一種提高mos管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，包括具有第一摻雜類(lèi)型的硅襯底，所述硅襯底上設(shè)置有阱區(qū)，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)與漏區(qū)之間形成溝道，所述阱上設(shè)置有多晶，所述硅襯底與多晶之間形成氧化層；所述阱區(qū)內(nèi)為第一摻雜類(lèi)型，所述源區(qū)內(nèi)為高濃度第二摻雜類(lèi)型，所述漏區(qū)中遠(yuǎn)離所述溝道的一端為高濃度第二摻雜類(lèi)型，所述漏區(qū)中靠近所述源區(qū)的一端為低濃度第二摻雜類(lèi)型，所述多晶內(nèi)為第二摻雜類(lèi)型。本發(fā)明具有小幅度提高器件的擊穿電壓，增強(qiáng)電路的可靠性的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，具體涉及一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]電子技術(shù)日益發(fā)展，許多集成電路系統(tǒng)或者模塊的設(shè)計(jì)需要使用一定耐壓的MOS管。通?？梢允褂肔DMOS高壓管或者其他耐壓較高的MOS管。
[0003]例如在非易失存儲(chǔ)器中，由于擦除和編程的操作機(jī)制大多為FN隧穿，需要在存儲(chǔ)單元上施加高達(dá)1V的電壓，同時(shí)在外圍電路的設(shè)計(jì)時(shí)需要面臨某些MOS管的承受電壓達(dá)到1V以上。通常非易失存儲(chǔ)器外圍電路的設(shè)計(jì)中常常使用LDMOS做高壓管。
[0004]LDMOS管為了提高器件的擊穿電壓，通常利用阱的摻雜注入在溝道區(qū)部分形成一個(gè)較長(zhǎng)的漂移區(qū)，當(dāng)漏端加電壓時(shí)，漂移區(qū)將會(huì)完全耗盡，成為一個(gè)空間電荷區(qū)，該區(qū)域由于摻雜濃度低，耗盡區(qū)寬度較長(zhǎng)，所以起到了一定的耐壓作用。
[0005]LDMOS管的漏端注入有阱的注入代替，面積相對(duì)原來(lái)的MOS管提高近一倍，其耐壓可以高達(dá)20V甚至400V。
[0006]然而在不需要很高的電壓的情況下，使用大面的LDMOS對(duì)項(xiàng)目的成本增加很多。例如在非易失存儲(chǔ)器中的MOS管承受的電壓1V左右，而一般0.13um工藝下NMOS管的擊穿電壓大約為10V，因此電路設(shè)計(jì)需要擊穿電壓能夠達(dá)到12V以上的MOS管，小幅度提高M(jìn)OS管的擊穿電壓，增強(qiáng)電路的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種小幅度提高器件的擊穿電壓，增強(qiáng)電路的可靠性的提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]本發(fā)明提供的一種器件結(jié)構(gòu):一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，包括具有P型摻雜的硅襯底，所述硅襯底上設(shè)置有阱區(qū)，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)與漏區(qū)之間形成溝道，所述阱區(qū)上設(shè)置有多晶，所述硅襯底與多晶之間形成氧化層；所述阱區(qū)內(nèi)為P型摻雜，所述源區(qū)內(nèi)為高濃度N型摻雜，所述漏區(qū)中遠(yuǎn)離所述溝道的一端為高濃度N型摻雜，所述漏區(qū)中靠近所述溝道的一端為低濃度N型摻雜，所述多晶內(nèi)為N型摻雜。所述漏區(qū)靠近多晶區(qū)域?yàn)镹型LDD輕摻雜注入或其他低濃度N型注入。
[0010]本發(fā)明還提供了另一形式的器件結(jié)構(gòu):一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，包括具有P型摻雜的硅襯底，所述硅襯底上設(shè)置有阱區(qū)，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)與漏區(qū)之間形成溝道，所述阱區(qū)上設(shè)置有多晶，所述硅襯底與多晶之間形成氧化層；所述阱區(qū)內(nèi)為N型摻雜，所述源區(qū)內(nèi)為高濃度P型摻雜，所述漏區(qū)中遠(yuǎn)離所述溝道的一端為高濃度P型摻雜，所述漏區(qū)中靠近所述源區(qū)的一端為低濃度P型摻雜，所述多晶內(nèi)為P型摻雜。所述漏區(qū)靠近多晶區(qū)域?yàn)镻型LDD輕摻雜注入或P型HR層注入。
[0011]上述兩種形式的器件結(jié)構(gòu)中都具備以下技術(shù)特征:
[0012]器件結(jié)構(gòu)中硅襯底上摻雜濃度最低，阱區(qū)摻雜濃度高于硅襯底上摻雜濃度，漏區(qū)靠近多晶部分的摻雜濃度高于阱區(qū)的摻雜濃度，源區(qū)、漏區(qū)遠(yuǎn)離多晶的區(qū)域以及多晶上的摻雜濃度最高。
[0013]所述漏區(qū)靠近多晶區(qū)域利用LDD輕摻雜注入，其摻雜濃度低于源區(qū)摻雜濃度；遠(yuǎn)離多晶區(qū)域利用源漏摻雜注入，其摻雜濃度與源區(qū)、多晶的摻雜濃度相同數(shù)量級(jí)。
[0014]所述漏區(qū)靠近多晶區(qū)域?yàn)長(zhǎng)DD輕摻雜注入可以替換為使用用于注入多晶電阻的HR層注入。
[0015]所述源區(qū)可以同時(shí)或者單獨(dú)參考所述漏區(qū)結(jié)構(gòu)提高M(jìn)OS管源區(qū)擊穿電壓。
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果:
[0017]本發(fā)明提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)通過(guò)改變MOS管的電場(chǎng)分布，小幅度提高M(jìn)OS管的擊穿電壓，同時(shí)面積幾乎保持不變。相對(duì)LDM0S，所提供的MOS管具有在面積和擊穿電壓上折中的特點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為普通NMOS管橫截面示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的NMOS管實(shí)例示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明的NMOS管的第一種版圖示意圖。
[0021]圖4a?4e為本發(fā)明具體實(shí)例的工藝流程器件橫截面示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的NMOS管的第二種版圖示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0024]本發(fā)明提出了一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，下面以普通匪OS管為例。如圖1所示，普通的NMOS管包括具有P型摻雜的硅襯底101，在硅襯底101上形成的P型摻雜的阱區(qū)102 ;在阱區(qū)102內(nèi)形成高濃度N型摻雜的源區(qū)103和漏區(qū)104 ;具有N型摻雜的多晶105 ;娃襯底101與多晶105之間形成以氧化層。當(dāng)柵極偏置一個(gè)較低的電壓例如1.5V、講區(qū)102和源區(qū)103接0V，漏區(qū)104施加一個(gè)高電壓。隨著源區(qū)104上的高電壓逐漸增大而達(dá)到NMOS管的擊穿電壓時(shí)，我們通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)漏區(qū)104上靠近溝道的區(qū)域106首先被擊穿，這是由于靠近區(qū)域106的漏區(qū)104上的N類(lèi)型摻雜濃度較漏區(qū)104的其他區(qū)域上的濃度高，導(dǎo)致耗盡區(qū)寬度變窄，電場(chǎng)強(qiáng)度增高，產(chǎn)生雪崩擊穿。
[0025]本發(fā)明提供的器件結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例橫截面示意圖如圖2所示，包括具有P型摻雜的硅襯底201，硅襯底201上設(shè)置有阱區(qū)202，阱區(qū)202內(nèi)設(shè)置有源區(qū)203和漏區(qū)204，源區(qū)203與漏區(qū)204之間形成溝道，阱區(qū)202上設(shè)置有多晶205，硅襯底201與多晶205之間形成氧化層；阱區(qū)202內(nèi)為低濃度的P型摻雜，源區(qū)203內(nèi)為高濃度N型摻雜，漏區(qū)204中遠(yuǎn)離溝道的一端為高濃度N型摻雜，漏區(qū)204中靠近源區(qū)203的一端為低濃度N型摻雜，多晶205內(nèi)為N型摻雜，漏區(qū)204的注入大部分為低濃度的摻雜，高濃度摻雜的源漏注入只占遠(yuǎn)離漏區(qū)204的一小部分。
[0026]本發(fā)明提供的MOS管結(jié)構(gòu)可以通過(guò)圖3所示的版圖示意圖產(chǎn)生。阱區(qū)注入層301，用于形成具有P型摻雜的阱區(qū)202。用于有源區(qū)定義層302，在有源區(qū)定義層302以外區(qū)域?yàn)閳?chǎng)氧生長(zhǎng)區(qū)域。多晶定義層303，源漏注入層304，用于注入高濃度的N型摻雜摻雜。源漏注入層304在漏區(qū)204靠近多晶205的部分區(qū)域產(chǎn)生鏤空306，鏤空區(qū)域306在輕摻雜注入時(shí)進(jìn)行注入，但在源漏注入時(shí)被掩膜版阻擋，其中接觸孔305。
[0027]本發(fā)明還可以是另一種器件結(jié)構(gòu)，包括具有P型摻雜的娃襯底201,娃襯底201上設(shè)置有阱區(qū)202，阱區(qū)202內(nèi)設(shè)置有源區(qū)203和漏區(qū)204，源區(qū)203與漏區(qū)204之間形成溝道，阱區(qū)202上設(shè)置有多晶205，硅襯底201與多晶205之間形成氧化層；阱區(qū)202內(nèi)為N型摻雜，源區(qū)203內(nèi)為高濃度P型摻雜，漏區(qū)204中遠(yuǎn)離溝道的一端為高濃度P型摻雜，漏區(qū)204中靠近源區(qū)203的一端為低濃度P型摻雜，多晶205內(nèi)為P型摻雜，漏區(qū)204的注入大部分為低濃度的摻雜，高濃度摻雜的源漏注入只占遠(yuǎn)離漏區(qū)204的一小部分。
[0028]上述所述的兩種形式的器件結(jié)構(gòu)中硅襯底上摻雜濃度最低，參考數(shù)量級(jí)為lel5 ；阱區(qū)摻雜濃度高于硅襯底上摻雜濃度，參考數(shù)量級(jí)為lel7 ;漏區(qū)靠近多晶部分的摻雜濃度高于阱區(qū)的摻雜濃度，參考數(shù)量級(jí)為lel9 ;源區(qū)、漏區(qū)遠(yuǎn)離多晶的區(qū)域以及多晶上的摻雜濃度最高，參考數(shù)量級(jí)為le20。
[0029]在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝流程中，在源漏注入前會(huì)利用源漏注入層304、阱區(qū)注入層301等通過(guò)一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算產(chǎn)生用于注入LDD輕摻雜的層。當(dāng)鏤空區(qū)域306的寬度小于d (GSMC工藝中為0.35um)時(shí)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生LDD輕摻雜層將合并鏤空區(qū)域306。這樣在鏤空區(qū)域306下方的漏區(qū)204上為低濃度的LDD輕摻雜。在這本發(fā)明所述的實(shí)例中，LDD輕摻雜注入層最終的形狀大小為源漏注入層304彌補(bǔ)上鏤空區(qū)域306的矩形。
[0030]圖4a至圖4e示意了上述第一種實(shí)例的工藝流程。
[0031]步驟1:襯底硅表面涂膠、甩膠、烘焙，光刻機(jī)將阱區(qū)注入層301制作掩膜的放在襯底硅上方進(jìn)行曝光。使用顯影液去除曝光區(qū)域光刻膠后，對(duì)襯底硅進(jìn)行阱區(qū)離子注入，曝光區(qū)域高能離子穿透晶格注入，而非曝光區(qū)域由于光刻膠的保護(hù)，避免了離子注入。步驟I所形成的結(jié)構(gòu)如圖4a所示。
[0032]步驟2:利用LPCVD (低壓化學(xué)氣相沉淀)設(shè)備在襯底硅表面形成一薄層Si3N4 (氮氧化硅)，用于保護(hù)有源區(qū)和沖當(dāng)機(jī)械拋光阻擋層。襯底硅表面涂膠、甩膠、烘焙，利用有源區(qū)層302制作反向的STI (淺槽隔離)掩膜版，光刻機(jī)將掩膜版曝光到襯底硅上，顯影液清洗曝光區(qū)域光刻膠，利用干法離子刻蝕機(jī)將隔離區(qū)上的硅移走。然后利用化學(xué)氣相淀積氧化硅填充隔離槽。為了后步驟，需要將STI氧化物拋光，去除氮化物。步驟2所形成的結(jié)構(gòu)如圖4b所示。
[0033]步驟3:清洗硅片之后，生長(zhǎng)柵氧化層，接著利用低壓化學(xué)氣相淀積柵極多晶硅。利用有多晶硅層303形成掩膜版，將303層定義的區(qū)域以外的多晶硅與氧化硅刻蝕掉。步驟3所形成的結(jié)構(gòu)如圖4c所示。
[0034]步驟4:接下來(lái)，利用源漏注入層304與阱區(qū)注入層301進(jìn)行邏輯上的圖形運(yùn)算，產(chǎn)生LDD輕摻雜注入層。盡管圖3中所示的區(qū)域306為鏤空，在運(yùn)算之后這部分的LDD層將彌補(bǔ)填充，形成一整塊掩膜版。使用砷、氟化硼等大質(zhì)量摻雜材料進(jìn)行輕摻雜。最后利用化學(xué)氣相淀積二氧化硅，干法刻蝕去除多余部分二氧化硅，形成環(huán)繞多晶的側(cè)墻。步驟4所形成的結(jié)構(gòu)如圖4d所示。
[0035]步驟5:利用源漏注入層304制作源漏注入所需的掩膜版，在光刻技術(shù)形成源漏注入所需的圖案。漏區(qū)靠近多晶的部分由于區(qū)域306被光刻膠阻擋，未進(jìn)行源漏摻雜注入。源漏摻雜注入的濃度高于LDD摻雜、阱區(qū)摻雜等的濃度。形成器件結(jié)構(gòu)如4e所示。
[0036]通過(guò)在漏區(qū)204靠近溝道的區(qū)域部分使用輕摻雜注入，MOS管漏區(qū)204的電場(chǎng)發(fā)生改變，電場(chǎng)強(qiáng)度降低，提高了 MOS管擊穿電壓。經(jīng)過(guò)仿真與測(cè)試，本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)提高M(jìn)OS管擊穿電壓10%?20%。本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)既滿足了背景所述情況電路設(shè)計(jì)的需要，又沒(méi)有提高額外的面積。
[0037]本發(fā)明的另外一種實(shí)現(xiàn)方式，在工藝上可以直接使用的LDD輕摻雜層時(shí)，所述的器件結(jié)構(gòu)也可以使用圖5中的版圖示意圖產(chǎn)生。阱區(qū)注入層501，用于形成具有P型摻雜的阱區(qū)202。用于有源區(qū)定義層502，在有源區(qū)定義層502以外區(qū)域?yàn)閳?chǎng)氧生長(zhǎng)區(qū)域。多晶定義層503。源漏注入層504，用于注入高濃度的N型摻雜摻雜。源漏注入層504在版圖中分為兩個(gè)部分用于漏區(qū)部分注入的504a和用于源區(qū)、多晶注入的504b。其中各標(biāo)號(hào)表示:接觸孔505。LDD輕摻雜注入層506。
[0038]在圖5所述的LDD輕摻雜注入層506也可以用其他輕摻雜注入層，例如可替換為用于產(chǎn)生多晶電阻的HR層。
[0039]以上所述僅為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，并不限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改，等同替換，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】
1.一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu),其特征在于,包括具有P型摻雜的娃襯底，所述娃襯底上設(shè)置有阱區(qū)，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)與漏區(qū)之間形成溝道，所述阱區(qū)上設(shè)置有多晶，所述硅襯底與多晶之間形成氧化層；所述阱區(qū)內(nèi)為P型摻雜，所述源區(qū)內(nèi)為高濃度N型摻雜，所述漏區(qū)中遠(yuǎn)離所述溝道的一端為高濃度N型摻雜，所述漏區(qū)中靠近所述溝道的一端為低濃度N型摻雜，所述多晶內(nèi)為N型摻雜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，其特征在于，器件結(jié)構(gòu)中硅襯底上摻雜濃度最低，阱區(qū)摻雜濃度高于硅襯底上摻雜濃度，漏區(qū)靠近多晶部分的摻雜濃度高于阱區(qū)的摻雜濃度，源區(qū)、漏區(qū)遠(yuǎn)離多晶的區(qū)域以及多晶上的摻雜濃度最高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述漏區(qū)靠近多晶區(qū)域利用LDD輕摻雜注入，其摻雜濃度低于源區(qū)摻雜濃度；遠(yuǎn)離多晶區(qū)域利用源漏摻雜注入，其摻雜濃度與源區(qū)、多晶的摻雜濃度相同數(shù)量級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述漏區(qū)靠近多晶區(qū)域?yàn)镹型LDD輕摻雜注入或其他低濃度N型注入。
5.一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu),其特征在于,包括具有P型摻雜的娃襯底，所述娃襯底上設(shè)置有阱區(qū)，所述阱區(qū)內(nèi)設(shè)置有源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)與漏區(qū)之間形成溝道，所述阱區(qū)上設(shè)置有多晶，所述硅襯底與多晶之間形成氧化層；所述阱區(qū)內(nèi)為N型摻雜，所述源區(qū)內(nèi)為高濃度P型摻雜，所述漏區(qū)中遠(yuǎn)離所述溝道的一端為高濃度P型摻雜，所述漏區(qū)中靠近所述源區(qū)的一端為低濃度P型摻雜，所述多晶內(nèi)為P型摻雜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，其特征在于，器件結(jié)構(gòu)中硅襯底上摻雜濃度最低，阱區(qū)摻雜濃度高于硅襯底上摻雜濃度，漏區(qū)靠近多晶部分的摻雜濃度高于阱區(qū)的摻雜濃度，源區(qū)、漏區(qū)遠(yuǎn)離多晶的區(qū)域以及多晶上的摻雜濃度最高。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述漏區(qū)靠近多晶區(qū)域利用LDD輕摻雜注入，其摻雜濃度低于源區(qū)摻雜濃度；遠(yuǎn)離多晶區(qū)域利用源漏摻雜注入，其摻雜濃度與源區(qū)、多晶的摻雜濃度相同數(shù)量級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高M(jìn)OS管擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述漏區(qū)靠近多晶區(qū)域?yàn)镻型LDD輕摻雜注入或P型HR層注入。
【文檔編號(hào)】H01L29/36GK104362173SQ201410577720
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】李建成, 尚靖, 李聰, 李文曉, 王震, 鄭黎明, 曾祥華, 吳建飛 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)