伸至所述場氧化層上；對所述外延層進行離子注入，以在所述體區(qū)中形成源區(qū)，在所述柵電極的相對于體區(qū)的另一側(cè)的外延層中形成漏區(qū)；形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋所述柵電極、場氧化層和外延層；在所述源區(qū)上方的層間介質(zhì)層中形成通孔；在所述層間介質(zhì)層上形成導(dǎo)電場板，所述導(dǎo)電場板通過所述通孔與所述源區(qū)電連接。可選地，所述導(dǎo)電場板的形成方法包括在所述層間介質(zhì)層上沉積金屬層；對所述金屬層進行圖形化，形成所述導(dǎo)電場板?？蛇x地，所述導(dǎo)電場板延伸至所述場氧化層上方?？蛇x地，所述導(dǎo)電場板與所述場氧化層重疊區(qū)域的寬度為3. 6 4. 0 μ m。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明實施例的LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)及其形成方法中，在源區(qū)上方形成有導(dǎo)電場板，該導(dǎo)電場板通過通孔與源區(qū)電連接，將大大減弱源區(qū)附近的電場強度，提升LDMOS晶體管的性能，提高擊穿電壓，增大安全工作區(qū)。進一步地，該導(dǎo)電場板可以形成于BCD工藝中的第一層金屬層中，并不需要額外的光刻步驟，便于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明實施例的LDMOS晶體管的形成方法的流程示意圖；圖2至圖9是本發(fā)明實施例的LDMOS晶體管的形成方法中各步驟的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術(shù)的LDMOS晶體管主要是通過采用柵電極延伸至場氧化層上的結(jié)構(gòu)來提高器件的擊穿電壓和安全工作區(qū)，但是提升空間有限，而增大漏端場漂移區(qū)距離的方法又會加大器件的導(dǎo)通電阻。本發(fā)明實施例的LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)及其形成方法中，在源區(qū)上方形成有導(dǎo)電場板，該導(dǎo)電場板通過通孔與源區(qū)電連接，該導(dǎo)電場板將大大減弱源區(qū)附近的電場強度，提升 LDMOS晶體管的性能，提高擊穿電壓，增大安全工作區(qū)。進一步地，該導(dǎo)電場板可以形成于BCD工藝中的第一層金屬層中，并不需要額外的光刻步驟，便于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。圖1示出了本發(fā)明實施例的LDMOS晶體管的形成方法的流程示意圖，包括步驟S11，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延層；步驟S12，在所述外延層上形成場氧化層；步驟S13，對所述外延層進行離子注入，以在其中形成體區(qū)；
步驟S14，在所述體區(qū)和場氧化層之間的外延層上形成柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層與所述場氧化層相鄰接；步驟S15，在所述柵介質(zhì)層上形成柵電極，所述柵電極還延伸至所述場氧化層上；步驟S16，對所述外延層進行離子注入，以在所述體區(qū)中形成源區(qū)，在所述柵電極的相對于體區(qū)的另一側(cè)的外延層中形成漏區(qū)；步驟S17，形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋所述柵電極、場氧化層和外延層；步驟S18，在所述源區(qū)上方的層間介質(zhì)層中形成通孔；步驟S19，在所述層間介質(zhì)層上形成導(dǎo)電場板，所述導(dǎo)電場板通過所述通孔與所述源區(qū)電連接。圖2至圖9示出了本實施例的LDMOS晶體管的形成方法的各步驟的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖1和圖2至圖9對本實施例進行詳細說明。結(jié)合圖1和圖2，執(zhí)行步驟S11，提供半導(dǎo)體襯底10，在半導(dǎo)體襯底10上形成外延層11。半導(dǎo)體襯底10可以是硅襯底、鍺硅襯底、III-V族元素化合物襯底、或絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底，本實施例采用的是P型摻雜的硅襯底，其中具有P型的摻雜離子，如硼離子、銦離子等。外延層11的形成方法可以是外延生長， 本實施例中外延層11的摻雜類型也是P型。本實施例中，還通過離子注入以及高溫擴散在外延層11中形成了 N阱12，注入離子為N型離子，如磷離子、砷離子等。結(jié)合圖1和圖3，執(zhí)行步驟S12，在11外延層上形成場氧化層13。具體的，場氧化層13的形成工藝可以是局部氧化法(LOCOS)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)的形成方法。本實施例中，場氧化層13形成于N阱12中以及N阱12的周圍，其中N阱12周圍的場氧化層13 可以用作器件之間的隔離。結(jié)合圖1和圖4，執(zhí)行步驟S13，對外延層11進行離子注入，在其中形成體區(qū)14。 體區(qū)14的摻雜類型為P型，其形成過程可以包括涂膠、光刻、離子注入、去除光刻膠等。結(jié)合圖1和圖5，執(zhí)行步驟S14，在體區(qū)14和場氧化層13之間的外延層上形成柵介質(zhì)層15，柵介質(zhì)層15與場氧化層13相鄰接，執(zhí)行步驟S15，在柵介質(zhì)層15上形成柵電極 16，柵電極16還延伸至N阱12中的場氧化層13上。其中，柵介質(zhì)層15的材料可以是氧化硅，其形成方法可以是熱氧化法；柵電極16 的材料可以是多晶硅，其形成方法可以是化學(xué)氣相沉積(CVD)。結(jié)合圖1和圖6，執(zhí)行步驟S16，對外延層12進行離子注入，以在體區(qū)14中形成源區(qū)17，在柵電極16的相對于體區(qū)14的另一側(cè)的外延層11中形成漏區(qū)18。本實施例中，源區(qū)17和漏區(qū)18的摻雜類型為N型，注入的離子可以是磷離子、砷離子等。在此過程中，還可以在體區(qū)14中通過離子注入后形成與源區(qū)17并列的體接觸區(qū)(圖中未示出)，體接觸區(qū)的摻雜類型為P型。在形成源區(qū)17、漏區(qū)18、體接觸區(qū)的離子注入之后可以進行快速熱處理(RTA)以降低接觸電阻。形成源區(qū)17、漏區(qū)18以及體接觸區(qū)之后，還可以在柵電極16、源區(qū)17、漏區(qū)18以及體接觸區(qū)的表面上形成金屬硅化物，如鈦或鈷的硅化物，以降低接觸電阻。
結(jié)合圖1和圖7，執(zhí)行步驟S17，形成層間介質(zhì)層19，層間介質(zhì)層19覆蓋柵電極16、 場氧化層13和外延層11。層間介質(zhì)層19的材料可以是氧化硅，其形成方法可以是化學(xué)氣相沉積等。結(jié)合圖1和圖8，執(zhí)行步驟S18，在源區(qū)17上方的層間介質(zhì)層19中形成通孔20。 通孔20的形成方法可以包括對層間介質(zhì)層19進行刻蝕，形成溝槽；在該溝槽中填充導(dǎo)電材料，如金屬鎢；之后對填充的導(dǎo)電材料進行平坦化，將覆蓋在層間介質(zhì)層19表面上的導(dǎo)電材料去除，完成通孔20的形成過程。結(jié)合圖1和圖9，執(zhí)行步驟S19，在層間介質(zhì)層19上形成導(dǎo)電場板21，導(dǎo)電場板21 通過通孔20與源區(qū)17電連接。導(dǎo)電場板21的形成過程可以集成在B⑶工藝中的第一層金屬層的形成過程中，具體可以包括在層間介質(zhì)層19上沉積金屬層，如金屬鋁；對該金屬層進行圖形化，圖形化的方法可以是刻蝕等，從而形成導(dǎo)電場板21。由于導(dǎo)電場板21的形成過程可以采用第一層金屬層的加工工藝來進行，因而并不需要額外的光刻工藝，工藝較為簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。優(yōu)選的，導(dǎo)電場板21體區(qū)17上方，并延伸至場氧化層13上方。對于60V的LDMOS 晶體管，導(dǎo)電場板21與場氧化層13重疊區(qū)域的寬度D為3. 6 4. 0 μ m，此處的寬度方向指的是源區(qū)17至漏區(qū)18的延伸方向。在上述優(yōu)選尺寸下，60V的LDMOS晶體管的安全工作區(qū)提高至大于66V，而擊穿電壓提高至大于85V，而且與常規(guī)的沒有導(dǎo)電場板21的LDMOS晶體管相比，本實施例的器件的漏端漂移區(qū)的距離較小，導(dǎo)通電阻也相應(yīng)的較小，具體將減小約 IOmohm · mm2。需要說明的是，導(dǎo)電場板21是浮空的(floating)，也即除了通過通孔20與源區(qū) 17電連接之外，與器件中的其他部件都是電性絕緣的。浮空的導(dǎo)電場板21有利于降低源區(qū) 17的電場強度，從而能夠增大器件的安全工作區(qū)和擊穿電壓。另外，本實施例中所給出的具體摻雜類型是以LDNMOS晶體管為例來進行說明的， 在其他具體實施例中，還可以對各摻雜區(qū)域選擇相反的摻雜類型，以形成LDPMOS晶體管。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)，包括 半導(dǎo)體襯底；覆蓋所述半導(dǎo)體襯底的外延層；位于所述外延層上的相鄰接的柵介質(zhì)層和場氧化層；柵電極，覆蓋所述柵介質(zhì)層并延伸至所述場氧化層上；位于所述柵電極一側(cè)的外延層中的體區(qū)；位于所述體區(qū)中的源區(qū)；位于所述柵電極另一側(cè)的外延層中的漏區(qū)；其特征在于，還包括位于所述源區(qū)上方的導(dǎo)電場板，所述導(dǎo)電場板通過通孔與所述源區(qū)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)電場板位于第一層金屬層中，所述導(dǎo)電場板的材料為金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)電場板延伸至所述場氧化層上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)電場板與所述場氧化層重疊區(qū)域的寬度為3. 6 4. 0 μ m。
5.一種LDMOS晶體管的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延層； 在所述外延層上形成場氧化層； 對所述外延層進行離子注入，以在其中形成體區(qū)；在所述體區(qū)和場氧化層之間的外延層上形成柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層與所述場氧化層相鄰接；在所述柵介質(zhì)層上形成柵電極，所述柵電極還延伸至所述場氧化層上； 對所述外延層進行離子注入，以在所述體區(qū)中形成源區(qū)，在所述柵電極的相對于體區(qū)的另一側(cè)的外延層中形成漏區(qū)； 其特征在于，還包括形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋所述柵電極、場氧化層和外延層； 在所述源區(qū)上方的層間介質(zhì)層中形成通孔；在所述層間介質(zhì)層上形成導(dǎo)電場板，所述導(dǎo)電場板通過所述通孔與所述源區(qū)電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LDMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電場板的形成方法包括在所述層間介質(zhì)層上沉積金屬層；對所述金屬層進行圖形化，形成所述導(dǎo)電場板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LDMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電場板延伸至所述場氧化層上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LDMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電場板與所述場氧化層重疊區(qū)域的寬度為3. 6 4. 0 μ m。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)及其形成方法，所述LDMOS晶體管結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底；覆蓋所述半導(dǎo)體襯底的外延層；位于所述外延層上的相鄰接的柵介質(zhì)層和場氧化層；柵電極，覆蓋所述柵介質(zhì)層并延伸至所述場氧化層上；位于所述柵電極一側(cè)的外延層中的體區(qū)；位于所述體區(qū)中的源區(qū)；位于所述柵電極另一側(cè)的外延層中的漏區(qū)；位于所述源區(qū)上方的導(dǎo)電場板，所述導(dǎo)電場板通過通孔與所述源區(qū)電連接。本發(fā)明能夠減小源區(qū)的電場強度，有利于提高器件的安全工作區(qū)以及擊穿電壓。
文檔編號H01L29/10GK102339864SQ201110261930
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者劉建華, 吳曉麗, 楊金 申請人:上海先進半導(dǎo)體制造股份有限公司