專利名稱：超高壓bcd工藝中的ldmos結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明涉及一種超高壓BCD工藝中的LDMOS結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
超高壓LDMOS是指具有橫向溝道結(jié)構(gòu)和漂移區(qū)，耐壓在300V 1200V的高壓雙擴散MOS結(jié)構(gòu)。這類器件的漏極、柵極和源極都位于芯片的表面，而且通常做在硅片外延上， 易于實現(xiàn)與各種低壓器件的隔離與信號連接，是實現(xiàn)高壓集成電路(HVIC)的重要器件。在應用于電力電子的HVIC時，LDMOS通常都用作開關(guān)器件在通態(tài)和關(guān)態(tài)之間來回切換，以最小的開關(guān)損耗來控制較大的功率負載。這意味著對于LDMOS除了對高擊穿電壓和低導通電阻的需求，對于開關(guān)頻率特性也有著一定的要求。而對于LDM0S，其頻率限制的本質(zhì)在于柵極的充放電過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超高壓BCD工藝中的LDMOS結(jié)構(gòu)，不僅為高壓器件提供了降低表面電場，提高耐壓的場板，而且大幅降低多晶硅柵極的寄生電阻，提高柵極開關(guān)頻率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種超高壓BCD工藝中的LDMOS結(jié)構(gòu)，位于 P-襯底上的N-外延層中，其包括第一高壓P型體區(qū)，位于所述N-外延層表面；兩個高壓N+注入?yún)^(qū)，分別位于所述第一高壓P型體區(qū)中和所述LDMOS結(jié)構(gòu)的漏極位置處；柵氧化層和多晶硅柵極，位于所述N-外延層上表面，與所述第一高壓P型體區(qū)相連接；層間介質(zhì)層，覆蓋所述N-外延層的上表面，并在所述LDMOS結(jié)構(gòu)的源極、漏極和所述多晶硅柵極位置處留出窗口；源極金屬場板，位于所述層間介質(zhì)層上并且透過源極窗口與所述第一高壓P型體區(qū)短接；漏極金屬場板，位于所述層間介質(zhì)層上并且透過漏極窗口與所述LDMOS結(jié)構(gòu)的漏極連接；以及柵極金屬場板，位于所述層間介質(zhì)層上并且透過柵極窗口與所述多晶硅柵極連接。可選地，所述LDMOS結(jié)構(gòu)周圍包括P-表面環(huán)，位于所述N-外延層表面，穿過所述LDMOS結(jié)構(gòu)的源極和漏極之間。可選地，所述P-表面環(huán)的個數(shù)為1 3個?？蛇x地，所述LDMOS結(jié)構(gòu)周圍還包括
第二高壓P型體區(qū)，位于所述N-外延層表面、所述第一高壓P型體區(qū)的外側(cè)；深P+注入?yún)^(qū)，位于所述N-外延層中，與所述第二高壓P型體區(qū)部分重合；以及P-埋層區(qū)，位于所述深P+注入?yún)^(qū)的下方，并與所述P-襯底相接觸，所述P-埋層區(qū)和所述深P+注入?yún)^(qū)形成PN結(jié)對通隔離?？蛇x地，所述層間介質(zhì)層為一層或者多層金屬互連的層間介質(zhì)?？蛇x地，所述層間介質(zhì)層為二氧化硅?？蛇x地，所述柵極金屬場板為金屬鋁?？蛇x地，所述金屬鋁的厚度為1 μ m以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明提出了在柵極上用金屬覆蓋的方法以獲得較低的柵極寄生電阻。由于在多晶硅柵極上全部打孔并覆蓋金屬，通過對金屬覆蓋寬度的優(yōu)化，不僅為高壓器件提供了降低表面電場、提高耐壓的場板，而且覆蓋有金屬的多晶硅柵極寄生電阻也將大幅降低，從而提高了 LDMOS結(jié)構(gòu)柵極開關(guān)頻率。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖1為本發(fā)明一個實施例的超高壓B⑶工藝中的LDMOS結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖2為圖1所示的LDMOS剖面結(jié)構(gòu)對應的一部分器件的版圖結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明適用于各種超高壓LDMOS柵極金屬，不僅限于本實施例中圖示的LDMOS結(jié)構(gòu)。超高壓LDMOS結(jié)構(gòu)在高頻開關(guān)應用時，關(guān)態(tài)的高擊穿電壓和通態(tài)的低導通電阻是基本的要求，為獲得低導通電阻而采用較大的溝道寬度是不可避免的選擇。對于常見的超高壓LDMOS結(jié)構(gòu)的多晶硅柵極，多采用只在引出處打孔并覆蓋金屬引線引出，而在整個多晶硅上并沒有金屬覆蓋。在此通過一個公式來定性地分析一下影響截止頻率fmax因素fmax = 1/(2 π Cox*R)式 1對于柵氧化層電容Cox有Cox = ε ox*L*ff/dox ζ 2式1中fmax為截止頻率，Cox為柵氧化層電容，R為多晶硅電阻，式2中ε ox為柵氧化層介電常數(shù)，L為溝道寬度方向的多晶硅長度，W為溝道長度方向的多晶硅寬度，dox
則是柵氧化層厚度。而柵極電阻由于充電時由多晶硅與金屬的連接處向多晶硅的充電，相當于量個R/2的柵極電阻并聯(lián)，可粗略計算為R = 1/4*R □ *L/W 式 3將式2，3代入式1，可以得到截止頻率fmax為fmax = 4dox/ (2 π ε 0X*R □ *L2)式 4由式4可知，截止頻率fmax將與多晶硅柵長度L的平方成反比。當?shù)蛯娮璧男枨笤斐蒐值很大時，截止頻率將fmax大幅降低。在式4中，截止頻率fmax還與多晶硅方塊電阻R □和柵氧化層介電常數(shù)ε οχ成反比，與柵氧化層厚度dox成正比。但通常對于LDMOS器件來說，改變柵氧化層厚度dox或柵氧化層介電常數(shù)ε ox比較困難。多晶硅方塊電阻R □—般在lOohm/sq左右，減小的空間也非常有限。而用金屬柵代替多晶硅柵又會導致工藝集成的兼容性問題。在此，圖1為本發(fā)明一個實施例的超高壓B⑶工藝中的LDMOS結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 其實現(xiàn)方法主要是在前道工藝完成后，淀積了較厚氧化層層間介質(zhì)，采用了一層金屬場板 (Field Plate)層次，用濕法在較厚的氧化層層間介質(zhì)上先開出了側(cè)壁為斜坡的場板窗口， 在窗口內(nèi)打接觸孔，覆蓋金屬。圖2為圖1所示的LDMOS剖面結(jié)構(gòu)對應的一部分器件的版圖結(jié)構(gòu)。在圖2中，為了清楚表述各層次相互關(guān)系，截取的LDMOS結(jié)構(gòu)100各層次之間呈層疊狀錯開標出。請結(jié)合圖1和圖2來理解，如圖所示，該超高壓B⑶工藝中的LDMOS結(jié)構(gòu)100位于 P-襯底101上的N-外延層102中，其可以包括第一高壓P型體區(qū)103、兩個高壓N+注入?yún)^(qū)104、柵氧化層和多晶硅柵極105、層間介質(zhì)層106、源極金屬場板107、漏極金屬場板108 以及柵極金屬場板109。其中，上述第一高壓P型體區(qū)103位于N-外延層102表面。兩個高壓N+注入?yún)^(qū) 104分別位于第一高壓P型體區(qū)103中和LDMOS結(jié)構(gòu)100的漏極位置處。柵氧化層和多晶硅柵極105，位于N-外延層102上表面，與第一高壓P型體區(qū)103相連接。層間介質(zhì)層106 覆蓋N-外延層102的上表面，并在LDMOS結(jié)構(gòu)100的源極、漏極和多晶硅柵極105位置處留出窗口。源極金屬場板107位于層間介質(zhì)層106上并且透過源極窗口與第一高壓P型體區(qū)103短接。漏極金屬場板108位于層間介質(zhì)層106上并且透過漏極窗口與LDMOS結(jié)構(gòu) 100的漏極連接。柵極金屬場板109位于層間介質(zhì)層106上并且透過柵極窗口與多晶硅柵極105連接。在本實施例中，該LDMOS結(jié)構(gòu)100周圍可以包括1 3個P-表面環(huán)201，位于N-外延層102表面，穿過LDMOS結(jié)構(gòu)100的源極和漏極之間。該LDMOS結(jié)構(gòu)100周圍還可以包括第二高壓P型體區(qū)202、深P+注入?yún)^(qū)203以及P-埋層區(qū)204。其中第二高壓P型體區(qū) 202位于N-外延層102表面、第一高壓P型體區(qū)103的外側(cè)。深P+注入?yún)^(qū)203位于N-外延層102中，與第二高壓P型體區(qū)202部分重合。P-埋層區(qū)204位于深P+注入?yún)^(qū)203的下方，并與P-襯底101相接觸，P-埋層區(qū)204和深P+注入?yún)^(qū)203形成PN結(jié)對通隔離。在本實施例中，該LDMOS結(jié)構(gòu)100不僅限于一層金屬互連的器件，對于多層金屬互連的LDMOS結(jié)構(gòu)以同樣的原理適用。即本發(fā)明中的層間介質(zhì)層106可以為一層或者多層金屬互連的層間介質(zhì)，該層間介質(zhì)層106可以為二氧化硅。另外，柵極金屬場板109可以為厚度在Ιμπι以上的金屬鋁引線，其方塊電阻約在 30mohm/ □附近。
本發(fā)明提出了在柵極上用金屬覆蓋的方法以獲得低的柵極寄生電阻。高壓工藝中通常都選用較厚的金屬鋁引線，常見的是厚度在Iym以上的鋁金屬引線，其方塊電阻約在 30mohm/ □附近，這要比多晶硅電阻低了 2個數(shù)量級以上。而金屬在很厚的介質(zhì)氧化層上， 覆蓋的金屬增加的寄生電容也不會太大。與寄生電阻的大幅降低相比，可以忽略。本發(fā)明提出了在柵極上用金屬覆蓋的方法以獲得較低的柵極寄生電阻。由于在多晶硅柵極上全部打孔并覆蓋金屬，通過對金屬覆蓋寬度的優(yōu)化，不僅為高壓器件提供了降低表面電場、提高耐壓的場板，而且覆蓋有金屬的多晶硅柵極寄生電阻也將大幅降低，從而提高了 LDMOS結(jié)構(gòu)柵極開關(guān)頻率。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，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超高壓B⑶工藝中的LDMOS結(jié)構(gòu)(100)，位于P-襯底(101)上的N-外延層(102)中，其包括第一高壓P型體區(qū)(103)，位于所述N-外延層(102)表面；兩個高壓N+注入?yún)^(qū)(104)，分別位于所述第一高壓P型體區(qū)(103)中和所述LDMOS結(jié)構(gòu)(100)的漏極位置處；柵氧化層和多晶硅柵極(105)，位于所述N-外延層(10 上表面，與所述第一高壓P型體區(qū)(103)相連接；層間介質(zhì)層(106)，覆蓋所述N-外延層(102)的上表面，并在所述LDMOS結(jié)構(gòu)(100)的源極、漏極和所述多晶硅柵極(10 位置處留出窗口 ；源極金屬場板(107)，位于所述層間介質(zhì)層(106)上并且透過源極窗口與所述第一高壓P型體區(qū)(103)短接；漏極金屬場板(108)，位于所述層間介質(zhì)層(106)上并且透過漏極窗口與所述LDMOS結(jié)構(gòu)(100)的漏極連接；以及柵極金屬場板(109)，位于所述層間介質(zhì)層(106)上并且透過柵極窗口與所述多晶硅柵極(105)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LDMOS結(jié)構(gòu)(100)，其特征在于，所述LDMOS結(jié)構(gòu)(100)周圍包括P-表面環(huán)001)，位于所述N-外延層(102)表面，穿過所述LDMOS結(jié)構(gòu)(100)的源極和漏極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LDMOS結(jié)構(gòu)(100)，其特征在于，所述P-表面環(huán)Q01)的個數(shù)為1 3個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LDMOS結(jié)構(gòu)(100)，其特征在于，所述LDMOS結(jié)構(gòu)(100)周圍還包括第二高壓P型體區(qū)002)，位于所述N-外延層(10 表面、所述第一高壓P型體區(qū)(103)的外側(cè)；深P+注入?yún)^(qū)003)，位于所述N-外延層(102)中，與所述第二高壓P型體區(qū)(202)部分重合；以及P-埋層區(qū)004)，位于所述深P+注入?yún)^(qū)(203)的下方，并與所述P-襯底(101)相接觸， 所述P-埋層區(qū)(204)和所述深P+注入?yún)^(qū)(203)形成PN結(jié)對通隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LDMOS結(jié)構(gòu)(100)，其特征在于，所述層間介質(zhì)層(106)為一層或者多層金屬互連的層間介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LDMOS結(jié)構(gòu)(100)，其特征在于，所述層間介質(zhì)層(106)為二氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LDMOS結(jié)構(gòu)(100)，其特征在于，所述柵極金屬場板(109)為金屬鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LDMOS結(jié)構(gòu)(100)，其特征在于，所述金屬鋁的厚度為Ιμπι 以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超高壓BCD工藝中的LDMOS結(jié)構(gòu)，位于P-襯底上的N-外延層中，其包括第一高壓P型體區(qū)，位于N-外延層表面；兩個高壓N+注入?yún)^(qū)，分別位于第一高壓P型體區(qū)和漏極位置處；柵氧化層和多晶硅柵極，位于N-外延層上表面，與第一高壓P型體區(qū)連接；層間介質(zhì)層，覆蓋N-外延層上表面，并在LDMOS結(jié)構(gòu)的源極、漏極和多晶硅柵極位置處留出窗口；源極、漏極和柵極金屬場板，分別位于層間介質(zhì)層上，并且源極金屬場板透過源極窗口與第一高壓P型體區(qū)短接，漏極金屬場板透過漏極窗口與漏極連接，柵極金屬場板透過柵極窗口與多晶硅柵極連接。本發(fā)明不僅為高壓器件提供了降低表面電場、提高耐壓的場板，而且大幅降低多晶硅柵極的寄生電阻，提高柵極開關(guān)頻率。
文檔編號H01L29/78GK102496627SQ20111044599
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者呂宇強, 楊海波, 永福, 邵凱, 陳雪萌 申請人:上海先進半導體制造股份有限公司