專利名稱：一種射頻橫向擴散n型mos管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體管，尤其是階梯溝槽隔離結(jié)構(gòu)射頻N 型金屬氧化物半導(dǎo)體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管(M0S管)具有高功率增益、高效率及低成本等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于移動通信基站、雷達、導(dǎo)航等領(lǐng)域。射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管包括靠近漏區(qū)的輕摻雜漂移區(qū)以增加擊穿電壓。由于輕摻雜漂移區(qū)的存在，半導(dǎo)體管因此具有較高的導(dǎo)通電阻。為了進一步提高射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的擊穿電壓，增大輸出功率，通常增加漂移區(qū)長度和降低漂移區(qū)摻雜濃度，半導(dǎo)體管導(dǎo)通電阻也會進一步增加，進而增大功耗降低效率。為了兼顧功率器件對高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻的性能要求，射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的設(shè)計一般都會采用場極板技術(shù)來達到擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的平衡。圖1是一種現(xiàn)有技術(shù)的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的示意圖。在P型襯底10上形成P型外延層11和P型下沉區(qū)(sinker區(qū))12，在P型外延層11上形成N型漂移區(qū)14 ；在P型外延層11上且位于N型漂移區(qū)14兩端分別相鄰設(shè)置N型漏15和P型溝道13 ；在外延層11上且位于與P溝道13相鄰的位置形成N型源16 ；在P型溝道13的表面包覆有柵氧層171 ；在柵氧層171的表面包覆有多晶硅柵17 ；在多晶硅柵17及N型漂移區(qū)14的表面包覆有場氧化層172 ；在N型漏15上形成金屬電極(漏極)19。為了改善N型漂移區(qū)14內(nèi)部的電場分布，降低N型漂移區(qū)14與P型溝道13之間PN結(jié)處電場峰值，增加半導(dǎo)體管擊穿電壓，在場氧化層172的表面包覆有金屬場極板18。這種現(xiàn)有技術(shù)的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管簡單實用，但是，還沒有最大的利用芯片面積，在相同的結(jié)構(gòu)尺寸下，還沒有達到最大的擊穿電壓及最小的導(dǎo)通電阻。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單且與現(xiàn)有射頻橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體工藝相兼容的漂移區(qū)具有階梯淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管及其制造方法，在相同的結(jié)構(gòu)尺寸下，提升半導(dǎo)體管的擊穿電壓，而導(dǎo)通電阻保持不變。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種射頻橫向擴散N型MOS管，在P型襯底上設(shè)有P型外延層，在P型外延層上設(shè)有N型漂移區(qū)，在P型外延層上且位于N型漂移區(qū)的相鄰兩端分別設(shè)置N型漏和P型溝道，在P型溝道的表面包覆有柵氧層，在柵氧層的表面包覆有多晶硅柵， 在所述多晶硅柵的表面包覆有第一場氧化層，在所述N型漂移區(qū)上設(shè)有階梯淺溝槽隔離氧化層，所述階梯淺溝槽隔離氧化層包括位于N型漂移區(qū)之上的第二淺溝槽隔離氧化層和位于第二淺溝槽隔離氧化層之上的第一淺溝槽隔離氧化層；在所述階梯淺溝槽隔離氧化層的表面包覆有第二場氧化層，在所述第一場氧化層的表面包覆有金屬場極板，所述金屬場極板將第一場氧化層和第二場氧化層分隔。進一步的，所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管，在所述N型漏上設(shè)置金屬電極， 在所述P型襯底上還設(shè)置有P型下沉區(qū)，在P型下沉區(qū)的表面包覆金屬場極板。進一步的，所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管，在所述P型外延層上設(shè)有N型源， 所述N型源與所述P型溝道相鄰，在所述N型源的表面包覆金屬場極板。本發(fā)明還公開了一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，包括如下步驟 步驟Sl 制備重摻雜P型襯底，并在P型襯底上生長P型外延層；
步驟S2 在P型外延層上進行P型重摻雜、N型輕摻雜和P型摻雜，分別形成P型下沉區(qū)、N型漂移區(qū)、P型溝道，再進行源、漏N型雜質(zhì)注入，形成N型源和N型漏；
步驟S3 在N型漂移區(qū)的上部刻蝕形成第一層淺溝槽；在N型漂移區(qū)的中部區(qū)域且位于第一層淺溝槽的下方刻蝕形成第二層淺溝槽，再在第一層淺溝槽和第二層淺溝槽內(nèi)淀積氧化層，分別形成第一淺溝槽隔離氧化層和第二淺溝槽隔離氧化層，構(gòu)成階梯淺溝槽隔離氧化層；
步驟S4 在P型溝道的表面干熱氧化生長并形成柵氧層，在柵氧層上淀積有多晶硅柵， 在階梯淺溝槽隔離氧化層的上表面及多晶硅柵的兩側(cè)和上表面濕熱氧化生長并形成第一場氧化層，使第一場氧化層覆蓋在第一淺溝槽隔離氧化層的表面；
步驟S5 在第一場氧化層中刻孔，并淀積金屬鋁，刻鋁形成金屬場極板和金屬電極；所述金屬場極板包覆在P型下沉區(qū)、N型源及場氧化層的表面；所述金屬電極覆蓋在所述N型漏的表面。進一步的，所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，步驟S2中，在所述P 型外延層內(nèi)注入雜質(zhì)硼，分別形成P型下沉區(qū)和P型溝道，并注入雜質(zhì)磷，形成N型漂移區(qū)； 對P型溝道與N型漂移區(qū)在氮氣環(huán)境下進行擴散。 進一步的，所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，步驟S3中，在N型漂移區(qū)的上部用HF溶劑濕法二次刻蝕并淀積氧化層，形成第一淺溝槽隔離氧化層和第二淺溝槽隔離氧化層。進一步的，所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，步驟S4中，在P型溝道的表面進行干熱氧化生長，形成第三氧化層；并在第三氧化層上淀積多晶硅層，然后注入雜質(zhì)磷，刻蝕掉P型溝道上部兩側(cè)多余的第三氧化層和多晶硅層，分別形成柵氧層和多晶硅柵。進一步的，所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，步驟S2中，在P型下沉區(qū)與P型溝道之間的區(qū)域和N型漂移區(qū)內(nèi)注入雜質(zhì)砷，分別形成N型源和N型漏。本發(fā)明的優(yōu)點是
(1)本發(fā)明在漂移區(qū)上部引入一個通過兩次刻蝕而形成的階梯淺溝槽隔離氧化層結(jié)構(gòu)，使漂移區(qū)有效長度增加了溝槽深度的兩倍左右，半導(dǎo)體管具有更好的擊穿特性；
(2)本發(fā)明引入的階梯淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)射頻N型金屬氧化物半導(dǎo)體管與傳統(tǒng)的LOCOS 工藝橫向擴散N型射頻半導(dǎo)體管相比，其制備工藝不同，必須采用新的淺溝槽隔離(STI)工藝，新的STI制備工藝消除了傳統(tǒng)LOCOS工藝的鳥嘴效應(yīng)；
(3)本發(fā)明在漂移區(qū)形成多個電場峰值，降低了漂移區(qū)靠近溝道一端的電荷聚集程度，漂移區(qū)電場分布相比傳統(tǒng)的LOCOS工藝器件更加平坦，從而可以提高漂移區(qū)摻雜濃度，減小器件導(dǎo)通電阻，降低器件功耗；
(4)本發(fā)明在相同的器件工藝尺寸下，擊穿電壓較傳統(tǒng)的射頻橫向雙擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管提升9%以上，而導(dǎo)通電阻基本不變。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖1 ； 圖4為本發(fā)明實施例的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖2 ； 圖5為本發(fā)明實施例的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖3 ； 圖6為本發(fā)明實施例的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖4 ； 圖7為本發(fā)明實施例的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖5 ； 圖8為本發(fā)明實施例的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖6 ； 圖9為現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的半導(dǎo)體管擊穿電壓的比較示意圖。其中10 P型襯底；11 P型外延層；12 P型下沉區(qū)；13 P型溝道；14 N型漂移區(qū)； 141第一淺溝槽隔離氧化層；142第二淺溝槽隔離氧化層；15 N型漏；16 N型源；17多晶硅柵；171柵氧層；172第一場氧化層；173第二場氧化層；18金屬場極板；19金屬電極。
具體實施例方式實施例如圖2所示，一種用作射頻功率器件的階梯淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括重摻雜的P型襯底10，在P型襯底10上設(shè)有輕摻雜的P 型外延層11，在輕摻雜的P型外延層11上設(shè)有輕摻雜的N型漂移區(qū)14，在P型外延層11 上且位于N型漂移區(qū)14相鄰的兩端分別設(shè)置重摻雜的N型漏15和輕摻雜的P型溝道13， 在P型外延層11上且位于與P型溝道13相鄰的位置設(shè)有重摻雜的N型源16，在重摻雜P 型襯底10上且位于與N型源16、P型溝道13及P型外延層11相鄰的位置設(shè)置重摻雜的P 型下沉區(qū)12，在N型漂移區(qū)14上部設(shè)有階梯淺溝槽隔離氧化層，在階梯淺溝槽隔離氧化層的表面包覆有第二場氧化層173，在P型溝道13的表面包覆有柵氧層171，在柵氧層171的表面包覆有多晶硅柵17，在多晶硅柵17的兩側(cè)及表面包覆有第一場氧化層172，在P型下沉區(qū)12、N型源16及場氧化層172的表面包覆有金屬場極板18，在N型漏15的表面設(shè)置金屬電極19。在本實施例中，在輕摻雜的N型漂移區(qū)14的上部設(shè)置第二淺溝槽隔離氧化層142， 在第二淺溝槽隔離氧化層142上設(shè)置第一淺溝槽隔離氧化層141，上述第一淺溝槽隔離氧化層141及第二淺溝槽隔離氧化層142位于N型漂移區(qū)14、第一場氧化層172、金屬場極板 18和第二場氧化層173圍成的空間內(nèi)。圖3至圖8為一種用于階梯淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的制備工藝示意圖。步驟1:首先制備重摻雜P型襯底10，并在P型襯底10上生長P型外延層11。本實施例中，生成的P型襯底10的濃度為IX 1019cm_3，厚度為4Mffl，P型外延層的晶向為<100>、 摻雜濃度為1 X 1014cm_3、厚度為4Mm。步驟2 在一部分的P型外延層11上進行P型重摻雜，形成P型下沉區(qū)12，在另一部分P型外延層11上進行N型輕摻雜，形成N型漂移區(qū)14，在另一部分P型外延層11上進行P型摻雜，形成P型溝道13。具體為在P型外延層11內(nèi)注入雜質(zhì)硼，分別形成濃度為5 X IO19CnT3的P型下沉區(qū)12和濃度在1 X IO16CnT3 1 X IO18CnT3之間的P型溝道13，并注入雜質(zhì)磷，形成濃度為2 X IO17CnT3的N型漂移區(qū)14 ；對P型溝道13與N型漂移區(qū)14在氮氣環(huán)境下進行高溫擴散，擴散溫度為loocrc，擴散時間為loo分鐘。然后，在ρ型下沉區(qū) 12與P型溝道13之間的區(qū)域和N型漂移區(qū)14內(nèi)注入濃度為1 X 102°cnT3的雜質(zhì)砷，分別形成N型源16和N型漏15。步驟3 如圖3和圖4所示，在N型漂移區(qū)14的上部刻蝕形成第一層淺溝槽；在N 型漂移區(qū)14的中部區(qū)域且位于第一層淺溝槽的下方刻蝕形成第二層淺溝槽，再在第一層淺溝槽和第二層淺溝槽內(nèi)淀積氧化層，并刻蝕掉淺溝槽外多余的氧化層，分別形成第一淺溝槽隔離氧化層141和第二淺溝槽隔離氧化層142，構(gòu)成階梯淺溝槽隔離氧化層。具體為在N型漂移區(qū)14的上部用HF溶劑濕法進行二次刻蝕并淀積氧化層，淀積的第一淺溝槽隔離氧化層141和第二淺溝槽隔離氧化層142的厚度均為0. 15ΜΠ1。步驟4 如圖5 —圖7所示，在P型溝道13的表面干熱氧化生長并形成柵氧層 171，在柵氧層171上淀積有多晶硅柵17，在階梯淺溝槽隔離氧化層的上表面及多晶硅柵17 的兩側(cè)和上表面濕熱氧化生長并形成第一場氧化層172，使第一場氧化層172覆蓋在第一淺溝槽隔離氧化層141的表面。具體為在P型溝道13的表面進行干熱氧化生長，形成厚度0. 02Mffl的第三氧化層；并在第三氧化層上淀積厚度0. 2Mffl的多晶硅層，然后注入濃度為 5 X IO19CnT3的雜質(zhì)磷，刻蝕掉P型溝道上部兩側(cè)多余的第三氧化層和多晶硅層，分別形成位于P型溝道13上表面的柵氧層171和在柵氧層上的多晶硅柵17，然后在階梯淺溝槽隔離氧化層的上表面及多晶硅柵17的兩側(cè)和上表面濕熱氧化生長并形成第一場氧化層172，生成的第一場氧化層172平坦部位的厚度為0. 13ΜΠ1。步驟S5 如圖8所示，在第一場氧化層172中刻孔，并淀積金屬鋁，刻鋁分別形成金屬場極板18和金屬電極19 ；所述金屬場極板18包覆在P型下沉區(qū)12、N型源16及場氧化層172的表面；所述金屬電極19覆蓋在所述N型漏15的表面。金屬場極板18使位于多晶硅柵表面的第一場氧化層172和位于階梯淺溝槽隔離氧化層上表面的第一場氧化層172 分隔成兩個部分，為了方便區(qū)分，我們稱階梯淺溝槽隔離氧化層上表面的第一場氧化層172 為第二場氧化層173。圖9為現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的半導(dǎo)體管擊穿電壓的比較示意圖，其中柵極、源極和襯底電壓均等于GND (0V)，漏極電壓Vds從OV開始逐漸增加。可以看出，本發(fā)明的半導(dǎo)體管的擊穿電壓比現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體管的擊穿電壓增加了 9%以上。以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的簡單的變換，皆應(yīng)仍屬于本發(fā)明覆蓋的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種射頻橫向擴散N型MOS管，在P型襯底(10)上設(shè)有P型外延層(11 )，在P型外延層(11)上設(shè)有N型漂移區(qū)(14)，在P型外延層(11)上且位于N型漂移區(qū)(14)的相鄰兩端分別設(shè)置N型漏(15)和P型溝道(13)，在P型溝道(13)的表面包覆有柵氧層(171 )，在柵氧層(171)的表面包覆有多晶硅柵(17)，在所述多晶硅柵(17)的表面包覆有第一場氧化層(172)，其特征在于在所述N型漂移區(qū)(14)上設(shè)有階梯淺溝槽隔離氧化層，所述階梯淺溝槽隔離氧化層包括位于N型漂移區(qū)(14)之上的第二淺溝槽隔離氧化層(142)和位于第二淺溝槽隔離氧化層(142)之上的第一淺溝槽隔離氧化層(141);在所述階梯淺溝槽隔離氧化層的表面包覆有第二場氧化層(173)，在所述第一場氧化層(172 )的表面包覆有金屬場極板(18)，所述金屬場極板(18)將第一場氧化層(172)和第二場氧化層(173)分隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管，其特征在于在所述N型漏(15)上設(shè)置金屬電極(19)，在所述P型襯底(10)上還設(shè)置有P型下沉區(qū)(12)，在P型下沉區(qū)(12)的表面包覆金屬場極板(18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管，其特征在于在所述P型外延層(11)上設(shè)有N型源(16)，所述N型源(16)與所述P型溝道(13)相鄰，在所述N型源 (16)的表面包覆金屬場極板(18)。
4.一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，其特征在于包括如下步驟步驟Sl 制備重摻雜的P型襯底(10)，并在P型襯底(10)上生長P型外延層(11)；步驟S2 在P型外延層(11)上進行P型重摻雜、N型輕摻雜和P型摻雜，分別形成P型下沉區(qū)(12)、N型漂移區(qū)(14)、P型溝道(13)，再進行源、漏N型雜質(zhì)注入，形成N型源(16) 和N型漏(15)；步驟S3 在N型漂移區(qū)(14)的上部刻蝕形成第一層淺溝槽；在N型漂移區(qū)(14)的中部區(qū)域且位于第一層淺溝槽的下方刻蝕形成第二層淺溝槽，再在第一層淺溝槽和第二層淺溝槽內(nèi)淀積氧化層，分別形成第一淺溝槽隔離氧化層(141)和第二淺溝槽隔離氧化層(142)， 構(gòu)成階梯淺溝槽隔離氧化層；步驟S4 在P型溝道(13)的表面干熱氧化生長并形成柵氧層(171 )，在柵氧層(171)上淀積有多晶硅柵(17)，在階梯淺溝槽隔離氧化層的上表面及多晶硅柵(17)的兩側(cè)和上表面濕熱氧化生長并形成第一場氧化層(172)，使第一場氧化層(172)覆蓋在第一淺溝槽隔離氧化層(141)的表面；步驟S5 在第一場氧化層(172)中刻孔，并淀積金屬鋁，刻鋁形成金屬場極板(18)和金屬電極(19)；所述金屬場極板(18)包覆在P型下沉區(qū)(12)、N型源(16)及場氧化層(172) 的表面；所述金屬電極(19)覆蓋在所述N型漏(15)的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，其特征在于 步驟S2中，在所述P型外延層(11)內(nèi)注入雜質(zhì)硼，分別形成P型下沉區(qū)(12)和P型溝道 (13)，并注入雜質(zhì)磷，形成N型漂移區(qū)(14)；對P型溝道(13)與N型漂移區(qū)(14)在氮氣環(huán)境下進行擴散。
6.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，其特征在于 步驟S3中，在N型漂移區(qū)(14)的上部用HF溶劑濕法二次刻蝕并淀積氧化層，形成第一淺溝槽隔離氧化層(141)和第二淺溝槽隔離氧化層(142)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，其特征在于步驟S4中，在P型溝道(13)的表面進行干熱氧化生長，形成第三氧化層；并在第三氧化層上淀積多晶硅層，然后注入雜質(zhì)磷，刻蝕掉P型溝道(13)上部兩側(cè)多余的第三氧化層和多晶硅層，分別形成柵氧層(171)和多晶硅柵(17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種射頻橫向擴散N型MOS管的制造方法，其特征在于 步驟S2中，在P型下沉區(qū)(12)與P型溝道(13)之間的區(qū)域注入雜質(zhì)砷，形成N型源(16)， 并在N型漂移區(qū)(14)內(nèi)注入雜質(zhì)砷，形成N型漏(15)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻橫向擴散N型MOS管及其制造方法，在N型漂移區(qū)上設(shè)有階梯淺溝槽隔離氧化層，階梯淺溝槽隔離氧化層包括位于N型漂移區(qū)之上的第二淺溝槽隔離氧化層和位于第二淺溝槽隔離氧化層之上的第一淺溝槽隔離氧化層；在階梯淺溝槽隔離氧化層的表面包覆有第二場氧化層，在第一場氧化層的表面包覆有金屬場極板，金屬場極板將第一場氧化層和第二場氧化層分隔。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單且與現(xiàn)有射頻橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體工藝相兼容的漂移區(qū)具有階梯淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的射頻橫向擴散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管及其制造方法，在相同的結(jié)構(gòu)尺寸下，提升半導(dǎo)體管的擊穿電壓，而導(dǎo)通電阻保持不變。
文檔編號H01L29/78GK102254946SQ20111000419
公開日2011年11月23日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者孫曉紅, 王曉彧, 田婷, 陳文蘭, 高懷 申請人:蘇州英諾迅科技有限公司