在VDMOS和LDMOS集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法与流程

在vdmos和ldmos集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法
技术领域
1.本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种在vdmos和ldmos集成平台上实现特定浓度分布的深阱的工艺方法。


背景技术：

2.ldmos（lateral double-diffused metal-oxide semiconductor，横向双扩散金属氧化物半导体场效应管）是一种双扩散结构的功率器件。这项技术是在相同的源/漏区域注入两次，一次注入浓度较大（典型注入剂量 10
15
cm-2
）的砷（as），另一次注入浓度较小（典型剂量10
13
cm-2
）的硼（b）。注入之后再进行一个高温推进过程，由于硼扩散比砷快，所以在栅极边界下会沿着横向扩散更远（图中p阱），形成一个有浓度梯度的沟道，它的沟道长度由这两次横向扩散的距离之差决定。为了增加击穿电压，在有源区和漏区之间有一个漂移区。
3.vdmos（vertical double-diffused metal-oxide semiconductor，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管）是一种电流垂直流动的双扩散mos器件是电压控制型器件。在合适的栅极电压的控制下，半导体表面反型，形成导电沟道，于是漏极和源极之间流过适量的电流，vdmos兼有双极晶体管和普通mos器件的优点。与双极晶体管相比，它的开关速度，开关损耗小；输入阻抗高，驱动功率小；频率特性好；跨导高度线性。
4.在vdmos与ldmos集成工艺中，需要在重掺杂衬底和外延层上同时制备vdmos和ldmos两种器件。以制备nldmos为例，需要p型深阱的结深足够深，且形成上下浓度低、中间浓度高的杂质分布，既能够满足纵向npn结构中上下两个pn结的击穿电压，又能够防止npn结构穿通。
5.通常的做法是，p型深阱在外延层生长完成后，通过注入高能量、高剂量的p型杂质和长时间的高温热过程形成的，但是在经历长时间热过程后，杂质分布已较平缓。在重掺杂n型衬底和n型外延层上制备nldmos时，若利用这种方式形成p阱，纵向npn结构防穿通能力差，无法满足器件需求，并且这种方式对注入机台要求很高。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于提供一种在vdmos和ldmos集成平台中形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，形成特定的浓度分布的深阱。
7.本发明所述的深阱的工艺方法，包含：提供一半导体衬底，所述半导体衬底为具有第二导电类型的重掺杂衬底；在所述的半导体衬底上进行外延生长，形成一层具有第二导电类型的第一外延层；在所述的第一外延层中进行第一导电类型的离子注入，形成第一阱；再在所述的第一外延层上进行第二导电类型的外延生长，形成一层第二外延层；进行离子注入，在所述第二外延层中形成具有第一导电类型的第二阱；进行高温热过程，使所述的第二阱与所述第一阱的杂质进行扩散，第一阱与第二
阱通过热过程融合为一体，形成深阱。
8.进一步地，所述的半导体衬底包括硅衬底或者锗硅衬底、砷化镓衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底。
9.进一步地，所述第二阱的离子注入深度不超过所述第二外延层的厚度。
10.进一步地，所述的第二阱和所述第一阱的离子注入范围相同，所述第一阱的离子注入深度小于所述第二阱的离子注入深度。
11.进一步地，所述的第二阱的离子注入浓度大于第一阱。
12.进一步地，所述的高温热过程，使杂质在纵向上运动，所述第一阱与第二阱融合之后，形成上下浓度低、中间浓度高的渐变型深阱。
13.进一步地，所述的第一导电类型为p型，其离子注入的掺杂杂质为硼；所述的第二导电类型为n型，其离子注入的掺杂杂质为磷或者砷；或者是将第一导电类型与第二导电类型定义为与前述相反。
14.本发明所述的在vdmos和ldmos集成平台中一种深阱的工艺方法，通过两次生长外延层配合两次杂质注入，能够在器件纵向实现较深的结深和上下浓度低、中间浓度高的杂质分布，满足了ldmos纵向击穿电压和防穿通的需求。
附图说明
15.图1 是本发明工艺在重掺杂的衬底上形成第一外延层的示意图。
16.图2 是本发明工艺在第一外延层中形成第一阱的示意图。
17.图3 是本发明在第一外延层上形成第二外延层的示意图。
18.图4 是本发明在第二外延层中形成第二阱的示意图。
19.图5 是本发明在高温热过程之后第一阱与第二阱融合形成深阱的示意图。
20.图6 是本发明热过程之后的杂质硼在纵向上的浓度分布曲线图。
21.图7 是本发明工艺步骤流程图。
22.附图标记说明1是半导体衬底，2-1是第一外延层，2-2是第二外延层，5-1是第一阱，5-2是第二阱，5是深阱。
23.实施方式
24.以下结合附图给出本发明的具体实施方式，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，但本发明不限于以下的实施方式。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记
表示相同的元件。在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.本发明实施例提出了一种较为简单的在vdmos和ldmos集成平台中形成特定浓度分布的p型深阱的工艺方法，如图1所示，提供一重掺杂的n型半导体硅衬底，所述衬底包括但不仅限于硅衬底或者锗硅衬底、砷化镓衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底。在所述的硅衬底1上进行外延生长，形成一层n型的第一外延层2-1,如图1所示。
27.如图2所示，在所述的第一外延层2-1中进行p型的离子注入，形成第一阱5-1；离子注入的杂质为硼，注入的深度无需过深，一般不超过所述第一外延层2-1的厚度的一半。
28.再在所述的第一外延层2-1上进行n型的外延生长，形成一层第二外延层2-2，如图3所示。
29.进行p型的离子注入，在所述第二外延层2-2中形成p型的第二阱5-2。所述第二阱的注入范围与第一阱相同，注入深度和注入剂量均大于第一阱5-1，注入深度一般不超过所述第二外延层2-2的厚度，如图4所示。
30.进行高温热过程，使所述的第二阱5-2与所述第一阱5-1的杂质在高温下进行热扩散，在纵向上，第一阱的硼杂质与第二阱的硼杂质通过热过程融合为一体，形成深阱5，如图5所示。由于离子注入的特点，在原第二阱5-2的底部位置具有最高的杂质浓度，最终形成上下浓度低、中间浓度高的渐变型深阱5。
31.本发明所述的一种在vdmos和ldmos集成平台中实现深阱的工艺方法，通过两次生长外延层配合两次杂质注入，能够在器件纵向实现较深的结深和上下浓度低、中间浓度高的杂质分布，满足了ldmos纵向击穿电压和防穿通的需求。如图6所示，是本发明结构进行热过程之后的硼杂质的纵向浓度分布图，横坐标表示注入深度，从图中的曲线可以明显看出硼杂质的分布在纵向上大致呈现高斯分布的特点，符合发明预期，实现了想要的技术效果。
32.以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种在vdmos和ldmos集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，其特征在于：提供一半导体衬底，所述半导体衬底为具有第二导电类型的重掺杂衬底；在所述的半导体衬底上进行外延生长，形成一层具有第二导电类型的第一外延层；在所述的第一外延层中进行第一导电类型的离子注入，形成第一阱；再在所述的第一外延层上进行第二导电类型的外延生长，形成一层第二外延层；进行离子注入，在所述第二外延层中形成具有第一导电类型的第二阱；进行高温热过程，使所述的第二阱与所述第一阱的杂质进行扩散，第一阱与第二阱通过热过程融合为一体，形成深阱。2.如权利要求1所述的在vdmos和ldmos集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，其特征在于：所述的半导体衬底包括硅衬底或者锗硅衬底、砷化镓衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底。3.如权利要求1所述的在vdmos和ldmos集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，其特征在于：所述第二阱的离子注入深度不超过所述第二外延层的厚度。4.如权利要求1所述的在vdmos和ldmos集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，其特征在于：所述的第二阱和所述第一阱的离子注入范围相同，所述第一阱的离子注入深度小于所述第二阱的离子注入深度。5.如权利要求1所述的在vdmos和ldmos集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，其特征在于：所述的第二阱的离子注入浓度大于第一阱。6.如权利要求1所述的在vdmos和ldmos集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，其特征在于：所述的高温热过程，使杂质在纵向上运动，所述第一阱与第二阱融合之后，形成上下浓度低、中间浓度高的渐变型深阱。7.如权利要求1所述的在vdmos和ldmos集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，其特征在于：所述的第一导电类型为p型，其离子注入的掺杂杂质为硼；所述的第二导电类型为n型，其离子注入的掺杂杂质为磷或者砷；或者是将第一导电类型与第二导电类型定义为与前述相反。

技术总结
本发明公开了一种在VDMOS和LDMOS集成平台形成特定浓度分布的深阱的工艺方法，在该集成平台上的具有第二导电类型的重掺杂的半导体衬底上进行第二导电类型的第一外延层生长；在所述的第一外延层中形成第一导电类型第一阱；再在所述的第一外延层上进行第二导电类型的外延生长，形成一层第二外延层；进行离子注入，在所述第二外延层中形成具有第一导电类型的第二阱；进行高温热过程，使所述的第二阱与所述第一阱的杂质进行扩散，第一阱与第二阱通过热过程融合为一体，形成深阱。通过两次生长外延层配合两次杂质注入，在该集成平台上的器件能够实现纵向实现较深的结深和上下浓度低、中间浓度高的杂质分布，满足了LDMOS纵向击穿电压和防穿通的需求。电压和防穿通的需求。电压和防穿通的需求。


技术研发人员：蔡晓晴 陈云骢 刘冬华
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/1