專利名稱：射頻ldmos器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種應(yīng)用于射頻領(lǐng)域的LDMOS器件。
背景技術(shù)：
射頻LDMOS (橫向擴(kuò)散MOS晶體管)器件是應(yīng)用于射頻基站和廣播站的常用器件，其追求的性能指標(biāo)包括高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻和低寄生電容等。請(qǐng)參閱圖1，這是一種現(xiàn)有的射頻LDMOS器件。以η型射頻LDMOS器件為例，在P型重?fù)诫s襯底I上具有P型輕摻雜外延層2。在外延層2中具有依次側(cè)面接觸的η型重?fù)诫s源區(qū)10、P型溝道摻雜區(qū)9和η型漂移區(qū)6。在漂移區(qū)6中具有η型重?fù)诫s漏區(qū)11。在溝道摻雜區(qū)9和漂移區(qū)6之上依次具有柵氧化層7和多晶硅柵極8。在多晶硅柵極8的正上方、以及部分漂移區(qū)6的正上方具有氧化硅12。在部分氧化硅12的上方具有柵掩蔽層(G-shield)13。柵掩蔽層13至少要相隔氧化硅12而在部分的漂移區(qū)6的上方。下沉結(jié)構(gòu)14從源區(qū)10表面向下穿透·源區(qū)10、外延層2，并抵達(dá)到襯底I之中。這種現(xiàn)有的射頻LDMOS器件中，所述柵掩蔽層13是金屬或η型重?fù)诫s多晶硅，其RESURF (Reduced SURfsceField，減小表面電場(chǎng))效應(yīng)應(yīng)能夠有效地增加器件的擊穿電壓，同時(shí)有效地降低柵極8和漏極11之間的寄生電容。這樣便可以適當(dāng)增加漂移區(qū)6的摻雜濃度從而降低器件的導(dǎo)通電阻。柵掩蔽層13下方的氧化硅12的厚度是影響器件特性的重要因素。如果該層氧化硅12較薄，可以獲得較低的柵極和漏極之間的寄生電容。但柵掩蔽層13的邊緣必須承受的高壓決定了漂移區(qū)6上方的柵掩蔽層13邊緣下方的氧化硅12必須具有一定的厚度?，F(xiàn)有的氧化硅12厚度均勻，但是厚度均勻的氧化硅12不利于提高器件的擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種射頻LDMOS器件，可以在獲取高擊穿電壓的同時(shí)，適當(dāng)降低導(dǎo)通電阻和寄生電容。為此，本申請(qǐng)還要提供所述射頻LDMOS器件的制造方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)射頻LDMOS器件在多晶硅柵極和漂移區(qū)之上依次具有第三氧化硅和柵掩蔽層；在漂移區(qū)中還具有局部氧化結(jié)構(gòu)，其一端與漏區(qū)相鄰，另一端與第三氧化硅相鄰且在柵掩蔽層之下。所述射頻LDMOS器件的制造方法為先在外延層中以局部氧化工藝形成局部氧化結(jié)構(gòu)，再在外延層進(jìn)行離子注入以形成漂移區(qū)，所述漂移區(qū)將局部氧化結(jié)構(gòu)囊括在內(nèi)；接著淀積第二氧化硅和多晶硅經(jīng)刻蝕分別形成柵氧化層和多晶硅柵極；接著在多晶硅柵極之上、多晶硅柵極和局部氧化結(jié)構(gòu)之間的漂移區(qū)之上均形成第三氧化硅；最后在部分或全部的第三氧化硅之上、部分局部氧化結(jié)構(gòu)之上形成柵掩蔽層。本申請(qǐng)射頻LDMOS器件由于新增了局部氧化結(jié)構(gòu)，而具有如下優(yōu)點(diǎn)其一，該局部氧化結(jié)構(gòu)與所述氧化硅的組合，相當(dāng)于增加了柵掩蔽層在漂移區(qū)那一端下方的絕緣層厚度。同時(shí)氧化硅材質(zhì)的局部氧化結(jié)構(gòu)在漂移區(qū)離子注入之前先行制造，因而對(duì)離子注入具有一定的阻擋作用，表現(xiàn)為局部氧化結(jié)構(gòu)附近及下方的漂移區(qū)的摻雜濃度較小。由于局部氧化結(jié)構(gòu)緊鄰漏區(qū)，這使得漏區(qū)附近的漂移區(qū)的摻雜濃度低于溝道摻雜區(qū)附近的漂移區(qū)的摻雜濃度。因此在漏端加高壓時(shí)，漏端附近的漂移區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度得到有效降低，有利于提高器件的擊穿電壓。其二，柵掩蔽層位于漂移區(qū)的那端覆蓋在部分的局部氧化結(jié)構(gòu)之上，使得柵掩蔽層位于漂移區(qū)的那部分下方的絕緣層厚度朝著漏端的方向遞增。而漂移區(qū)的摻雜濃度則是朝著漏端的方向遞減。這正好抑制了漂移區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度朝著漏端的方向遞增的趨勢(shì)，使得電場(chǎng)分布更加均勻，有利于提高器件的擊穿電壓。其三，溝道摻雜區(qū)附近的漂移區(qū)的摻雜濃度已經(jīng)較低，該局部氧化結(jié)構(gòu)又使得漏區(qū)附近的漂移區(qū)的摻雜濃度更低，因此可適當(dāng)降低柵掩蔽層下方的氧化硅厚度，從而降低柵極和漏極之間的寄生電容。其四，該局部氧化結(jié)構(gòu)使得器件的擊穿電壓得到提高，因而可適當(dāng)增加漂移區(qū)的摻雜濃度，從而可降低器件的導(dǎo)通電阻。


圖1是現(xiàn)有的射頻LDMOS器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a 圖2j是本申請(qǐng)射頻LDMOS器件的制造方法各步驟示意圖。圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明I為襯底；2為外延層；3為氧化硅；4為氮化硅；5為局部氧化結(jié)構(gòu)；6為漂移區(qū)；7為柵氧化層；8為多 晶硅柵極；9為溝道摻雜區(qū)；10為源區(qū)；11為漏區(qū)；12為氧化硅；13為柵掩蔽層；14為下沉結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖2j，這是本申請(qǐng)所述的射頻LDMOS器件。以η型射頻LDMOS器件為例，在P型重?fù)诫s襯底I上具有P型輕摻雜外延層2。在外延層2中具有依次側(cè)面接觸的η型重?fù)诫s源區(qū)10、P型溝道摻雜區(qū)9和η型漂移區(qū)6。在η型漂移區(qū)6中具有側(cè)面接觸的局部氧化結(jié)構(gòu)5和η型重?fù)诫s漏區(qū)11。由于采用了局部氧化(LOCOS)的制造工藝，氧化硅材質(zhì)的局部氧化結(jié)構(gòu)5在兩側(cè)具有尖而薄的鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)。在溝道摻雜區(qū)9和漂移區(qū)6之上依次具有柵氧化層7和多晶硅柵極8。在多晶硅柵極8的正上方、以及多晶硅柵極8到局部氧化結(jié)構(gòu)5之間的那部分漂移區(qū)6的正上方連續(xù)地具有厚度均勻的一塊氧化硅12。在部分或全部氧化娃12的正上方、和部分的局部氧化結(jié)構(gòu)5的正上方具有連續(xù)的一塊柵掩蔽層13,其為金屬或η型重?fù)诫s的多晶硅。柵掩蔽層13至少要相隔氧化硅12而在部分的漂移區(qū)6的上方。金屬材質(zhì)的下沉結(jié)構(gòu)14從源區(qū)10表面向下穿透源區(qū)10、外延層2，并抵達(dá)到襯底I之中。在源區(qū)10和下沉結(jié)構(gòu)14、多晶硅柵極8、柵掩蔽層13和漏區(qū)11之上形成有金屬硅化物。或者，源區(qū)10和下沉結(jié)構(gòu)14也可從硅片背面以金屬硅化物引出?？蛇x地，也可將外延層2去除掉。如果是P型射頻LDMOS器件，將上述各部分結(jié)構(gòu)的摻雜類型變?yōu)橄喾醇纯?。所述局部氧化結(jié)構(gòu)5占漂移區(qū)6的比例越大，器件的柵極與漏極之間的寄生電容就越大。因此在保證器件擊穿電壓足夠高的情況下，應(yīng)盡可能減小局部氧化結(jié)構(gòu)5占漂移區(qū)5的比例。與現(xiàn)有的射頻LDMOS器件相比，本申請(qǐng)的主要?jiǎng)?chuàng)新在于在漂移區(qū)6上新增了局部氧化結(jié)構(gòu)5,其一端與漏區(qū)11相鄰,另一端與氧化娃12相鄰且在柵掩蔽層13之下。由于局部氧化結(jié)構(gòu)5從邊緣的鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)到中間的厚度緩變、遞增，而使得器件在漏端加高壓時(shí)，漂移區(qū)的電場(chǎng)分布更加均勻，從而提高了器件的擊穿電壓。也是由于該新增的局部氧化結(jié)構(gòu)5，柵掩蔽層13下方的氧化硅12在漂移區(qū)6之上的那部分厚度可以減薄，以降低器件的柵極和漏極之間的寄生電容。下面以η型射頻LDMOS器件為例，介紹其制造方法第I步，請(qǐng)參閱圖2a，在重?fù)诫sP型襯底I上具有輕摻雜P型外延層2，在其上淀積氧化硅3和氮化硅4。采用光刻和刻蝕工藝，在氧化硅3和氮化硅4上形成一個(gè)窗口 A，該窗口 A用于后續(xù)制造局部氧化結(jié)構(gòu)?；蛘?，也可以將外延層2省略掉，這樣其后的各結(jié)構(gòu)與工藝均直接在襯底I上進(jìn)行。第2步，請(qǐng)參閱圖2b，采用干法刻蝕工藝將窗口 A中的外延層2刻蝕掉100 500A,然后通過(guò)熱氧化工藝在窗口 A中生長(zhǎng)出局部氧化結(jié)構(gòu)5。局部氧化結(jié)構(gòu)5的厚度從中間向兩邊遞減(不限定為單調(diào)遞減)，其兩端因鳥(niǎo)嘴效應(yīng)(bird’ s beak)而具有尖而薄的鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)，該鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)從窗口 A的邊緣向氧化硅3的下方延伸。局部氧化結(jié)構(gòu)5的最大厚度在1% 3000A之間。然后去除氮化硅4和氧化硅3。這種先刻蝕掉部分娃材料，再熱氧化生長(zhǎng)的局部氧化(LOCOS, local oxidationofsilicon)工藝稱為緩沖型LOCOS (silicon-recess L0C0S)。所刻蝕的硅材料越厚，所生長(zhǎng)出的局部氧化結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)就越長(zhǎng)。或者，也可不將窗口 A中的外延層2去除掉，而直接進(jìn)行熱氧化生長(zhǎng)，這被稱為非緩沖型L0C0S。如果整個(gè)硅片的隔離結(jié)構(gòu)都采用局部氧化工藝制造，那么本申請(qǐng)所用的局部氧化結(jié)構(gòu)5就與其余隔離結(jié)構(gòu)一起制造。如果整個(gè)硅片的隔離結(jié)構(gòu)都采用淺槽隔離(STI)工藝制造，那么那么本申請(qǐng)所用的局部氧化結(jié)構(gòu)5需要單獨(dú)采用局部氧化工藝來(lái)制造。第3步，請(qǐng)參閱圖2c，采用光刻工藝?yán)霉饪棠z作為掩蔽層，并以一次或多次注入η型離子，在外延層2中形成η型漂移區(qū)6。該漂移區(qū)6的深度大于局部氧化結(jié)構(gòu)5的深度，該漂移區(qū)6的寬度將局部氧化結(jié)構(gòu)5囊括在內(nèi)。第4步，請(qǐng)參閱圖2d，先以熱氧化工藝在硅材料(包括外延層2和漂移區(qū)6)的表面生長(zhǎng)出氧化硅7，再在整個(gè)硅片淀積一層多晶硅8。接著對(duì)多晶硅8進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入。η型雜質(zhì)優(yōu)選為磷，離子 注入的劑量?jī)?yōu)選為IX IO15 IX IO16原子每平方厘米。第5步，請(qǐng)參閱圖2e，采用光刻和刻蝕工藝，在氧化硅7和多晶硅8上形成一個(gè)窗口 B，該窗口 B僅暴露出部分的外延層2。整個(gè)漂移區(qū)6以及其余部分的外延層2仍被氧化硅7和多晶硅8以及光刻膠(未圖示)所覆蓋。在窗口 B中對(duì)外延層2注入P型雜質(zhì)，優(yōu)選為硼，從而形成與漂移區(qū)6的側(cè)面接觸的溝道摻雜區(qū)9。離子注入時(shí)光刻膠也作為掩蔽層，離子注入后再去除光刻膠。
優(yōu)選地，離子注入具有一定的傾斜角度，從而使溝槽摻雜區(qū)9更容易向氧化硅7的下方延伸，并且與漂移區(qū)6的側(cè)面相接觸。第6步，請(qǐng)參閱圖2f，采用光刻和刻蝕工藝，將氧化硅7和多晶硅8分別刻蝕為柵氧化層7和多晶硅柵極8。柵氧化層7的一部分在溝道摻雜區(qū)9的上方，其余部分在漂移區(qū)6的上方。第7步，請(qǐng)參閱圖2g,采用光刻工藝，以光刻膠形成窗口 C和窗口 D，它們分別位于柵氧化層7遠(yuǎn)離局部氧化結(jié)構(gòu)5的那一端外側(cè)、局部氧化結(jié)構(gòu)5遠(yuǎn)離柵氧化層7的那一端外側(cè)。對(duì)這兩個(gè)窗口采用η型雜質(zhì)的源漏注入工藝，即高劑量、低能量的離子注入，分別形成源區(qū)10和漏區(qū)11。此時(shí)，溝道摻雜區(qū)9縮小至僅在柵氧化層7的下方。所述源漏注入的劑量在I X IO15原子每平方厘米之上。第8步，請(qǐng)參閱圖2h，在整個(gè)硅片表面淀積一層氧化硅12，采用光刻和刻蝕工藝對(duì)該層氧化硅12進(jìn)行刻蝕，使其僅連續(xù)地殘留在多晶硅柵極8的上方、以及漂移區(qū)6的暴露表面(即多晶硅柵極8與局部氧化結(jié)構(gòu)5之間的漂移區(qū)6)上方。第9步，請(qǐng)參閱圖2i，在整個(gè)硅片表面淀積一層金屬13，采用光刻和刻蝕工藝對(duì)該層金屬13進(jìn)行刻蝕形成柵掩蔽層(G-shield) 13。柵掩蔽層13為連續(xù)的一塊,覆蓋在部分或全部的氧化硅12之上、以及部分的局部氧化結(jié)構(gòu)5之上。柵掩蔽層13至少要相隔氧化硅12而在部分的漂移區(qū)6的上方?；蛘撸瑬叛诒螌?3也可為η型重?fù)诫s多晶硅。此時(shí)，可先淀積多晶硅再進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入，也可直接淀 積η型摻雜多晶硅(即原位摻雜)。第10步，請(qǐng)參閱圖2j，采用光刻和刻蝕工藝，在源區(qū)10中刻蝕出深孔。所述深孔穿越源區(qū)10、外延層2，并抵達(dá)到襯底I之中，故稱“深”孔。在該深孔中填充金屬，優(yōu)選為鎢，形成下沉(sinker)結(jié)構(gòu)14。所述深孔也可改為溝槽結(jié)構(gòu)。后續(xù)還需要在整個(gè)硅片淀積一層金屬，然后進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?，從而在金屬與硅接觸的表面、金屬與多晶硅接觸的表面形成金屬硅化物。金屬硅化物分布在源區(qū)10和下沉結(jié)構(gòu)14、多晶硅柵極8、柵掩蔽層13和漏區(qū)11之上?；蛘撸磪^(qū)10和下沉結(jié)構(gòu)14也可從硅片背面以金屬硅化物引出。如果要制造P型射頻LDMOS器件，將上述方法各步驟中的摻雜類型變?yōu)橄喾醇纯?。例如第I步中采用重?fù)诫sη型襯底、或者位于重?fù)诫sη型襯底之上的輕摻雜η型外延層。第4步中離子注入P型雜質(zhì)，優(yōu)選為硼。第5步離子注入η型雜質(zhì)，優(yōu)選為磷或砷。由上述各步驟可知，本申請(qǐng)射頻LDMOS器件的制造方法全部采取常規(guī)CMOS工藝，制造簡(jiǎn)便且成本低廉。以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種射頻LDMOS器件，在多晶硅柵極和漂移區(qū)之上依次具有第三氧化硅和柵掩蔽層；其特征是，在漂移區(qū)中還具有局部氧化結(jié)構(gòu)，其一端與漏區(qū)相鄰，另一端與所述第三氧化硅相鄰且在柵掩蔽層之下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻LDMOS器件，其特征是，所述局部氧化結(jié)構(gòu)從中央到兩端的厚度遞減，中央的最大厚度在1500 3000A之間，兩端具有尖而薄的鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻LDMOS器件，其特征是，所述局部氧化結(jié)構(gòu)占漂移區(qū)的比例越大，器件的柵極與漏極之間的寄生電容就越大。
4.一種射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，先在外延層中以局部氧化工藝形成局部氧化結(jié)構(gòu)，再在外延層進(jìn)行離子注入以形成漂移區(qū)，所述漂移區(qū)將局部氧化結(jié)構(gòu)囊括在內(nèi)；接著淀積第二氧化硅和多晶硅經(jīng)刻蝕分別形成柵氧化層和多晶硅柵極；接著在多晶硅柵極之上、多晶硅柵極和局部氧化結(jié)構(gòu)之間的漂移區(qū)之上均形成第三氧化硅；最后在部分或全部的第三氧化硅之上、部分局部氧化結(jié)構(gòu)之上形成柵掩蔽層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，包括如下步驟第1步，在第一導(dǎo)電類型的外延層上淀積第一氧化硅和氮化硅，并以光刻和刻蝕工藝在第一氧化娃和氮化娃上形成第一窗口 ；第2步，通過(guò)熱氧化工藝在第一窗口中生長(zhǎng)出局部氧化結(jié)構(gòu)，其兩端具有尖而薄的鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)從第一窗口的邊緣向第一氧化硅的下方延伸；然后去除第一氧化硅和氮化硅；第3步，以離子注入工藝在外延層中形成第二導(dǎo)電類型的漂移區(qū)，該漂移區(qū)將局部氧化結(jié)構(gòu)囊括在內(nèi)；第4步，以熱氧化工藝在硅材料表面生長(zhǎng)出第二氧化硅，再淀積多晶硅，接著對(duì)多晶硅進(jìn)行第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的離子注入；第5步，采用光刻和刻蝕工藝在第二氧化硅和多晶硅上形成第二窗口，該第二窗口僅暴露出部分的外延層，在第二窗口中對(duì)外延層注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)，從而形成與漂移區(qū)的側(cè)面接觸的溝道摻雜區(qū)；第6步，將第二氧化硅和多晶硅分別刻蝕為柵氧化層和多晶硅柵極；第7步，以源漏注入工藝在柵氧化層遠(yuǎn)離局部氧化結(jié)構(gòu)的那一端外側(cè)形成第二導(dǎo)電類型的源區(qū)，在局部氧化結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離柵氧化層的那一端外側(cè)形成第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)；第8步，整個(gè)硅片淀積第三氧化硅，采用光刻和刻蝕工藝使其僅殘留在多晶硅柵極的上方、以及多晶硅柵極與局部氧化結(jié)構(gòu)之間的漂移區(qū)的上方；第9步，整個(gè)硅片淀積一層金屬或多晶硅，對(duì)其刻蝕形成柵掩蔽層；柵掩蔽層覆蓋在部分或全部的第三氧化硅之上、以及部分的局部氧化結(jié)構(gòu)之上；第10步，在源區(qū)中刻蝕出穿越源區(qū)、外延層并抵達(dá)到襯底中的孔或溝槽，在該孔或溝槽中填充金屬形成下沉結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法各步驟中去除外延層，將外延層中的結(jié)構(gòu)均改為襯底中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第2步中，先刻蝕掉部分硅材料，再熱氧化生長(zhǎng)出局部氧化結(jié)構(gòu)；此時(shí)所刻蝕的硅材料越厚，所生長(zhǎng)出的局部氧化結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)就越長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第4步中，P型雜質(zhì)包括硼，η型雜質(zhì)包括磷，離子注入的劑量為IX IO15 IX IO16原子每平方厘米。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第5步中，離子注入傾斜著進(jìn)行，從而使溝槽摻雜區(qū)向第二氧化硅的下方延伸，并且與漂移區(qū)的側(cè)面相接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第9步中，柵掩蔽層至少相隔第三氧化硅而在部分的漂移區(qū)的上方。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種射頻LDMOS器件，在多晶硅柵極和漂移區(qū)之上依次具有第三氧化硅和柵掩蔽層。在漂移區(qū)中還具有局部氧化結(jié)構(gòu)，其一端與漏區(qū)相鄰，另一端與所述第三氧化硅相鄰且在柵掩蔽層之下。本發(fā)明還公開(kāi)了其制造方法。由于新增了局部氧化結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可以在獲取高擊穿電壓的同時(shí)，適當(dāng)降低導(dǎo)通電阻和寄生電容。
文檔編號(hào)H01L29/423GK103035729SQ20121051271
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者錢文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司