專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)負(fù)阻ldmos器件結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種降低硅LDMOS器件寄生雙極晶體管負(fù)阻效應(yīng)，并適用 于硅LDMOS器件的研制與生產(chǎn)的無(wú)負(fù)阻LDMOS器件結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體微電子設(shè) 計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景與硅雙極器件相比，硅LDMOS器件具有輸出功率大、線(xiàn)性好，失真小，熱 穩(wěn)定性好等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此大量應(yīng)用于數(shù)字電視，醫(yī)療診斷器械，移動(dòng)通訊 等領(lǐng)域，特別是移動(dòng)通訊領(lǐng)域，硅微波LDMOS功率器件是其基站所用微波功 率器件的首選產(chǎn)品。 一般認(rèn)為L(zhǎng)固O(píng)S器件不向雙極器件那樣具有負(fù)阻效應(yīng)， 但實(shí)際上源區(qū)-溝道區(qū)-漏區(qū)會(huì)構(gòu)成一寄生雙極晶體管，如果控制不好，這一 寄生雙極晶體管同樣會(huì)在工作過(guò)程中出現(xiàn)負(fù)阻問(wèn)題，從而導(dǎo)致LDMOS器件燒 毀，常規(guī)的抑制寄生雙極晶體管負(fù)阻效應(yīng)的方法是用高濃度硼將源區(qū)包圍起 來(lái)，形成屏蔽源結(jié)構(gòu)，降低寄生雙極晶體管發(fā)射極發(fā)射效率，這一方法一方 面需要增加工藝步驟，另一方面需要嚴(yán)格控制屏蔽源的區(qū)域，否則會(huì)影響器 件的其它性能，如閾值電壓等，因此工藝的實(shí)現(xiàn)有一定難度。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了抑制硅L面OS器件中寄生雙極晶體管的負(fù)阻效應(yīng)，克 服傳統(tǒng)的屏蔽源結(jié)構(gòu)需要增加工藝步驟及工藝實(shí)現(xiàn)有一定難度的缺陷，提供一種硅LDMOS器件結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案無(wú)負(fù)阻LDMOS器件結(jié)構(gòu)，包括溝道區(qū)、漂移區(qū)、 源漏區(qū)，在有源區(qū)邊界用一高濃度的濃硼區(qū)將LDMOS器件漂移區(qū)包圍起來(lái)， 該濃硼區(qū)與漂移區(qū)在有源區(qū)邊界形成一個(gè)P"NT二極管，該二極管擊穿電壓比 器件有源區(qū)內(nèi)部本征擊穿電壓略低。無(wú)負(fù)阻LDM0S器件的生產(chǎn)方法，其特征是該方法的工藝步驟分為，1) .在電阻率(0.01 0. 02)Q.cm的P型硅襯底上外延(8 13)Q.cm，厚度(5 IO),的P型外延層；2) .利用高能高劑量離子注入加熱推進(jìn)或者利用ICP刻蝕貫通外延層的深槽，進(jìn)行側(cè)壁擴(kuò)散加摻硼多晶硅填充的辦法形成形成包圍漂移區(qū)的高濃度 硼摻雜區(qū)，同時(shí)形成表面源與背面襯底連接的高濃度硼連接區(qū)；3) .利用局部氧化技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)氧化，柵犧牲層氧化(300 700)A與腐蝕、柵氧化，厚度(300 700)A;4) .LPCVD淀積多晶硅，厚度(4000 6000)A，光刻刻蝕多晶硅，形成多晶 硅柵圖形；5) .以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻溝道注入?yún)^(qū)，進(jìn)行溝道注入(能量40Kev 60Kev，劑量3E13cm—2 lE14cm-2)和推進(jìn)(溫度1050。C 115(rC，時(shí)間3h)， 形成器件溝道區(qū)；6) .以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻源漏注入?yún)^(qū)，進(jìn)行源漏注入(能量80Kev 120Kev，劑量lE15cm—2 犯15，—"和推進(jìn)(溫度900。C 100(TC，時(shí)間 30min)，形成器件源區(qū)和漏區(qū)；7) .漂移區(qū)注入(能量80Kev 140Kev，劑量lE12cm—" 4E12cm,和退火(溫度900°C 1000°C，時(shí)間30min)，同時(shí)步驟2)形成的包圍漂移區(qū)的高濃度硼摻 雜區(qū)與漂移區(qū)在有源區(qū)邊界形成一個(gè)Pl二極管；8) .用LPCVD工藝在硅片表面淀積Si02 (厚度5000A 8000A)，光刻、刻蝕Si02開(kāi)接觸窗口；9) .蒸發(fā)金屬膜(厚度3000A 5000A)，反刻形成金屬電極，即漏極D和柵極G;10) .背面磨片，將硅片減薄到60jim 110)im，蒸發(fā)Ti (500 A 1500)A /Ni(3000 5000) A /Au(3000 5000)A形成下電極，即源極S。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有效抑制硅LDMOS器件中寄生雙極晶體管的負(fù)阻效應(yīng)， 克服了傳統(tǒng)的屏蔽源結(jié)構(gòu)需要增加工藝步驟及工藝實(shí)現(xiàn)存有一定難度的缺 點(diǎn)，硅LDMOS器件結(jié)構(gòu)可以在不增加工藝的情況下較好的避免寄生雙極晶體 管的負(fù)阻效應(yīng)。它用一高濃度的濃硼區(qū)將LDMOS器件漂移區(qū)包圍起來(lái)，該高 濃度的濃硼區(qū)和漂移區(qū)形成一個(gè)P+N—二極管，該二極管的擊穿電壓略低于有 源區(qū)內(nèi)部的本征擊穿電壓，當(dāng)漏端電壓高于該二極管的擊穿電壓時(shí)，該二極 管首先擊穿，提供一個(gè)擊穿電流通路，這樣器件內(nèi)部有源區(qū)就不會(huì)進(jìn)入擊穿 區(qū)，寄生雙極晶體管也就無(wú)法進(jìn)入負(fù)阻狀態(tài)，從而起到保護(hù)器件的作用，同 時(shí)該包圍漂移區(qū)的高濃度濃硼區(qū)也起到隔離有源區(qū)的作用，可以有效降低漏 源漏電流。


圖1是常規(guī)硅LDMOS晶體管光刻版俯視圖其中圖l(a)是光刻版俯視圖，圖l(b)是圖l(a)沿A-A的剖面示意圖 圖2是本發(fā)明LDMOS晶體管示意圖。其中圖2(a)是光刻版俯視圖，圖2(b)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2 (c)是圖2 (a)沿B-B的剖面示意圖。圖2. I是(IOO)晶面 7 ++結(jié)構(gòu)外延片的示意圖；圖2. 2是包圍漂移區(qū)的高濃度濃硼摻雜區(qū)形成(圖2. 2b)示意圖，其中圖2.2 (a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 2 (b)是圖2(a)沿B-B的剖面示意圖。圖2.3是柵犧牲層氧化、柵犧牲層腐蝕、柵氧化層形成示意圖；其中圖2.3(a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 3 (b)是圖2(a)沿B-B的剖面示意圖。圖2. 4是LPCVD淀積(4000 6000)埃多晶硅，光刻刻蝕多晶硅形成柵多晶硅圖 形示意圖；其中圖2.4(a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 4 (b)是圖2(a)沿B-B 的剖面示意圖。圖2. 5是以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻溝道注入?yún)^(qū)，進(jìn)行溝道注入和推進(jìn)，形成器件溝道區(qū)示意圖；其中圖2.5(a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 5 (b)是圖2(a)沿B-B的剖面示意圖。圖2. 6是以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻源漏注入?yún)^(qū)，進(jìn)行源漏注入和推進(jìn)，形成器件源區(qū)和漏區(qū)示意圖；其中圖2.6(a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 6 (b)是圖2(a)沿B-B的剖面示意圖。圖2. 7是漂移區(qū)注入和退火示意圖，同時(shí)(圖2. 2b)包圍漂移區(qū)的高濃度濃硼 區(qū)與漂移區(qū)在有源區(qū)邊界形成一個(gè)P+N—二極管；其中圖2.7(a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 7 (b)是圖2(a)沿B-B 的剖面示意圖。圖2.8是用LPCVD工藝在硅片表面淀積Si02鈍化層，光刻、刻蝕Si02開(kāi)接觸窗 口示意圖；其中圖2.8(a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 8 (b)是圖2(a)沿B-B 的剖面示意圖。圖2.9是蒸發(fā)金屬膜；反刻形成金屬電極，即漏極D和柵極G示意圖；其中圖2.9(a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 9 (b)是圖2(a)沿B-B 的剖面示意圖。圖2. IO是背面磨片，將硅片減薄，蒸發(fā)形成下電極，即源極S示意圖。其中圖2. 10(a)是圖2(a)沿A-A的剖面示意圖，圖2. 10(b)是圖2(a)沿B-B的剖面示意圖。圖中的G是柵電極；D是漏電極；l是源電極；2是源區(qū)；3是屏蔽源； 4是溝道區(qū)；5是柵多晶硅；6是柵氧化層；7是漂移區(qū)；8是漏區(qū)；9是漏 電極；IO是背面源電極；ll是表面源電極與背面襯底連接的連接區(qū)；12是 外延層；13是襯底。14是包圍漂移區(qū)的高濃度濃硼區(qū)，該區(qū)與漂移區(qū)在有 源區(qū)邊界形成一個(gè)P"N'二極管。
具體實(shí)施方式
對(duì)照?qǐng)Dl，常規(guī)硅LDMOS晶體管示意圖。其中3-屏蔽源就是用來(lái)抑制寄生 雙極晶體管負(fù)阻效應(yīng)的，這種實(shí)現(xiàn)方法需要額外的工藝步驟，同時(shí)該區(qū)域緊 鄰溝道區(qū)，因此對(duì)溝道區(qū)濃度有一定影響，從而影響器件的電性能，與閾值 電壓，因此工藝上需要嚴(yán)格控制；對(duì)照?qǐng)D2，包圍漂移區(qū)的高濃度濃硼區(qū)14,該區(qū)域與漂移區(qū)在有源區(qū)邊界 形成一個(gè)P+N—二極管，是本發(fā)明用來(lái)抑制寄生雙極晶體管負(fù)阻效應(yīng)的，該二 極管擊穿電壓比有源區(qū)電壓略低，在漏源電壓高于該二極管擊穿電壓時(shí)，該 二極管首先擊穿，從而抑制了寄生雙極晶體管的負(fù)阻效應(yīng)，保護(hù)了器件，該 方法比常規(guī)屏蔽源的方法能更徹底抑制寄生雙極晶體管的負(fù)阻效應(yīng)，同時(shí)該 區(qū)域可以有效降低漏源漏電流。實(shí)施例l，1) .在電阻率0.01Q.cm的P型硅襯底上外延8Q.cm，厚度5nm的P型外延層(圖2. 1);2) .利用高能高劑量離子注入加熱推進(jìn)或者利用ICP刻蝕貫通外延層的深槽，進(jìn)行側(cè)壁擴(kuò)散加摻硼多晶硅填充的辦法形成形成包圍漂移區(qū)的 高濃度硼摻雜區(qū)(圖2. 2b)，同時(shí)形成表面源與背面襯底連接的高濃 度硼連接區(qū)(圖2.2a);3) .利用局部氧化技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)氧化，柵犧牲層氧化300A與腐蝕、柵氧化，厚度300A(圖2. 3);4) .LPCVD淀積多晶硅，厚度(4000 6000)A，光刻刻蝕多晶硅，形成多 晶硅柵圖形(圖2. 4);5) .以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻溝道注入?yún)^(qū)，進(jìn)行溝道注入(能量40Kev，劑量3E13cnf，卩推進(jìn)溫度105(TC，時(shí)間3h，形成器件溝道區(qū)(圖 2. 5);6) .以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻源漏注入?yún)^(qū)，進(jìn)行源漏注入(能量80Kev,劑量lE15cm—，卩推進(jìn)溫度900。C，時(shí)間30min，形成器件源區(qū)和漏區(qū)(圖2. 6);7) .漂移區(qū)注入能量80Kev，劑量lE12cm々和退火溫度900。C，時(shí)間30min(圖2. 7)，同時(shí)步驟2)形成的包圍漂移區(qū)的高濃度硼摻雜區(qū)與漂移區(qū)在 有源區(qū)邊界形成一個(gè)P+N—二極管(圖2. 7b);8) .用LPCVD工藝在硅片表面淀積Si02厚度5000A，光刻、刻蝕Si02開(kāi)接觸窗口(圖2. 8);9) .蒸發(fā)金屬膜厚度3000A，反刻形成金屬電極，即漏極D和柵極G(圖2. 9);10) .背面磨片，將硅片減薄到60iLim ll(^m，蒸發(fā)Ti 500 A /Ni 3000A/Au3000A形成下電極，即源極S(圖2. 10)。 實(shí)施例2，1) .在電阻率O. 02Q.cm的P型硅襯底上外延13Q.cm，厚度10ium的P型外延層(圖2. 1);2) .利用高能高劑量離子注入加熱推進(jìn)或者利用ICP刻蝕貫通外延層的深槽，進(jìn)行側(cè)壁擴(kuò)散加摻硼多晶硅填充的辦法形成形成包圍漂移區(qū)的 高濃度硼摻雜區(qū)(圖2. 2b)，同時(shí)形成表面源與背面襯底連接的高濃 度硼連接區(qū)(圖2.2a);3) .利用局部氧化技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)氧化，柵犧牲層氧化700A與腐蝕、柵氧化，厚度700A(圖2. 3);4) .LPCVD淀積多晶硅，厚度6000A，光刻刻蝕多晶硅，形成多晶硅柵圖 形(圖2. 4);5) .以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻溝道注入?yún)^(qū)，進(jìn)行溝道注入能量60Kev，劑量lE14cm—2和推進(jìn)溫度1150"，時(shí)間3h，形成器件溝道區(qū)(圖 2.5);6) .以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻源漏注入?yún)^(qū)，進(jìn)行源漏注入(能量80Kev 120Kev,劑量3E15cm—，卩推進(jìn)溫度1000。C ，時(shí)間30min,形成 器件源區(qū)和漏區(qū)(圖2.6);7) .漂移區(qū)注入能量140Kev，劑量4E12cm—2和退火溫度1000°(:，時(shí)間30min(圖2. 7)，同時(shí)步驟2)形成的包圍漂移區(qū)的高濃度硼摻雜區(qū)與 漂移區(qū)在有源區(qū)邊界形成一個(gè)Pl二極管(圖2. 7b);8) .用LPCVD工藝在硅片表面淀積Si02厚度8000A，光刻、刻蝕Si02開(kāi)接觸窗口(圖2. 8);9) .蒸發(fā)金屬膜厚度5000A，反刻形成金屬電極，即漏極D和柵極G(圖2. 9);10) .背面磨片，將硅片減薄到110pm，蒸發(fā)Ti 1500A/Ni 5000)A/Au5000A形成下電極，即源極S(圖2.10)。
權(quán)利要求
1、無(wú)負(fù)阻LDMOS器件結(jié)構(gòu)，其特征是包括溝道區(qū)、漂移區(qū)、源漏區(qū)，在有源區(qū)邊界用一高濃度的濃硼區(qū)將LDMOS器件漂移區(qū)包圍起來(lái)，該濃硼區(qū)與漂移區(qū)在有源區(qū)邊界形成一個(gè)P+N-二極管，該二極管擊穿電壓比器件有源區(qū)內(nèi)部本征擊穿電壓略低。
2、 無(wú)負(fù)阻LDMOS器件的生產(chǎn)方法，其特征是該方法的工藝步驟分為，1) .在電阻率(O. 01 0. 02)Q.cm的P型硅襯底上外延(8 13)Q.cm，厚度(5 lO)pm的P型外延層；2) .利用高能高劑量離子注入加熱推進(jìn)或者利用ICP刻蝕貫通外延層的深槽進(jìn)行側(cè)壁擴(kuò)散加摻硼多晶硅填充的辦法形成包圍漂移區(qū)的高濃度硼摻 雜區(qū)，同時(shí)形成表面源與背面襯底連接的高濃度硼連接區(qū)；3) .利用局部氧化技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)氧化，柵犧牲層氧化(300 700)A與腐蝕、柵氧化，厚度(300 700)A; 4) .LPCVD淀積多晶硅，厚度(4000 6000)A，光刻刻蝕多晶硅，形成多晶 硅柵圖形；5) .以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻溝道注入?yún)^(qū)，進(jìn)行溝道注入(能量40Kev 60Kev，劑量3E13cnr2 lE14cnf2)和推進(jìn)(溫度105(TC li5(rC，時(shí)間3h)， 形成器件溝道區(qū)；6) .以多晶硅作為自對(duì)準(zhǔn)邊界，光刻源漏注入?yún)^(qū)，進(jìn)行源漏注入(能量80Kev 120Kev，劑量lE15cm—2 3E15cm"2)和推進(jìn)(溫度900。C 100(TC，時(shí)間 30min)，形成器件源區(qū)和漏區(qū)；7) .漂移區(qū)注入(能量80Kev 140Kev，劑量lE12cm—2 4E12cm—2)和退火(溫度900°C 1000°C，時(shí)間30min)，同時(shí)步驟2)形成的包圍漂移區(qū)的高濃度 硼摻雜區(qū)與漂移區(qū)在有源區(qū)邊界形成一個(gè)P+N—二極管；8) .用LPCVD工藝在硅片表面淀積Si02 (厚度5000A 8000A)，光亥lj、刻蝕Si02開(kāi)接觸窗口；9) .蒸發(fā)金屬膜(厚度3000A 5000A),反刻形成金屬電極，即漏極D和柵極G;10) .背面磨片，將硅片減薄到60pm ll(^m，蒸發(fā)Ti (500 A 1500)A /Ni(3000 5000) A /Au(3000 5000)A形成下電極，即源極S。
全文摘要
本發(fā)明是無(wú)負(fù)阻LDMOS器件結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法，該結(jié)構(gòu)包括溝道區(qū)、漂移區(qū)、源漏區(qū)，在有源區(qū)邊界用一高濃度的濃硼區(qū)將LDMOS器件漂移區(qū)包圍起來(lái)，該濃硼區(qū)與漂移區(qū)在有源區(qū)邊界形成一個(gè)P⁺N^-二極管，該二極管擊穿電壓比器件有源區(qū)內(nèi)部本征擊穿電壓略低。當(dāng)漏端電壓高于該二極管的擊穿電壓時(shí)，該二極管首先擊穿，提供一個(gè)擊穿電流通路，這樣器件內(nèi)部有源區(qū)就不會(huì)進(jìn)入擊穿區(qū)，寄生雙極晶體管也就無(wú)法進(jìn)入負(fù)阻狀態(tài)，從而起到保護(hù)器件的作用，同時(shí)該包圍漂移區(qū)的高濃度濃硼區(qū)也起到隔離有源區(qū)的作用，可以有效降低漏源漏電流。在不增加工藝的情況下有效抑制硅LDMOS器件中寄生雙極晶體管的負(fù)阻效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101217161SQ20071019198
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者王佃利 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所