專利名稱：用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體技術領域，特別是指一種用于射頻橫向擴散場效應晶體管(LDMOS)的新型自對準硅化物方法。
背景技術：
LDMOS具有優(yōu)良的射頻性能(線性動態(tài)范圍大，線性增益高、輸出功率大、功率密度高等)，相對于作為射頻主流工藝的砷化鎵技術，具有成本低廉，工藝簡潔、成熟和兼容于互補金屬-氧化物-半導體(CMOS)工藝的優(yōu)點。目前廣泛用于射頻功率放大器(2GHz以下)，成為移動通信基站功率放大器中功率器件的主流，并在終端功率放大器中扮演越來越重要的角色。
但是，由于輕摻雜漂移區(qū)的存在，常規(guī)的LDMOS難以實現(xiàn)自對準硅化物，源漏區(qū)存在較大的串聯(lián)電阻，限制了射頻性能的進一步提高。為了實現(xiàn)自對準硅化物，Satoshi Matsumoto等提出了采用單層二氧化硅側墻定義漂移區(qū)長度和實現(xiàn)自對準鈦硅化物的方法(見IEEETRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES，VOL.48，NO.12，DECEMBER 2001，2911～2916)，成功實現(xiàn)了自對準硅化物，但是采用該方法制作的漂移區(qū)長度受側墻寬度限制，缺乏設計靈活性，很難制作長度大于0.3微米的漂移區(qū)，無法滿足器件更高耐壓的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于射頻LDMOS的新型自對準硅化物技術，這種方法以一次光刻來定義漂移區(qū)長度，在氧化硅(SiO2)/氮化硅(Si3N4)雙層復合側墻的基礎上制作自對準鈦硅化物。這種技術能顯著減小源漏串聯(lián)電阻，提高射頻性能，同時漂移區(qū)長度由光刻決定，不受側墻寬度限制，可以滿足更高耐壓的要求。采用這種技術，在注氧隔離絕緣硅(SIMOX)襯底材料上成功的制作了0.25微米、0.35微米、0.5微米三種柵長和0.3微米、0.5微米、0.8微米三種漂移區(qū)長度的射頻LDMOS器件，取得了良好的直流和射頻性能。
本發(fā)明一種用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1在硅片上，多晶柵刻蝕成形后進行無掩膜的漂移區(qū)注入；步驟2用正硅酸乙酯熱分解法淀積一薄層二氧化硅；步驟3以光刻膠保護漂移區(qū)，回刻二氧化硅，在柵極靠近源測形成二氧化硅側墻；步驟4源漏自對準注入并去膠；步驟5快速熱退火，以消除注入損傷和激活雜質(zhì)；步驟6分別以正硅酸乙酯熱分解法淀積一薄層襯墊二氧化硅和低壓化學氣相淀積法淀積一層氮化硅；
步驟7依次回刻氮化硅、二氧化硅，在二氧化硅一次側墻基礎上形成氮化硅二次側墻；步驟8濺射一薄層鈦；步驟9快速熱退火，讓鈦與硅反應形成鈦硅化物；步驟10選擇性濕法腐蝕去除未反應的鈦；步驟11快速熱退火，讓高阻態(tài)的鈦硅化物轉(zhuǎn)化為低阻態(tài)的鈦硅化物。
其中步驟2采用了以正硅酸乙酯熱分解法淀積二氧化硅，其厚度為40～80nm。
其中步驟3采用了光刻版保護漂移區(qū)，刻蝕二氧化硅側墻條件為功率400W，孔隙1.2cm，氬氣300sccm，四氟化碳15sccm，三氟甲烷35sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制。
其中步驟4源漏自對準注入時漂移區(qū)仍覆蓋了光刻膠，以有效遮擋注入雜質(zhì)，注入完成后再去膠，去膠方法為干法的氧等離子體去膠。
其中步驟5采用了快速熱退火方式退火。
其中步驟6淀積的襯墊二氧化硅二氧化硅及氮化硅方式分別為熱分解正硅酸乙酯和低壓化學氣相淀積法，厚度范圍分別為15-30nm、80-150nm。
其中步驟7刻蝕氮化硅的條件為功率150W，孔隙0.8cm，氦氣100sccm，六氟化硫30sccm，三氟甲烷7sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制；刻蝕SiO2條件為功率400W，孔隙1.2cm，氬氣300sccm，四氟化碳15sccm，三氟甲烷35sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制。
其中步驟8采用了濺射的方法在硅片形成一層鈦薄膜，厚度為20nm。
其中步驟9采用了快速熱退火的反應方式，其條件為670℃，5秒，氮氣保護。
其中步驟10腐蝕液的配方為硫酸∶雙氧水＝5∶1，溫度120℃，時間22分。
其中步驟11采用了快速熱退火的反應方式，其條件為880℃，10秒，氮氣保護。


為進一步說明本發(fā)明的技術內(nèi)容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中圖1是本發(fā)明的器件結構剖面。
具體實施例方式
本發(fā)明一種用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，包括如下步驟步驟1在硅片上，多晶柵刻蝕成形后進行無掩膜的漂移區(qū)注入；步驟2用正硅酸乙酯熱分解法淀積一薄層二氧化硅；該步驟2采用了以正硅酸乙酯熱分解法淀積二氧化硅，其厚度為40～80nm；步驟3以光刻膠保護漂移區(qū)，回刻二氧化硅，在柵極靠近源測形成二氧化硅側墻；該步驟3采用了光刻版保護漂移區(qū)，刻蝕二氧化硅側墻條件為功率400W，孔隙1.2cm，氬氣300sccm，四氟化碳15sccm，三氟甲烷35sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制；步驟4源漏自對準注入并去膠；該步驟4源漏自對準注入時漂移區(qū)仍覆蓋了光刻膠，以有效遮擋注入雜質(zhì)，注入完成后再去膠，去膠方法為干法的氧等離子體去膠；步驟5快速熱退火，以消除注入損傷和激活雜質(zhì)；該步驟5采用了快速熱退火方式退火；步驟6分別以正硅酸乙酯熱分解法淀積一薄層襯墊二氧化硅和低壓化學氣相淀積法淀積一層氮化硅；該步驟6淀積的襯墊二氧化硅二氧化硅及氮化硅方式分別為熱分解正硅酸乙酯和低壓化學氣相淀積法，厚度范圍分別為15-30nm、80-150nm；步驟7依次回刻氮化硅、二氧化硅，在二氧化硅一次側墻基礎上形成氮化硅二次側墻；該步驟7刻蝕氮化硅的條件為功率150W，孔隙0.8cm，氦氣100sccm，六氟化硫30sccm，三氟甲烷7sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制；刻蝕SiO2條件為功率400W，孔隙1.2cm，氬氣300sccm，四氟化碳15sccm，三氟甲烷35sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制；步驟8濺射一薄層鈦；該步驟8采用了濺射的方法在硅片形成一層鈦薄膜，厚度為20nm；步驟9快速熱退火，讓鈦與硅反應形成鈦硅化物；該步驟9采用了快速熱退火的反應方式，其條件為670℃，5秒，氮氣保護；
步驟10選擇性濕法腐蝕去除未反應的鈦；該步驟10腐蝕液的配方為硫酸∶雙氧水＝5∶1，溫度120℃，時間22分；步驟11快速熱退火，讓高阻態(tài)的鈦硅化物轉(zhuǎn)化為低阻態(tài)的鈦硅化物；該步驟11采用了快速熱退火的反應方式，其條件為880℃，10秒，氮氣保護。
經(jīng)過上述步驟后，形成的器件結構剖面如圖1所示，其中材料1為硅襯底，2為氧化硅，3為多晶硅，4為氮化硅，5為鈦硅化物；區(qū)域I為源區(qū)，II為溝道區(qū)，III為漂移區(qū)，IV為漏區(qū)。為清楚起見，各部分未按尺寸比例繪制。
為驗證本發(fā)明的技術對于LDMOS射頻性能的改善程度，分別采用和不采用本發(fā)明在同一注氧隔離的絕緣體硅(SIMOX)襯底(p(100)，20Ω-cm)上制作了柵長分別為0.25μm、0.35μm、0.5μm的三種LDMOS器件，漂移區(qū)長度均為0.5微米，測試獲得的截止頻率fT和最高振蕩頻率fmax如表1所示。
通過對比表明，采用本發(fā)明的硅化物技術之后，幾種柵長的LDMOS的fT和fmax均獲顯著提高，改善程度在20％～40％之間。并且，具有柵長越短改善程度越明顯的總體趨勢。在片(on wafer)測試還表明，用這種技術制作的LDMOS管子特性很均勻，并具有非常高的成品率(測試85個器件，只發(fā)現(xiàn)1個損壞，以此初步推算成品率在98％以上)。適當調(diào)節(jié)和優(yōu)化前述各工藝參數(shù)，可望更顯著的改善射頻性能。
表1


本發(fā)明的技術原理和特點為(1)LDMOS由于存在漂移區(qū)而難以實現(xiàn)自對準硅化物，過大的源漏串聯(lián)電阻將妨害直流和射頻性能，并且，這一效應將隨LDMOS的柵長縮減而加重。欲實現(xiàn)自對準硅化物，必須在柵源之間形成隔離側墻和選擇性的在漂移區(qū)上方增加阻擋介質(zhì)。若采用單層介質(zhì)實現(xiàn)側墻和漂移區(qū)阻擋介質(zhì)，介質(zhì)過薄時不能可靠的阻止硅化物入侵漂移區(qū)和防止柵源硅化物橋連；過厚則會在源端形成過寬的側墻，在后續(xù)的源漏自對準注入后因柵源交疊太少或不能交疊而導致過大串聯(lián)電阻，選擇同時符合這兩方面要求的介質(zhì)厚度值非常困難甚至成為不可能。因此本發(fā)明采用了雙層復合介質(zhì)側墻來實現(xiàn)自對準的硅化物，SiO2介質(zhì)用于覆蓋漂移區(qū)和形成源端的一次側墻，使源漏自對準注入時柵同源產(chǎn)生適當?shù)慕化B；Si3N4二次側墻則用于提高硅化物可靠性，防止柵源硅化物橋連。選用Si3N4介質(zhì)作為二次側墻材料，可以提高刻蝕側墻時對下層SiO2介質(zhì)的選擇比，防止因必要的過刻蝕造成漂移區(qū)上的SiO2被刻盡失去保護作用。源漏自對準注入后、Si3N4介質(zhì)淀積前的襯墊SiO2薄層，則起到釋放Si3N4應力的作用。
(2)多晶硅柵和源漏經(jīng)自對準注入并快速熱退火后，典型的方塊電阻為幾十到幾百Ω/□，制作自對準硅化物后可以降低到幾Ω/□，即獲得1～2數(shù)量級的改善，源漏串聯(lián)電阻的減小可以提高跨導，從而增加器件截止頻率，而柵電阻的減小還可以進一步增加最高振蕩頻率。因此，制作硅化物后的LDMOS，截止頻率和最大振蕩頻率都獲得了明顯改善。
(3)本發(fā)明采用引入一次光刻的代價，避免了前述以側墻寬度定義漂移區(qū)的局限性(后者無法制備較長漂移區(qū))，在器件設計上更具靈活性；并且，該方法工藝穩(wěn)定，器件參數(shù)均勻，獲得了較高的成品率。
權利要求
1.一種用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1在硅片上，多晶柵刻蝕成形后進行無掩膜的漂移區(qū)注入；步驟2用正硅酸乙酯熱分解法淀積一薄層二氧化硅；步驟3以光刻膠保護漂移區(qū)，回刻二氧化硅，在柵極靠近源測形成二氧化硅側墻；步驟4源漏自對準注入并去膠；步驟5快速熱退火，以消除注入損傷和激活雜質(zhì)；步驟6分別以正硅酸乙酯熱分解法淀積一薄層襯墊二氧化硅和低壓化學氣相淀積法淀積一層氮化硅；步驟7依次回刻氮化硅、二氧化硅，在二氧化硅一次側墻基礎上形成氮化硅二次側墻；步驟8濺射一薄層鈦；步驟9快速熱退火，讓鈦與硅反應形成鈦硅化物；步驟10選擇性濕法腐蝕去除未反應的鈦；步驟11快速熱退火，讓高阻態(tài)的鈦硅化物轉(zhuǎn)化為低阻態(tài)的鈦硅化物。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟2采用了以正硅酸乙酯熱分解法淀積二氧化硅，其厚度為40～80nm。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟3采用了光刻版保護漂移區(qū)，刻蝕二氧化硅側墻條件為功率400W，孔隙1.2cm，氬氣300sccm，四氟化碳15sccm，三氟甲烷35sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟4源漏自對準注入時漂移區(qū)仍覆蓋了光刻膠，以有效遮擋注入雜質(zhì)，注入完成后再去膠，去膠方法為干法的氧等離子體去膠。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟5采用了快速熱退火方式退火。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟6淀積的襯墊二氧化硅二氧化硅及氮化硅方式分別為熱分解正硅酸乙酯和低壓化學氣相淀積法，厚度范圍分別為15-30nm、80-150nm。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟7刻蝕氮化硅的條件為功率150W，孔隙0.8cm，氦氣100sccm，六氟化硫30sccm，三氟甲烷7sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制；刻蝕SiO2條件為功率400W，孔隙1.2cm，氬氣300sccm，四氟化碳15sccm，三氟甲烷35sccm，過刻30％，終點觸發(fā)控制。
8.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟8采用了濺射的方法在硅片形成一層鈦薄膜，厚度為20nm。
9.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟9采用了快速熱退火的反應方式，其條件為670℃，5秒，氮氣保護。
10.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟10腐蝕液的配方為硫酸∶雙氧水＝5∶1，溫度120℃，時間22分。
11.根據(jù)權利要求1所述的用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，其特征在于，其中步驟11采用了快速熱退火的反應方式，其條件為880℃，10秒，氮氣保護。
全文摘要
一種用于射頻橫向擴散場效應晶體管的自對準硅化物方法，包括如下步驟在硅片上，多晶柵刻蝕成形后進行無掩膜的漂移區(qū)注入；用正硅酸乙酯熱分解法淀積一薄層二氧化硅；以光刻膠保護漂移區(qū)，回刻二氧化硅，在柵極靠近源測形成二氧化硅側墻；源漏自對準注入并去膠；快速熱退火，以消除注入損傷和激活雜質(zhì)；分別以正硅酸乙酯熱分解法淀積一薄層襯墊二氧化硅和低壓化學氣相淀積法淀積一層氮化硅；依次回刻氮化硅、二氧化硅，在二氧化硅一次側墻基礎上形成氮化硅二次側墻；濺射一薄層鈦；快速熱退火，讓鈦與硅反應形成鈦硅化物；選擇性濕法腐蝕去除未反應的鈦；快速熱退火，讓高阻態(tài)的鈦硅化物轉(zhuǎn)化為低阻態(tài)的鈦硅化物。
文檔編號H01L21/336GK1691295SQ200410035088
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權日2004年4月23日
發(fā)明者楊榮, 李俊峰, 海潮和, 徐秋霞, 韓鄭生, 柴淑敏, 趙玉印, 周鎖京, 錢鶴 申請人:中國科學院微電子研究所