專利名稱：一種射頻ldmos器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種半導(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。請參閱圖li，這是一種現(xiàn)有的射頻LDMOS器件。以η型射頻LDMOS器件為例，在ρ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)8、ρ型溝道摻雜區(qū)7和η型漂移區(qū)3。所述漂移區(qū)3的摻雜濃度均勻。在漂移區(qū)3中具有η型重?fù)诫s漏區(qū)7。在溝道摻雜區(qū)7和漂移區(qū)3之上依次具有柵氧化層4和多晶硅柵極5。在多晶硅柵極5的正上方、以及部分漂移區(qū)3的正上方具有氧化硅10。在部分氧化娃10的上方具有柵掩蔽層(G-shield) 11。柵掩蔽層11至少要相隔氧化娃10而在部分的漂移區(qū)3的上方。下沉結(jié)構(gòu)12從源區(qū)8表面向下穿透源區(qū)8、外延層2，并抵達(dá)到襯底I之中。這種現(xiàn)有的射頻LDM OS器件中，所述柵掩蔽層11是金屬或η型重?fù)诫s多晶硅，其RESURF (Reduced SURfsce Field，減小表面電場)效應(yīng)能夠有效地增加器件的擊穿電壓，同時(shí)有效地降低柵極和漏極之間的寄生電容。這樣便可以適當(dāng)增加漂移區(qū)3的摻雜濃度從而降低器件的導(dǎo)通電阻。但漂移區(qū)3的摻雜濃度較高會帶來器件的可靠性問題，特別是熱載流子效應(yīng)問題。主要原因是當(dāng)漏端9加高壓時(shí)，漂移區(qū)3的橫向電場較強(qiáng)；多晶硅柵極5下方的漂移區(qū)3的摻雜濃度較高，因而橫向電場更強(qiáng)，從而帶來嚴(yán)重的熱載流子注入效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本申請所要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻LDMOS器件，在不影響擊穿電壓和寄生電容的前提下，該器件可以在獲取低導(dǎo)通電阻的同時(shí)，降低熱載流子效應(yīng)。為此，本申請還要提供所述射頻LDMOS器件的制造方法。為解決上述技術(shù)問題，本申請射頻LDMOS器件的溝道摻雜區(qū)與漂移區(qū)的側(cè)面相接觸，在溝道摻雜區(qū)與漂移區(qū)之上依次具有柵氧化層和柵極；所述漂移區(qū)在柵氧化層之下的那部分的摻雜濃度小于其余部分的摻雜濃度。所述射頻LDMOS器件的制造方法為在柵氧化層的一側(cè)形成溝道摻雜區(qū)時(shí)，采用傾斜角度的離子注入；該傾斜角度的離子注入在形成與漂移區(qū)的側(cè)面相接觸的溝道摻雜區(qū)的同時(shí)，將柵氧化層下方的那部分漂移區(qū)中的摻雜濃度進(jìn)行了補(bǔ)償(即向這部分漂移區(qū)中注入了相反類型雜質(zhì)，以使這部分漂移區(qū)的摻雜濃度降低)。本申請射頻LDMOS器件由于將漂移區(qū)的摻雜濃度變得不均勻，而具有如下優(yōu)點(diǎn)其一，只降低了很小一部分的漂移區(qū)的摻雜濃度，整個(gè)漂移區(qū)的摻雜濃度基本維持不變，從而維持了低導(dǎo)通電阻的特性。
其二，將現(xiàn)有的形成溝道摻雜區(qū)的離子注入工藝稍加改造，使其角度傾斜，離子注入能量覆蓋漂移區(qū)的一端，便是本申請的器件制造工藝。無須新增工藝步驟，實(shí)施簡便、成本低廉。其三，傾斜角度的離子注入在降低漂移區(qū)的一端的摻雜濃度的同時(shí)，還顯著減小了溝道電阻，隨之帶來的效應(yīng)是當(dāng)漏端加高壓時(shí)，多晶硅柵極下方的漂移區(qū)內(nèi)橫向電場強(qiáng)度減弱，從而改善熱載流子效應(yīng)，提高器件的可靠性。此外，溝道電阻的降低還同時(shí)增加了引起器件副阻效應(yīng)的觸發(fā)電壓，減小發(fā)生閂鎖效應(yīng)的可能性。


圖1a 圖1i是本申請射頻LDMOS器件的制造方法一的各步驟示意圖；圖2a、圖2b是本申請射頻LDMOS器件的制造方法二的部分步驟示意圖。圖中附圖標(biāo)記說明I為襯底；2為外延層；3為漂移區(qū)；4為柵氧化層；5為多晶娃柵極；6為光刻膠；7為溝道摻雜區(qū)；8為源區(qū)；9為漏區(qū)；10為氧化娃；11為柵掩蔽層；12為下沉結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式請參閱圖li，這是本申請所述的射頻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)8、ρ型溝道摻雜區(qū)7和η型漂移區(qū)3。在漂移區(qū)3中具有η型重?fù)诫s漏區(qū)9。在溝道摻雜區(qū)7和漂移區(qū)3之上依次具有柵氧化層4和多晶硅柵極5。所述漂移區(qū)3的摻雜濃度不均勻，漂移區(qū)3與溝道摻雜區(qū)7的側(cè)面相接觸的一端(即在柵氧化層4下方的那部分漂移區(qū)3)的摻雜濃度低于其余部分的`漂移區(qū)3的摻雜濃度。在多晶硅柵極5的正上方、以及部分漂移區(qū)3的正上方連續(xù)地具有一塊氧化硅10。在部分或全部的氧化硅10的上方具有連續(xù)的一塊柵掩蔽層(G-shield)ll。柵掩蔽層11至少要相隔氧化硅10而在部分的漂移區(qū)3的上方。下沉結(jié)構(gòu)12從源區(qū)8表面向下穿透源區(qū)8、外延層2，并抵達(dá)到襯底I之中。在源區(qū)8和下沉結(jié)構(gòu)12、多晶硅柵極5、柵掩蔽層11和漏區(qū)9之上形成有金屬硅化物?；蛘?，源區(qū)8和下沉結(jié)構(gòu)12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ρ型射頻LDMOS器件，將上述各部分結(jié)構(gòu)的摻雜類型變?yōu)橄喾醇纯伞Ｅc現(xiàn)有的射頻LDMOS器件相比，本申請的主要?jiǎng)?chuàng)新在于使漂移區(qū)3與溝道摻雜區(qū)7的側(cè)面相接觸的一端(即在柵氧化層4下方的那部分漂移區(qū)3)的摻雜濃度低于其余部分的摻雜濃度。為了達(dá)到低導(dǎo)通電阻的指標(biāo)要求，射頻LDMOS器件不能降低漂移區(qū)3的整體摻雜濃度。本申請因此只對漂移區(qū)3位于柵氧化層4以下的部分的摻雜濃度進(jìn)行中和、降低，從而降低該區(qū)域的橫向電場，改善熱載流子效應(yīng)。該區(qū)域僅占整個(gè)漂移區(qū)3的很小一部分，因而不會顯著地增加器件的導(dǎo)通電阻。本申請所述的射頻LDMOS器件的制造方法一如下所述，以η型射頻LDMOS器件為例第I步，請參閱圖la，在重?fù)诫sρ型硅襯底I上具有輕摻雜P型外延層2，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)3。或者，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，請參閱圖lb，先以熱氧化工藝在硅材料(包括外延層2和漂移區(qū)3)的表面生長出氧化硅4，再在整個(gè)硅片表面淀積多晶硅5。接著對多晶硅5進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入。η型雜質(zhì)優(yōu)選為磷，離子注入的劑量優(yōu)選為IX IO15 IX IO16原子每平方厘米。第3步，請參閱圖lc，采用光刻和刻蝕工藝，在氧化硅4和多晶硅5上形成一個(gè)窗口 A，該窗口 A僅暴露出部分的外延層2。整個(gè)漂移區(qū)3以及其余部分的外延層2仍被氧化硅4和多晶硅5以及光刻膠6所覆蓋。第4步，請參閱圖ld，在窗口 A中采用傾斜角度的離子注入(稱為halo離子注入工藝)在外延層2中注入ρ型雜質(zhì)，優(yōu)選為硼，從而形成與漂移區(qū)3的側(cè)面相接觸的溝道摻雜區(qū)7。該halo離子注入也對漂移區(qū)3靠近溝道摻雜區(qū)7的那一端(如虛線框所示，也就是柵氧化層4下方的那部分漂移區(qū)3)進(jìn)行了補(bǔ)償。然后去除光刻膠6。所述傾斜角度的離子注入應(yīng)在30度以上(與鉛垂線的夾角)，離子注入的能量應(yīng)保證P型雜質(zhì)穿過溝道摻雜區(qū)7的位置而到達(dá)與之側(cè)面接觸的η型漂移區(qū)3，從而補(bǔ)償(中和或部分中和掉)這部分在柵氧化層4之下的漂移區(qū)3的摻雜濃度。第5步，請參閱圖le，采用光刻和刻蝕工藝，將氧化硅4和多晶硅5分別刻蝕為柵氧化層4和多晶硅柵極5。柵氧化層4的一部分在溝道摻雜區(qū)7的上方，其余部分在漂移區(qū)3的上方。第6步，請參閱圖1f，采用光刻工藝，以光刻膠作為掩蔽層形成窗口 B和窗口 C，它們分別位于柵氧化層4遠(yuǎn)離漂移區(qū)3的那一端外側(cè)、漂移區(qū)3遠(yuǎn)離柵氧化層4的那一端外側(cè)。對這兩個(gè)窗口采用η型雜質(zhì)的源漏注入工藝分別形成源區(qū)8和漏區(qū)9。此時(shí)，溝道摻雜區(qū)7縮小至僅在柵氧化層4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7步，請參閱圖lg，在整個(gè)硅片淀積一層氧化硅10，采用光刻和刻蝕工藝對該層氧化硅10進(jìn)行刻蝕，使其僅連續(xù)地殘留在多晶硅柵極5的上方、以及漂移區(qū)3的暴露表面的上方。第8步，請參閱圖lh，在整個(gè)硅片淀積一層金屬11，采用光刻和刻蝕工藝對該層金屬11進(jìn)行刻蝕形成柵掩蔽層(G-Shield) 11。柵掩蔽層11為連續(xù)的一塊，覆蓋在部分或全部的氧化硅10之上。柵掩蔽層11至少要相隔氧化硅10而在部分的漂移區(qū)6的上方?；蛘?，柵掩蔽層11也可以是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)。弟9步，請參閱圖li，米用光刻和刻蝕工藝，在源區(qū)8中刻蝕出深孔。所述深孔芽越源區(qū)8、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)12。所述深孔也可改為溝槽結(jié)構(gòu)。本申請所述的射頻LDMOS器件的制造方法二如下所述，以η型射頻LDMOS器件為例第I’步至第2’步，分別與第I步至第2步相同。第3’步，請參閱圖2a，采用光刻和刻蝕工藝，將氧化硅4和多晶硅5分別刻蝕為柵氧化層4和多晶硅柵極5。柵氧化層4的一部分在外延層2的上方，其余部分在漂移區(qū)3的上方。第4’步，請參閱圖2b，采用光刻工藝，以光刻膠6覆蓋住多晶硅柵極5—側(cè)的漂移區(qū)3。以光刻膠6和多晶硅柵極5作為掩蔽層，對多晶硅柵極5另一側(cè)的外延層2采用傾斜角度的離子注入(稱為halo離子注入工藝)注入ρ型雜質(zhì)，優(yōu)選為硼，從而形成與漂移區(qū)3的側(cè)面相接觸的溝道摻雜區(qū)7。該halo離子注入也對漂移區(qū)3靠近溝道摻雜區(qū)7的那一端(如虛線框所示，也就是柵氧化層4下方的那部分漂移區(qū)3)進(jìn)行了補(bǔ)償。然后去除光刻膠6。所述傾斜角度的離子注入應(yīng)在15度以上(與鉛垂線的夾角)，離子注入的能量應(yīng)保證P型雜質(zhì)穿透多晶硅柵極5和柵氧化層4而到達(dá)其下方的η型漂移區(qū)3，從而補(bǔ)償(中和或部分中和掉)這部分與溝道摻雜區(qū)7側(cè)面接觸的漂移區(qū)3的摻雜濃度。第5’步至第8’步，分別與第6步至第9步相同。上述兩種制造方法的后續(xù)工藝包括在整個(gè)硅片淀積一層金屬，然后進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?，從而在金屬與娃金屬的表面、金屬與多晶娃接觸的表面形成金屬娃化物。金屬娃化物分布在源區(qū)8和下沉結(jié)構(gòu)12、多晶硅柵極5、柵掩蔽層11和漏區(qū)9之上?；蛘?，源區(qū)8和下沉結(jié)構(gòu)12也可從娃片背面以金屬娃化物引出。如要制造ρ型射頻LDMOS器件，將上述方法各步驟中的摻雜類型變?yōu)橄喾醇纯伞＠绲贗步中采用重?fù)诫s·η型硅襯底、或者位于重?fù)诫sη型硅襯底之上的輕摻雜η型外延層。第2步離子注入ρ型雜質(zhì)，優(yōu)選為硼。第4步、第4’步傾斜角度的離子注入η型雜質(zhì)，優(yōu)選為磷或砷。本申請給出的兩種制造方法，都是在對射頻LDMOS器件的溝道摻雜區(qū)7進(jìn)行自對準(zhǔn)離子注入時(shí)，采用傾斜角度的離子注入。這種halo離子注入工藝在形成溝道摻雜區(qū)7的同時(shí)，將與溝道摻雜區(qū)7的側(cè)面相接觸的那部分漂移區(qū)3的摻雜濃度進(jìn)行了中和或部分中和，即注入了相反類型的雜質(zhì)。這便使得漂移區(qū)3與溝道摻雜區(qū)7相接觸的那部分的摻雜濃度明顯地低于其余部分的摻雜濃度。另一方面，halo離子注入工藝還還有效地增加了器件的溝道摻雜區(qū)7的深度，降低了溝道電阻，對改善器件的閂鎖效應(yīng)也十分有效。以上僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種射頻LDMOS器件，其溝道摻雜區(qū)與漂移區(qū)的側(cè)面相接觸，在溝道摻雜區(qū)與漂移區(qū)之上依次具有柵氧化層和柵極；其特征是所述漂移區(qū)在柵氧化層之下的那部分的摻雜濃度小于其余部分的摻雜濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻LDMOS器件，其特征是，所述漂移區(qū)與溝道摻雜區(qū)的側(cè)面相接觸的那部分的摻雜濃度小于其余部分的摻雜濃度。
3.一種射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是在柵氧化層的一側(cè)形成溝道摻雜區(qū)時(shí)，采用傾斜角度的離子注入；該傾斜角度的離子注入在形成與漂移區(qū)的側(cè)面相接觸的溝道摻雜區(qū)的同時(shí)，將柵氧化層下方的那部分漂移區(qū)中的摻雜濃度進(jìn)行了補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，包括如下步驟 第I步，以離子注入工藝在第一導(dǎo)電類型的外延層中形成第二導(dǎo)電類型的漂移區(qū)； 第2步，以熱氧化工藝在硅材料表面生長出第一氧化硅，再淀積多晶硅，對多晶硅進(jìn)行第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的離子注入； 第3步，以光刻和刻蝕工藝在第一氧化硅和多晶硅上形成第一窗口，該第一窗口僅暴露出部分的外延層； 第4步，在第一窗口中以傾斜角度對外延層2中注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)，從而形成與漂移區(qū)的側(cè)面相接觸的溝道摻雜區(qū)，同時(shí)對靠近溝道摻雜區(qū)的那部分漂移區(qū)的摻雜濃度進(jìn)行了補(bǔ)償； 第5步，將第一氧化硅和多晶硅分別刻蝕為柵氧化層和多晶硅柵極； 第6步，以源漏注入工藝在柵氧化層遠(yuǎn)離漂移區(qū)的那一端外側(cè)形成第二導(dǎo)電類型的源區(qū)，在漂移區(qū)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7步，整個(gè)硅片淀積第二氧化硅，采用光刻和刻蝕工藝使其僅殘留在多晶硅柵極的上方、以及漂移區(qū)的暴露表面的上方； 第8步，整個(gè)硅片淀積一層金屬或多晶硅，對其刻蝕形成柵掩蔽層；柵掩蔽層覆蓋在部分或全部的第二氧化硅之上； 第9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)。
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，所述方法第4步中，所述傾斜角度的離子注入在30度以上。
6.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，各步驟變?yōu)? 第I’步至第2’步，分別與第I步至第2步相同。
第3’步，將第一氧化硅和多晶硅分別刻蝕為柵氧化層和多晶硅柵極； 第4’步，以光刻膠覆蓋住多晶硅柵極一側(cè)的漂移區(qū)，對多晶硅柵極另一側(cè)的外延層采用傾斜角度的離子注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)，從而形成與漂移區(qū)的側(cè)面相接觸的溝道摻雜區(qū)，同時(shí)對靠近溝道摻雜區(qū)的那部分漂移區(qū)的摻雜濃度進(jìn)行了補(bǔ)償； 第5’步至第8’步，分別與第6步至第9步相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6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，所述傾斜角度的離子注入在15度以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或6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。
9.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，所述方法第2步中，P型雜質(zhì)包括硼，n型雜質(zhì)包括磷或神，離子注入的劑量為I X IO15 I X IO16原子每平方厘米。
10.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，所述方法第8步中，柵掩蔽層至少相隔第二氧化硅而在部分的漂移區(qū)的上方。
全文摘要
本申請公開了一種射頻LDMOS器件，其溝道摻雜區(qū)與漂移區(qū)的側(cè)面相接觸，在溝道摻雜區(qū)與漂移區(qū)之上依次具有柵氧化層和柵極。所述漂移區(qū)在柵氧化層之下的那部分的摻雜濃度小于其余部分的摻雜濃度。本申請還公開了其制造方法。由于使得漂移區(qū)的摻雜濃度呈現(xiàn)不均勻分布，本申請可以在獲取低導(dǎo)通電阻的同時(shí)，降低熱載流子效應(yīng)。
文檔編號H01L21/336GK103050536SQ20121051367
公開日2013年4月17日 申請日期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 申請人:上海華虹Nec電子有限公司