專利名稱：橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)，更涉及一種避免雙峰效
應(yīng)的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(Laterally Diffused N type Metal Oxidesemiconductor，LDNMOS)在集成電路設(shè)計(jì)與制造中有著重要地位。例如橫向擴(kuò)散金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管(HV LDNMOS)便被廣泛使用在薄膜晶體管液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)芯片中。
目前的LDNMOS的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示，圖1為已知的LDNMOS結(jié)構(gòu)的俯 視示意圖；圖2為圖1中LDNMOS沿x方向上的剖面示意圖；圖3為圖1中LDNMOS沿y方 向上的剖面示意圖。LDNMOS自下而上包括基底層B、氧化層GOX、多晶硅層P?；讓覤內(nèi) 具有N型漂移區(qū)N-d、P型漂移區(qū)P-d以及用于隔離N型漂移區(qū)N-d和P型漂移區(qū)P-d的淺 溝槽隔離區(qū)(Shallow Trenchlsolation， STI)。其中N型漂移區(qū)N_d、P型漂移區(qū)P_d分別 由P型離子注入和N型離子注入來形成的，其上更具有由更大濃度的P型和N型離子注入 所形成的引腳P+和N+，引腳P+和N+用于將LDNMOS與外界做歐姆接觸。
由于在LDNMOS制造過程中，由于通常利用濕法生長氧化層GOX，由氧原子與基底 層B中的硅發(fā)生反應(yīng)，從而生成硅的氧化物，最終在基底層B上形成氧化層GOX。然而，這種 工藝中，基底層B中間部分與靠近STI的邊緣部分生長速度不同，中間部分比靠近STI的邊 緣部分生長速度快很多，因此，靠近STI邊緣處的氧化層GOX總會(huì)比氧化層GOX的中間部位 薄得多，即LDNMOS的與STI區(qū)交接的轉(zhuǎn)角處的氧化層較薄。 氧化層GOX與P型漂移區(qū)P-d之間通常會(huì)設(shè)置淺溝槽隔離，如此在垂直方向上氧 化層GOX與P型漂移區(qū)之間存在一定的距離a，如圖1所示。 上述的機(jī)構(gòu)中，較薄的那部分氧化層GOX為有效導(dǎo)電部分，而這部分氧化層GOX由 于比較薄，其下方的STI和P型漂移區(qū)P-d內(nèi)能夠移動(dòng)的離子也較少，因此此部分區(qū)域能承 受的開啟電壓較低，進(jìn)而造成LDNMOS有一個(gè)較低的開啟電壓，這個(gè)開啟電壓低于晶體管的 正常開啟電壓，進(jìn)而形成了晶體管的Id-Vg曲線上有兩個(gè)凸起(如圖4中虛線曲線所示)， 也就是晶體管具有雙峰效應(yīng)，它的表現(xiàn)是在次臨界區(qū)(B-threshold)， MOS還沒有開啟時(shí) (Vg < Vt)，晶體管出現(xiàn)了明顯的漏電(I-leakage)。這種漏電的提前出現(xiàn)，會(huì)直接導(dǎo)致晶體 管的失效和產(chǎn)品的低良品率。因此雙峰效應(yīng)在晶體管的工藝要求上是應(yīng)當(dāng)盡量避免的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種避免雙峰效應(yīng)的LD畫OS結(jié)構(gòu)，能夠解決上述問題。 為了達(dá)到目的，本發(fā)明提出一種橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)，包括自
下而上分布的基底層、氧化層和多晶硅層，上述多晶硅層作為橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體
晶體管的柵極。兩個(gè)N型漂移區(qū)，分別位于上述基底層內(nèi)的上述氧化層的兩側(cè)，以做為橫向
擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極和漏極。P型漂移區(qū)，在上述基底層內(nèi)環(huán)設(shè)在橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極、源極和漏極外。其中，上述環(huán)形P型漂移區(qū)在上述源極和漏極之間向上述氧化層的另外兩側(cè)延伸，上述環(huán)形P型漂移區(qū)的邊緣距離上述氧化層的邊緣的距離為0 0. 2um。 更進(jìn)一步的，其中上述環(huán)形P型漂移區(qū)與上述N型漂移區(qū)的距離保持一固定值。
更進(jìn)一步的，其中P型漂移區(qū)是由向上述基底層中注入P型離子形成的。
更進(jìn)一步的，其中N型漂移區(qū)是由向上述基底層中注入N型離子形成的。
更進(jìn)一步的，其中P型和N型漂移區(qū)中更具有由更濃的離子注入形成引腳，以分別將上述基底層、源極、漏極與外界做歐姆接觸。 更進(jìn)一步的，其中上述基底層中在上述氧化層、P型漂移區(qū)和N型漂移區(qū)之間具有淺溝槽隔離區(qū)。 本發(fā)明提出的LDNM0S結(jié)構(gòu)能夠使LDNM0S的柵氧化層G0X中較薄的部分受到環(huán)形P型漂移區(qū)中P型離子的補(bǔ)償，避免由于較薄柵氧化層引起在MOS在更低的亞閾電壓下開啟，而保持器件的閾值電壓Vt恒定，從而限制LDNM0S的雙峰效應(yīng)。


圖1為已知的LDNM0S結(jié)構(gòu)的俯視示意圖； 圖2為圖1中LDNM0S沿x方向上的剖面示意圖； 圖3為圖1中LDNM0S沿y方向上的剖面示意圖； 圖4為本發(fā)明所揭露的LDNM0S結(jié)構(gòu)的俯視示意圖； 圖5為圖4中LDNM0S結(jié)構(gòu)沿x方向上的剖面示意圖； 圖6為圖4中LDNM0S結(jié)構(gòu)沿y方向上的剖面示意圖。 圖7為本發(fā)明中的LDNM0S結(jié)構(gòu)的Id-Vg特性圖。
具體實(shí)施例方式
為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。 圖4為本發(fā)明所揭露的LDNM0S結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；圖5為圖4中LDNM0S結(jié)構(gòu)沿
x方向上的剖面示意圖；圖6為圖4中LDNM0S結(jié)構(gòu)沿y方向上的剖面示意圖。 請同時(shí)參考圖4 6，本實(shí)施中LDNM0S結(jié)構(gòu)自下而上依次包括基底層B、氧化層
G0X、多晶硅層P。 本實(shí)施例中，基底層B為N阱，其上形成的多晶硅層P做為LDNM0S的柵極G?；讓覤內(nèi)氧化層G0X的兩側(cè)有相對應(yīng)設(shè)置的N型漂移區(qū)N-d作為LDNM0S的源極S和漏極D。
其中N型漂移區(qū)N-d是由N型離子注入來形成的。N型漂移區(qū)N_d更具有由更大濃度的N型離子注入所形成的引腳N+，引腳N+用于將源極S和漏極D與外界做歐姆接觸。
在LDNM0S結(jié)構(gòu)的源極S、漏極D和柵極G外圍形成有環(huán)形的P型漂移區(qū)P_d，以作為基底層B的引出。其中P型漂移區(qū)P-d上更具有由更大濃度的P型離子注入所形成的引腳P+，引腳P+用于將基底層B與外界做歐姆接觸。 本實(shí)施例中的P型漂移區(qū)與N型漂移區(qū)的位置、大小和深度的數(shù)據(jù)是依本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)工藝要求來設(shè)置的，本發(fā)明并不予以限制。 N型漂移區(qū)N-d和P型漂移區(qū)P-d之間的基底層形成有淺溝槽隔離區(qū)(ShallowTrench Isolation, STI)，用于隔離N型漂移區(qū)N_d和P型漂移區(qū)P_d。 值得注意的是，本實(shí)施例中的LDNMOS結(jié)構(gòu)中，環(huán)形的P型漂移區(qū)P_d在氧化層GOX
兩側(cè)的N型漂移區(qū)N-d之間，即在源極G和漏極D之間，向氧化層GOX的另外兩側(cè)延伸，環(huán)
形的P型漂移區(qū)P-d的邊緣距離氧化層GOX的邊緣的距離為0 0. 2um，即氧化層GOX在電
子移動(dòng)方向的垂直方向上與P型漂移區(qū)P-d重合或距離非常近，這個(gè)數(shù)據(jù)是發(fā)明人根據(jù)多
次試驗(yàn)而確定的。 如此，環(huán)形的P型漂移區(qū)P-d由先前技術(shù)中的三面環(huán)繞N型漂移區(qū)N-d，變?yōu)榻咏拿姝h(huán)繞N型漂移區(qū)N-d，處于對晶體管各種工藝參數(shù)的需要，環(huán)形的P型漂移區(qū)P-d與N型漂移區(qū)N-d的距離保持一固定值，即環(huán)形的P型漂移區(qū)P-d與N型漂移區(qū)N-d的距離始終存在淺溝槽隔離區(qū)將二者隔離。 這樣的結(jié)構(gòu)中，在電子移動(dòng)方向P型漂移區(qū)P-d在氧化層GOX下方為電子移動(dòng)提供較多P型離子，能夠使LDNMOS的柵氧化層GOX中較薄的部分受到環(huán)形P型漂移區(qū)中P型離子的補(bǔ)償，避免由于較薄柵氧化層引起在MOS在更低的亞閾電壓下開啟，而保持器件的閾值電壓Vt恒定，從而LDNMOS的雙峰效應(yīng)能夠得到限制，如圖7中的實(shí)線所描繪的。
圖7為本發(fā)明中的LDNMOS結(jié)構(gòu)的Id-Vg特性圖。其中測試條件為LDNMOS結(jié)構(gòu)的通道寬度(由源區(qū)和漏區(qū)的寬度確定)/長度比為50/2. 5，漏極D加偏壓Vd = 0. IV，源極S保持零偏壓，基電極Vb = 0、 -2V、 -5V三種情況下，柵極G上的偏壓從0上升到5V，得到如圖7所示的曲線。 其中空心圖標(biāo)形成的曲線所示為已知的LDNMOS結(jié)構(gòu)的Id-Vg特性，實(shí)心圖標(biāo)形成的曲線所示為本發(fā)明所揭露的LDNMOS結(jié)構(gòu)的Id-Vg特性。由圖中可以看出，本發(fā)明所揭露的LDNMOS結(jié)構(gòu)無雙峰效應(yīng)。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是，包括自下而上分布的基底層、氧化層和多晶硅層，上述多晶硅層作為橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極；兩個(gè)N型漂移區(qū)，分別位于上述基底層內(nèi)的上述氧化層的兩側(cè)，以做為橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極和漏極；以及環(huán)形P型漂移區(qū)，在上述基底層內(nèi)環(huán)設(shè)在橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極、源極和漏極外，作為橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的基電極，其中，上述環(huán)形P型漂移區(qū)在上述源極和漏極之間向上述氧化層的另外兩側(cè)延伸，上述環(huán)形P型漂移區(qū)的邊緣距離上述氧化層的邊緣的距離為0～0.2um。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是，其中上 述環(huán)形P型漂移區(qū)與上述N型漂移區(qū)的距離保持一固定值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是，其中P型 漂移區(qū)是由向上述基底層中注入P型離子形成的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是，其中N型 漂移區(qū)是由向上述基底層中注入N型離子形成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是，其中P型 和N型漂移區(qū)中更具有由更濃的離子注入形成引腳，以分別將上述基底層、源極、漏極與外 界做歐姆接觸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)，其特征是，其中上 述基底層中在上述氧化層、P型漂移區(qū)和N型漂移區(qū)之間具有淺溝槽隔離區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(LDNMOS)結(jié)構(gòu)，包括自下而上分布的基底層、氧化層和多晶硅層，多晶硅層作為LDNMOS的柵極。兩個(gè)N型漂移區(qū)，分別位于基底層內(nèi)的氧化層的兩側(cè)，以做為LDNMOS的源極和漏極。P型漂移區(qū)，在基底層內(nèi)環(huán)設(shè)在LDNMOS的柵極、源極和漏極外，以作為LDNMOS的基電極。其中，環(huán)形P型漂移區(qū)在源極和漏極之間向氧化層的另外兩側(cè)延伸至距離氧化層的邊緣0～0.2μm處。本發(fā)明提出的LDNMOS結(jié)構(gòu)能夠使LDNMOS的柵氧化層GOX中較薄的部分受到環(huán)形P型漂移區(qū)中P型離子的補(bǔ)償，保持器件的閾值電壓Vt恒定，從而限制LDNMOS的雙峰效應(yīng)。
文檔編號H01L29/78GK101707209SQ20091019944
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者令海陽, 劉龍平, 陳愛軍 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司