一种225℃高温应用的LDMOS器件及制造方法与流程

本发明涉及集成电路，特别涉及一种225℃高温应用的ldmos器件及制造方法。

背景技术：

1、ldmos高压器件是应用广泛的功率半导体器件（power semiconductor device），功率半导体器件具有变频、整流、变压、功率放大和功率管理等处理能力，具有改善电力、控制电能、节能环保的关键作用，在智能功率集成电路（smart power integrated circuits，spic）和高压集成电路（high voltage integrated circuits，hvic）领域中发挥着重要作用。现代功率半导体技术已被广泛应用于方方面面，从传统的工业电子到信息通讯、计算机、消费和汽车领域。目前新能源、轨道交通、汽车发动机和智能电网正成为功率半导体市场增长的强大引擎。

2、深井钻头探测系统（＞200℃）、航空发动机电子控制系统（＞200℃）、新能源汽车刹车系统（＞175℃）、汽车发动机ecu系统（150℃→175℃）等高温环境的电子系统，对集成电路的制造工艺提出了新的应用要求，其制造的集成电路需具备高温工作能力。

3、典型的制造工艺在高温高压应用上存在局限：具备高温应用能力的薄硅膜的soi工艺缺乏高压能力，无法制造高集成度的功率芯片，如高温应用的电源管理芯片；常规bcd工艺具备高压模块，工艺特征导致其存在高温漏电问题，工作温度最高是85℃~125℃，远无法满足高温应用需求。

4、为开发高温应用的工艺及器件，本发明基于薄硅膜soi进行器件与工艺的设计和开发。如图1所示，薄硅soi器件因为其硅膜的厚度很薄，通常小于0.5um，源漏注入后形成的pn结已经很靠近阱的底部，典型的体引出容易被器件的源区隔断，体电位引出不充分，容易引起soi器件的浮体效应。

5、由此可见，本发明的主要改进难点在于高温漏电控制、耐压设计、体引出设计的权衡，因此高温高压型器件及工艺的设计开发难度较大。

技术实现思路

1、由于集成电路加工工序繁杂，工艺步骤多且关联性大。本发明的ldmos工艺模块在不影响soi本身制造工艺的基础上，实现工艺的整体嵌入，具体是在有源区形成前进行漂移区的注入、激活及场氧的生长，不影响其他常规器件的参数特性。即本发明通过提供薄硅膜soi ldmos嵌入式工艺：在典型soi工艺基础上，增加了电场调制的场氧结构，及耐高压的漂移区结构，通过工艺匹配性设计，实现了225℃工作的薄硅膜soi ldmos，将器件源漏击穿电压值由典型的8.5v提升到100v。

2、本发明的目的在于提供一种225℃高温应用的ldmos器件及制造方法，解决常规工艺无法制造高温高压集成电路的难题，通过结构设计及配套工艺优化了ldmos器件高温击穿特性，实现了225℃高温下ldmos的100v击穿能力。

3、为解决上述技术问题，本发明提供了一种225℃高温应用的ldmos器件，包括：

4、衬底，在所述衬底上刻蚀有sti浅槽；

5、sio2介质层，填充于所述sti浅槽内，以形成全介质隔离的有源si区；

6、阱区，形成于所述有源si区的一侧；

7、漂移区，形成于所述有源si区的另一侧，并与所述阱区相邻接触；

8、源区，位于远离所述漂移区一侧的所述阱区内；

9、漏区，位于远离所述阱区一侧的所述漂移区内；

10、场氧区，形成于所述漂移区的顶部表面；

11、多晶硅栅，包括栅氧层及多晶硅层，所述栅氧层及所述多晶硅层依次形成于所述衬底的顶部，且所述栅氧层将所述阱区和所述漂移区覆盖，所述多晶硅层将所述栅氧层和部分所述场氧区覆盖；

12、体引出区，位于所述阱区的纵向两侧；通过所述多晶硅栅将所述源区和所述体引出区在纵向上进行物理隔离。

13、优选的，所述衬底为硅膜厚度≤0.5μm的soi圆片。

14、优选的，所述ldmos器件为n型ldmos或p型ldmos。

15、优选的，当所述ldmos器件为n型ldmos时，所述源区、所述漏区和所述漂移区的注入类型为n型，所述阱区和所述体引出区的注入类型为p型。

16、优选的，所述漂移区的注入能量为100kev~200kev，注入剂量为5e12cm-3~1e13cm-3，注入杂质为磷离子，注入峰值深度在接近顶层有源si区的底部。

17、优选的，当所述ldmos器件为p型ldmos时，所述源区、所述漏区和所述漂移区的注入类型均为p型，所述阱区和所述体引出区的注入类型为n型。

18、优选的，所述漂移区的注入能量为50kev~100kev，注入剂量为5e12cm-3~1e13cm-3，注入杂质为硼离子或含硼化合物，注入峰值深度在接近顶层有源si区的底部。

19、优选的，通过对所述场氧区的长度控制为3μm~10μm，以实现30v~100v的耐压能力。

20、优选的，所述有源si区在俯向上为t型结构，所述多晶硅栅在俯向上为h型结构。

21、本发明还提供了一种225℃高温应用的ldmos器件的制造方法，用于制备如上述所述的一种225℃高温应用的ldmos器件，包括如下步骤：

22、步骤s1：通过硬腌膜在soi圆片的顶层si上刻蚀出sti浅槽；

23、步骤s2：采用hdp-cvd工艺对sti浅槽进行sio2介质填充，形成全介质隔离的有源si区；

24、步骤s3：进行元素掺杂，在n型ldmos区域进行n型漂移区注入，在p型ldmos区域进行p型漂移区注入；

25、步骤s4：进行开窗和热氧，暴露出来的si区域会生长成sio2层，以实现场氧区的生长，同步对步骤s3中n型漂移区和p型漂移区注入的杂质进行激活；其中热氧的条件为温度900℃和时间150min，氧气和氢气的比例为7:10。

26、步骤s5：进行阱区注入及相应的热过程；

27、步骤s6：在阱区形成后进行栅氧层生长及多晶硅层淀积；

28、步骤s7：进行源漏注入，形成源区、漏区及体引出区。

29、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

30、1、本发明提供一种225℃高温应用的100v高压ldmos（横向扩散mos）器件。本发明涉及的高压ldmos结构是专门针对薄硅膜soi工艺发明的，主要解决了薄硅膜soi的ldmos体引出问题、耐压问题及高温应用问题，避免了soi器件典型的体效应等负面影响。

31、2、本发明提供的器件的配套的完整工艺模块，该工艺兼容性良好，可直接嵌入典型soi cmos工艺，使得不具备高温高压能力的典型soi工艺快速、低成本地实现工艺能力的提升和拓展。本发明提供的器件具备在225℃环境工作的能力，击穿电压达可到100v。

32、3、本发明提供的器件是基于薄硅膜（≤0.5um）soi（绝缘体上硅）圆片制造的，突破了薄硅膜soi无法实现高电压工艺集成的局限性，为低功耗电源管理芯片、管理模块、电压监控等智能化模块制造提供良好的基础，为高温应用的分布式小型化控制系统的研制提供了有力支撑，促进了高温应用的电子系统智能化的发展。本发明在深井勘探、新能源汽车等高温环境领域具有广泛地应用前景。