一種p柱區(qū)階梯摻雜的二維類sj/resurf ldmos器件及其制造方法
【專利說明】一種P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURFLDMOS半導(dǎo)體功率器件。
【背景技術(shù)】
[0002]LDMOS器件作為多子器件，由于具有良好的關(guān)斷特性、高的輸入阻抗、易于大規(guī)模集成電路兼容等優(yōu)點，在許多領(lǐng)域取代傳統(tǒng)的雙極器件得到廣泛的應(yīng)用。對于LDMOS優(yōu)化設(shè)計的最重要的目的就是在獲得最大擊穿電壓的同時導(dǎo)通電阻盡可能小。由于此類多子器件導(dǎo)電層摻雜濃度和導(dǎo)電層厚度的乘積等于一常量，因此這兩個參數(shù)往往是相互矛盾的，高的擊穿電壓必然帶來高的導(dǎo)通電阻。然而，獲得理想的擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻性能的折中關(guān)鍵在于漂移區(qū)的優(yōu)化設(shè)計。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對漂移區(qū)的優(yōu)化提出了多種新結(jié)構(gòu)，如RESURF LDMOS, SOI LDMOS, SJ-LDMOS 等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種解決上述問題的方案，提出了一種可以提高器件耐壓卻不增加導(dǎo)通電阻的具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件，與三維SJ/RESURF LDMOS器件相比，簡化了工藝流程，降低了生產(chǎn)成本。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件，包括:包括襯底；襯底之上有阱；襯底之上的一側(cè)是低摻雜K型外延區(qū)、該N—型外延區(qū)內(nèi)有作為器件漏極的重摻雜注入?yún)^(qū)，襯底之上另一側(cè)的阱中有溝道區(qū)、該溝道區(qū)中有重摻雜阱和作為器件源極的重摻雜注入?yún)^(qū)，襯底之上漏極一側(cè)的低摻雜N—型外延區(qū)和襯底之上源極一側(cè)的溝道區(qū)之間是P型重摻雜注入?yún)^(qū)和N型重摻雜注入?yún)^(qū)，所述P型重摻雜注入?yún)^(qū)緊貼襯底排列，所述N型重摻雜注入?yún)^(qū)緊貼P型重摻雜注入?yún)^(qū)排列，在源極一側(cè)形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，在漏極一側(cè)形成RESURF結(jié)構(gòu)，所述P型重摻雜注入?yún)^(qū)為階梯摻雜，摻雜濃度從源級一側(cè)到漏極一側(cè)逐漸降低；溝道區(qū)上是柵氧化層和柵電極，柵電極的兩端都在溝道區(qū)之上；阱之上為場氧化層。如本說明書附圖4:在P型硅襯底10上具有N型阱；襯底之上一側(cè)為低摻雜的N—型外延層11，該N—型外延層11中有一個作為器件漏極的N型重摻雜漏注入?yún)^(qū)15 ;襯底之上另一側(cè)的阱中具有P型溝道區(qū)14 ;溝道區(qū)14中具有P型重摻雜阱17和作為器件源極的N型重摻雜注入?yún)^(qū)16 ;阱中具有N型重摻雜注入?yún)^(qū)12和由源端到漏端階梯分布的P型重摻雜注入?yún)^(qū)13 ;溝道區(qū)14上是柵氧化層19和柵電極20，柵電極20的兩端都在溝道區(qū)14之上；阱之上為場氧化層18。
[0005]本發(fā)明一種具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件，其摻雜類型是，所述硅襯底10、重摻雜注入?yún)^(qū)13、溝道結(jié)構(gòu)的溝道區(qū)14、重摻雜阱17為P型；輕摻雜外延層11、重摻雜注入?yún)^(qū)12、重摻雜的漏注入?yún)^(qū)15、重摻雜注入?yún)^(qū)16為N型。本發(fā)明的P柱區(qū)階梯摻雜為I階或I階以上階梯摻雜。
[0006]本發(fā)明還提供了一種具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件的制造方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:在P型硅襯底10上生長一定厚度但摻雜濃度較低的輕摻雜外延層，即N—型阱，作為LDMOS的漂移區(qū)；
[0008]步驟2:在輕摻雜的外延層中分別注入重摻雜的P型區(qū)13和N型區(qū)12 ；
[0009]步驟3:利用同一窗口，先進行P阱注入硼，通過長時間的退火工藝使雜質(zhì)向體內(nèi)擴散，形成一定的結(jié)深，然后繼續(xù)注入主雜質(zhì)砷形成器件的源級接觸16，由于硼比砷擴散快，兩次注入擴散的差值就形成了溝道區(qū)14 ;
[0010]步驟4:在阱14中注入重摻雜區(qū)P型阱17，在襯底之上一側(cè)的輕摻雜外延層11中離子注入形成重摻雜N型注入?yún)^(qū)阱15，重摻雜N型注入?yún)^(qū)阱15則為該LDMOS器件的漏極；
[0011]步驟5:在硅片表面形成柵氧化層19、場氧化層18和柵電極20。
[0012]在上述步驟2中，重摻雜的N型區(qū)12的深度占輕摻雜的N型外延層的3/10，重摻雜的P型區(qū)13的深度占輕摻雜的N型外延層的7/10。
[0013]在上述步驟2中，重摻雜的N型區(qū)12的摻雜濃度為9el5cnT3，重摻雜的P型區(qū)13的摻雜濃度從源極到漏極逐漸降低，呈階梯分布，依次為Pl:5el5Cm_3、P2:3.5e15cm_3、P3:lel5cm3。
[0014]如圖4結(jié)構(gòu)改為N柱區(qū)階梯摻雜，摻雜濃度由源極到漏極逐漸增加，P柱區(qū)均勻摻雜則為本發(fā)明的變形結(jié)構(gòu)。
[0015]本發(fā)明所述的一種具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件，主要是對漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)進行的優(yōu)化設(shè)計。較之普通的RESURF LDMOS結(jié)構(gòu)，該器件結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)由兩部分組成，在漂移區(qū)的源側(cè)為超結(jié)區(qū)，漏測為RESURF結(jié)構(gòu)區(qū)。
[0016]與三維的SJ/RESURF LDMOS相比，區(qū)別之處在于:本發(fā)明提出的新結(jié)構(gòu)超結(jié)區(qū)由橫向的P柱區(qū)和N柱區(qū)構(gòu)成，同時，P柱區(qū)采用的是階梯摻雜，摻雜濃度從源側(cè)到漏測逐漸降低。此P柱區(qū)采用的原理和主要作用是:在器件反向耐壓的時候，根據(jù)襯底輔助耗盡效應(yīng)的機理，P柱區(qū)中會出現(xiàn)一些多余電荷，且多余電荷的濃度由源到漏逐漸增加，本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)可以充分降低多余電荷的產(chǎn)生，經(jīng)過對P柱區(qū)、N柱區(qū)寬度以及摻雜濃度的優(yōu)化設(shè)計，可以使得超結(jié)中的P柱區(qū)和N柱區(qū)之間的電荷達到平衡，減弱襯底輔助襯底輔助耗盡效應(yīng)對橫向超結(jié)LDMOS性能的影響。
本發(fā)明的有益效果:
1、P柱區(qū)電荷摻雜濃度的階梯變化可以調(diào)制器件的體電場，同時使得P柱區(qū)出現(xiàn)多個緩變結(jié)，從而在漂移區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生多個電場峰值區(qū)，進而提高器件的耐壓；
2、與以往的N柱區(qū)階梯摻雜相比，本文采用的P柱區(qū)階梯摻雜可以提高N柱區(qū)摻雜濃度，開態(tài)時導(dǎo)通電阻被進一步降低。
3、與三維的SJ/RESURFLDMOS結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明器件的工藝實現(xiàn)更加簡單，可降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0017]圖1是普通RESURF LDMOS器件的剖面示意圖；
[0018]圖2是常規(guī)的二維SJ/RESURF LDMOS器件的剖面示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明一種具有P柱區(qū)I階階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件；
[0020]圖4是本發(fā)明一種具有P柱區(qū)2階階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件；
標識說明:10-p型硅襯底；11_襯底之上一側(cè)的N—型輕摻雜外延層；12_重摻雜N型注入?yún)^(qū)；13_重摻雜P型注入?yún)^(qū)；14-P型溝道；15-N型重摻雜漏注入?yún)^(qū)；16-N型重摻雜注入?yún)^(qū)；17_重摻雜P阱；18-場氧化層；19-柵氧化層；20_柵電極；
【具體實施方式】
[0021]下面對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細描述。
[0022]如圖4，本發(fā)明的具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件為:在P型硅襯底10上具有N型阱；襯底之上一側(cè)為低摻雜的N—型外延層11，該『型外延層11中有一個作為器件漏極的N型重摻雜漏注入?yún)^(qū)15 ;襯底之上另一側(cè)的阱中具有P型溝道區(qū)14 ;溝道區(qū)14中具有P型重摻雜阱17和作為器件源極的N型重摻雜注入?yún)^(qū)16 ;阱中具有N型重摻雜注入?yún)^(qū)12和由源端到漏端階梯分布的P型重摻雜注入?yún)^(qū)13 ;溝道區(qū)14上是柵氧化層19和柵電極20，柵電極20的兩端都在溝道區(qū)14之上；阱之上為場氧化層18。
[0023]與傳統(tǒng)的普通RESURF LDMOS器件相比，本發(fā)明的創(chuàng)新在于，將二維橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)引入傳統(tǒng)的單一摻雜的N—型漂移區(qū)，使得器件的漂移區(qū)分為兩個部分，如圖2所示，漂移區(qū)左側(cè)大部分是超結(jié)區(qū)，只有靠近漏端的一小部分為RESURF區(qū)。
[0026]本發(fā)明的常規(guī)二維類SJ/RESURF LDMOS器件的制造方法包括以下步驟(如圖2所示，以N型LDMOS為例進行介紹，P型LDMOS只需將各步驟的離子注入類型相反，各部分結(jié)構(gòu)的摻雜類型相反即可):
[0027]步驟1:在P型硅襯底1