專利名稱：隔離型ldnmos器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制集成電路領(lǐng)域，尤其是涉及一種隔離型LDNMOS器件，本發(fā)明 還涉及該隔離型LDMOS器件的制造方法。
背景技術(shù)：
如圖1所示是現(xiàn)有隔離型高壓LDNMOS器件(Isolated HV LDNM0S)工作線路示意 圖。由于應(yīng)用需求，在器件開(kāi)啟的狀態(tài)下，高壓LDNMOS器件的源和溝道會(huì)處于高電位狀態(tài)。 為避免高壓對(duì)襯底的影響，通常會(huì)采用N型阱將器件整個(gè)包起來(lái)，稱為隔離型LDNMOS器件 (Isolated LDNM0S)。如圖2和圖3所示，分別是現(xiàn)有隔離型LDNMOS器件的平面結(jié)構(gòu)圖和剖面圖?，F(xiàn) 有隔離型LDNMOS器件采用深N阱來(lái)隔離整個(gè)LDNMOS器件，在漏區(qū)附近也作為器件的漏極 端漂移區(qū)；高壓P阱作為P型溝道區(qū)，所述高壓P阱的摻雜離子為硼離子、體濃度為IO16 IO18個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為100 200KeV，并隨后進(jìn)行溫度為1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火，同時(shí)高壓P阱在多晶硅柵下方的區(qū)域形成器件的溝道； 低壓N阱作為深N阱的引出端，所述低壓N阱的摻雜離子為磷離子、體濃度為IO16 IO18個(gè) /cm3,是通過(guò)離子注入形成，注入能量為200 500KeV ；低壓P阱作為襯底的引出端，也稱之 為隔離環(huán)，所述低壓P阱的摻雜離子為硼離子、體濃度為IO16 IOw個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注 入形成，注入能量為200 500KeV。多晶硅柵與漏極之間的淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)主要用 來(lái)緩解多晶硅端的電場(chǎng)強(qiáng)度。在器件開(kāi)啟的狀態(tài)下，電流從器件的溝道到漏極途經(jīng)STI的 下方區(qū)域。如圖4所示，是現(xiàn)有隔離型LDNMOS電場(chǎng)在漏極端漂移區(qū)的分布圖。對(duì)于高壓器件，擊穿(breakdown)和源漏導(dǎo)通電阻(Rdson)是非常重要的兩個(gè)特 性。1、為提高器件的擊穿特性，深N阱的濃度要降低，深N阱于P型襯底的PN結(jié)深要 做足夠深，漏極和柵之間的STI寬度尺寸要大，以確保漏區(qū)和溝道區(qū)間的擊穿和P型溝道區(qū) 和P型襯底間的本體穿通條件同時(shí)滿足。作為40V的高壓LDNMOS器件，漏極端漂移區(qū)的電阻在整個(gè)器件的源漏導(dǎo)通電阻特 性中占主導(dǎo)地位。因此，為降低器件的源漏導(dǎo)通電阻特性，漏極端漂移區(qū)的摻雜濃度要提 高，STI的寬度要減小。因此，在提高高壓LDMOS器件的擊穿電壓和降低源漏導(dǎo)通電阻特性之間需要一個(gè) 權(quán)衡。兩者之間的理論關(guān)系見(jiàn)公式(1)，其中BV表示擊穿電壓、Ron表示導(dǎo)通電阻；Ron 3.7 · 1(Γ9 · (BV)2.6 (1)如何共同優(yōu)化器件的擊穿電壓和源漏導(dǎo)通電阻特性，是高壓device研發(fā)的主要 方向。降低表面電場(chǎng)(RESURF，Reduce-Surface-Electricfield))理論被用來(lái)同時(shí)改善器 件的擊穿電壓和源漏導(dǎo)通電阻特性。如圖5所示，為RESURF示意圖，其中A部分圖是未經(jīng) RESURF的普通PN 二極管的電場(chǎng)電場(chǎng)分布示意圖、B部分圖是RESURF后的PN 二極管的電 場(chǎng)電場(chǎng)分布示意圖。當(dāng)N型外延層厚度很厚的時(shí)候，器件的擊穿電壓和源漏導(dǎo)通電阻特性符合公式(1)的關(guān)系。但是，當(dāng)N型外延層厚度變薄(在一定程度時(shí))，其下面的P型襯底 (N/P結(jié))會(huì)幫助N型外延層中耗盡層的快速分布，使電場(chǎng)分布變得平坦，從而增大擊穿電壓 的特性。但是，薄的N型外延層，即淺的深N阱結(jié)深又與隔離型LDNMOS器件要求的深的深 N阱與P型襯底結(jié)深要求不符，這將會(huì)導(dǎo)致P型溝道和P型襯底間的本體穿通來(lái)的過(guò)早，從 而器件失效。這是把RESURF概念用到隔離型LDMOS器件結(jié)構(gòu)上的難點(diǎn)所在。通常現(xiàn)有的高壓器件都會(huì)與低壓邏輯器件及存儲(chǔ)器件整合在一起，做成片上系統(tǒng) (SOC，System On Chip)結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)和要求的器件整合在一起給整體的工藝整合帶來(lái) 了挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種隔離型LDNMOS器件，僅通過(guò)對(duì)版圖的變 動(dòng)，就能同時(shí)優(yōu)化器件的擊穿特性和源漏導(dǎo)通電阻特性；為此，本發(fā)明還提供一種隔離型 LDNMOS器件的制造方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的隔離型LDNMOS器件，包括一 P型襯底，襯底 電極通過(guò)形成于襯底中的低壓P阱再做P+歐姆接觸引出，所述襯底電極形成隔離環(huán)。一漂 移區(qū)，由一高壓深N阱和一 SONOS深N阱橫向相連組成，所述高壓深N阱的深度大于所述 SONOS深N阱的深度，所述高壓深N阱電極通過(guò)低壓N阱一做N+歐姆接觸引出。一溝道區(qū)， 由形成于所述高壓深N阱中的高壓P阱組成，所述溝道區(qū)和所述SONOS深N阱相隔一定的 距離使所述溝道區(qū)只處于所述高壓深N阱中，通過(guò)一 P+歐姆接觸引出溝道電極。一源區(qū)， 由形成于所述溝道區(qū)中N+摻雜區(qū)組成，直接做歐姆接觸引出源極。一漏區(qū)，由形成于所述 SONOS深N阱中的低壓N阱二中的N+摻雜區(qū)組成，直接形成歐姆接觸引出漏極，在所述漏區(qū) 和溝道區(qū)之間的所述SONOS深N阱中的部分漂移區(qū)中形成有淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，所述淺 溝槽隔離場(chǎng)氧化層和所述漏區(qū)相連、和所述溝道區(qū)相隔部分漂移區(qū)一，所述部分漂移區(qū)一 為所述SONOS深N阱和所述高壓深N阱的有部分重疊的相接區(qū)域，使所述漏極端漂移區(qū)只 處于所述SONOS深N阱中。一多晶硅柵，形成于所述溝道區(qū)上，覆蓋了所述溝道區(qū)、所述部 分漂移區(qū)一和部分所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，所述多晶硅柵通過(guò)柵氧化層和所述溝道區(qū)、 所述部分漂移區(qū)一隔離。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的隔離型LDNMOS器件的制造方法，包括采用高壓深N阱和SONOS深N阱兩次注入工藝在一 P型襯底上形成漂移區(qū)，使所 述漂移區(qū)在橫向上由高壓深N阱和SONOS深N阱相連而成；形成溝道區(qū)，采用高壓P阱工藝形成于所述高壓深N阱中，所述溝道區(qū)不和所述 SONOS深N阱相連；采用低壓N阱工藝在所述SONOS深N阱中形成低壓N阱二，在所述低壓N阱二中 進(jìn)行N+摻雜形成漏區(qū)；在所述溝道區(qū)中進(jìn)行N+摻雜形成形成源區(qū)；在所述SONOS深N阱中形成淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，使所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層和 所述漏區(qū)相鄰接、和所述溝道區(qū)相隔部分漂移區(qū)一；在所述溝道區(qū)和所述部分漂移區(qū)一以及部分所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層上形成柵 氧化層以及多晶硅柵；
在襯底上形成低壓P阱并引出襯底電極、在溝道區(qū)中形成低壓N阱一并引出溝道 電極、在源區(qū)和漏區(qū)上分別引出源極和漏極。本發(fā)明的隔離型LDNMOS器件，通過(guò)采用高壓深N阱和SONOS深N阱取代單一的 高壓深N阱形成漂移區(qū)，使高壓深N阱形成于溝道區(qū)的下方，而SONOS深N阱形成于淺溝 槽隔離場(chǎng)氧化層下方。這就使得器件的溝道區(qū)下方形成的PN結(jié)很深，能夠確保所述隔離 型LDNMOS器件的垂直PNP本體穿通特性。在器件的淺溝槽隔離(STI)下方的漏極端漂移 區(qū)中，SONOS深N阱和P型襯底件的形成的垂直PN結(jié)比較淺，由降低表面電場(chǎng)(RESURF， Reduce-Surface-Electric field))理論可知，該較淺的PN結(jié)能幫助和促使STI結(jié)構(gòu)下方 N型區(qū)域即SONOS深N阱的耗盡層的快速形成，使漏極端漂移區(qū)的電場(chǎng)分布平坦化，促使器 件的擊穿特性得以提高。同時(shí)，由于器件擊穿特性的提升，使STI結(jié)構(gòu)下方N型區(qū)域的摻雜 濃度的提升和STI的尺寸縮小有了改善的空間，從而導(dǎo)致器件的源漏導(dǎo)通電阻(Rdson)特 性得以改善。使高壓器件的擊穿特性和源漏導(dǎo)通電阻特性得以同時(shí)優(yōu)化。同時(shí)本發(fā)明的制 造方法并不需要新加光罩，而僅是對(duì)現(xiàn)有隔離型LDNMOS的深N阱以及SONOS的深N阱的版 圖進(jìn)行變動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)，從而能大大降低成本。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1是現(xiàn)有隔離型高壓LDNMOS器件的工作線路示意圖；圖2是現(xiàn)有隔離型LDNMOS器件的平面結(jié)構(gòu)圖；圖3是現(xiàn)有隔離型LDNMOS器件的剖面圖；圖4是現(xiàn)有隔離型LDNMOS電場(chǎng)在漏極端漂移區(qū)的分布圖；圖5是RESURF示意圖；圖6是本發(fā)明隔離型LDNMOS器件的平面圖；圖7是本發(fā)明隔離型LDNMOS器件的剖面圖；圖8是本發(fā)明隔離型LDNMOS器件的漏極端漂移區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖。
具體實(shí)施例方式如圖6所示，是本發(fā)明隔離型LDNMOS器件的平面圖；如圖7所示，是本發(fā)明隔離 型LDNMOS器件的剖面圖。本發(fā)明的隔離型LDNMOS器件，包括一 P型襯底，襯底電極通過(guò) 形成于襯底中的低壓P阱再做P+歐姆接觸引出，所述襯底電極形成隔離環(huán)。一漂移區(qū)，由 一高壓深N阱和一 SONOS深N阱橫向相連組成，所述高壓深N阱的摻雜離子為磷離子、體 濃度為IO16 IOw個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為2000KeV，并隨后進(jìn)行溫度為 1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火；所述SONOS深N阱的摻雜離子為磷離子、體 濃度為IO16 IOw個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為IOOOKeV,并隨后進(jìn)行溫度為 1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火。所述高壓深N阱的深度大于所述SONOS深N 阱的深度，所述高壓深N阱電極通過(guò)低壓N阱一做N+歐姆接觸引出。一溝道區(qū)，由形成于 所述高壓深N阱中的高壓P阱組成，所述溝道區(qū)和所述SONOS深N阱相隔一定的距離使所述 溝道區(qū)只處于所述高壓深N阱中，通過(guò)一P+歐姆接觸引出溝道電極。一源區(qū)，由形成于所述 溝道區(qū)中N+摻雜區(qū)組成，直接做歐姆接觸引出源極。一漏區(qū)，由形成于所述SONOS深N阱中的低壓N阱二中的N+摻雜區(qū)組成，直接形成歐姆接觸引出漏極，在所述漏區(qū)和溝道區(qū)之 間的所述SONOS深N阱中的部分漂移區(qū)中形成有淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，所述淺溝槽隔離場(chǎng) 氧化層和所述漏區(qū)相連、和所述溝道區(qū)相隔部分漂移區(qū)一，所述部分漂移區(qū)一為所述SONOS 深N阱和所述高壓深N阱的有部分重疊的相接區(qū)域，使所述漏極端漂移區(qū)只處于所述SONOS 深N阱中。一多晶硅柵，形成于所述溝道區(qū)上，覆蓋了所述溝道區(qū)、所述部分漂移區(qū)一和部 分所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，所述多晶硅柵通過(guò)柵氧化層和所述溝道區(qū)、所述部分漂移區(qū) 一隔離。本發(fā)明的隔離型LDNMOS器件的制造方法，包括采用高壓深N阱和SONOS深N阱兩次注入工藝在一 P型襯底上形成漂移區(qū)，使所 述漂移區(qū)在橫向上由高壓深N阱和SONOS深N阱相連而成；所述高壓深N阱的摻雜離子為 磷離子、體濃度為1016 1018個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為2000KeV，并隨后 進(jìn)行溫度為1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火；所述SONOS深N阱的摻雜離子為 磷離子、體濃度為IO16 IOw個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為IOOOKeV,并隨后進(jìn) 行溫度為1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火。形成溝道區(qū)，采用高壓P阱工藝形成于所述高壓深N阱中，所述溝道區(qū)不和所述 SONOS深N阱相連；采用低壓N阱工藝在所述SONOS深N阱中形成低壓N阱二，在所述低壓N阱二中 進(jìn)行N+摻雜形成漏區(qū)；在所述溝道區(qū)中進(jìn)行N+摻雜形成形成源區(qū)；在所述SONOS深N阱中形成淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，使所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層和 所述漏區(qū)相鄰接、和所述溝道區(qū)相隔部分漂移區(qū)一；在所述溝道區(qū)和所述部分漂移區(qū)一以及部分所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層上形成柵 氧化層以及多晶硅柵；在襯底上形成低壓P阱并引出襯底電極、在溝道區(qū)中形成低壓N阱一并引出溝道 電極、在源區(qū)和漏區(qū)上分別引出源極和漏極。如圖8所示，是本發(fā)明隔離型LDNMOS器件的漏極端漂移區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖，從 上部分圖可以看出，在本發(fā)明器件的漏極端漂移區(qū)即圖8中的STI下方為一 SONOS深N阱， 而不是現(xiàn)有器件中的高壓深N阱，這樣使得本發(fā)明器件的STI下方垂直方向的結(jié)深較現(xiàn)有 器件的結(jié)深要淺，應(yīng)用Resurf概念(Reduce-Surface-Electric field)可知，該淺結(jié)能幫 助和促使STI結(jié)構(gòu)下方的N型區(qū)域即SONOS深N阱的耗盡層的快速形成，漏極端漂移區(qū)的 電場(chǎng)分布平坦化，如圖8下半圖曲線所示，從而促使本發(fā)明隔離型LDNMOS器件的擊穿特性 得以提高，擊穿電壓的提高值為如圖8下半圖曲線的陰影面積。同時(shí)，由于器件擊穿特性的 提升，使STI結(jié)構(gòu)下方N型雜質(zhì)的濃度的提升和STI的尺寸縮小有了改善的空間。從而導(dǎo) 致器件的Rdson特性得以改善。使本發(fā)明的隔離型LDNMOS器件的擊穿特性和源漏導(dǎo)通電 阻(Rdson)特性得以同時(shí)優(yōu)化。以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限 制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種隔離型LDNMOS器件，其特征在于，包括一 P型襯底，襯底電極通過(guò)形成于襯底 中的低壓P阱再做P+歐姆接觸引出，所述襯底電極形成隔離環(huán)；一漂移區(qū)，由一高壓深N阱和一 SONOS深N阱橫向相連組成，所述高壓深N阱的深度大 于所述SONOS深N阱的深度，所述高壓深N阱電極通過(guò)低壓N阱一做N+歐姆接觸引出；一溝道區(qū)，由形成于所述高壓深N阱中的高壓P阱組成，所述溝道區(qū)和所述SONOS深N 阱相隔一定的距離使所述溝道區(qū)只處于所述高壓深N阱中，通過(guò)一 P+歐姆接觸引出溝道電 極；一源區(qū)，由形成于所述溝道區(qū)中N+摻雜區(qū)組成，直接做歐姆接觸引出源極；一漏區(qū)，由形成于所述SONOS深N阱中的低壓N阱二中的N+摻雜區(qū)組成，直接形成歐 姆接觸引出漏極，在所述漏區(qū)和溝道區(qū)之間的所述SONOS深N阱中的部分漂移區(qū)中形成有 淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層和所述漏區(qū)相連、和所述溝道區(qū)相隔部分 漂移區(qū)一，所述部分漂移區(qū)一為所述SONOS深N阱和所述高壓深N阱的有部分重疊的相接 區(qū)域，使所述漏極端漂移區(qū)只處于所述SONOS深N阱中；一多晶硅柵，形成于所述溝道區(qū)上，覆蓋了所述溝道區(qū)、所述部分漂移區(qū)一和部分所述 淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，所述多晶硅柵通過(guò)柵氧化層和所述溝道區(qū)、所述部分漂移區(qū)一隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的隔離型LDNMOS器件，其特征在于所述高壓深N阱的摻雜離子 為磷離子、體濃度為IO16 IOw個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為2000KeV，并隨后 進(jìn)行溫度為1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火；所述SONOS深N阱的摻雜離子為 磷離子、體濃度為IO16 IOw個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為IOOOKeV,并隨后進(jìn) 行溫度為1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火。
3.一種隔離型LDNMOS器件的制造方法，其特征在于采用高壓深N阱和SONOS深N阱兩次注入工藝在一 P型襯底上形成漂移區(qū)，使所述漂 移區(qū)在橫向上由高壓深N阱和SONOS深N阱相連而成；形成溝道區(qū)，采用高壓P阱工藝形成于所述高壓深N阱中，所述溝道區(qū)不和所述SONOS 深N阱相連；采用低壓N阱工藝在所述SONOS深N阱中形成低壓N阱二，在所述低壓N阱二中進(jìn)行 N+摻雜形成漏區(qū)；在所述溝道區(qū)中進(jìn)行N+摻雜形成形成源區(qū)；在所述SONOS深N阱中形成淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層，使所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層和所述 漏區(qū)相鄰接、和所述溝道區(qū)相隔部分漂移區(qū)一；在所述溝道區(qū)和所述部分漂移區(qū)一以及部分所述淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層上形成柵氧化 層以及多晶硅柵；在襯底上形成低壓P阱并引出襯底電極、在溝道區(qū)中形成低壓N阱一并引出溝道電極、 在源區(qū)和漏區(qū)上分別引出源極和漏極。
4.如權(quán)利要求3所示的隔離型LDNMOS器件的制造方法，其特征在于所述高壓深N 阱的摻雜離子為磷離子、體濃度為IO16 IO18個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為 2000KeV，并隨后進(jìn)行溫度為1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火；所述SONOS深N 阱的摻雜離子為磷離子、體濃度為IO16 IO18個(gè)/cm3，是通過(guò)離子注入形成，注入能量為 IOOOKeV,并隨后進(jìn)行溫度為1000°C 1200°C、時(shí)間為數(shù)小時(shí)的高溫退火。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種隔離型LDNMOS器件，包括了漂移區(qū)、溝道區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)以及多晶硅柵，在溝道區(qū)和漏區(qū)間形成有淺溝槽隔離。漂移區(qū)由一高壓深N阱和一SONOS深N阱橫向相連組成，高壓深N阱的深度大于所述SONOS深N阱的深度；且高壓深N阱處于溝道區(qū)的下方，SONOS深N阱形成于淺溝槽隔離場(chǎng)氧化層下方。本發(fā)明還公開(kāi)了該隔離型LDNMOS器件的制造方法。本發(fā)明并不需要新加光罩，而僅是對(duì)現(xiàn)有隔離型LDNMOS的深N阱以及SONOS的深N阱的版圖進(jìn)行變動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)，能夠使高壓器件的擊穿特性和源漏導(dǎo)通電阻特性同時(shí)優(yōu)化，并能大大降低成本。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102130168SQ201010027309
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者劉劍, 熊濤, 羅嘯, 陳華倫, 陳瑜, 陳雄斌 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司