專利名稱：Rfldmos器件及制造方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路領域，特別涉及一種應用于大功率射頻信號放大的RFLDMOso本發明還涉及所述RFLDMOS器件的制造方法。
背景技術：
RFLDMOS (Radio Frequency Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,射頻橫向雙擴散金屬氧化物半導體)是被廣泛應用在廣電發射基站、移動發射基站、雷達等的具有高增益、高線性、高耐壓、高輸出功率的射頻功率器件，其工作電壓有28V和50V兩種，對應的擊穿電壓的要求分別為70V和120V。器件的基本結構如圖1所示，它是一個N型器件，較高的耐壓由N型低摻雜漂移區6的長度(重摻雜N型漏端7到多晶硅柵極4邊沿的距離)，以及用作場板的調節電場分布的金屬法拉第杯11決定；但同時，由漏極7以及漂移區6為集電極，P型溝道5及P型電下沉連接10為基極，源極8為發射極，形成了一個寄生的NPN管，它的發射極和基極是短接在一起并連到地電壓，由于P型溝道5是通過P型下沉10連接到地的，這樣就會有一個等效的基極電阻Rb，同時N型輕摻雜漂移區6和P型溝道5之間會形成一個反向的二極管，形成如圖2所示的RFLDMOS的等效電路圖。在RFLDMOS管正常工作時，漏極7會加上工作電壓并會再加射頻信號使其接近擊穿電壓，同時也會有大于擊穿的脈沖尖峰電壓，這樣就需要寄生二極管的反向擊穿電壓和寄生三極管的驟回電壓要比擊穿電壓大20V左右；為達到這一目標，需要二極管的反向擊穿電壓比RFLDMOS的擊穿電壓大20V以上和較小漏電，并有較低的基極電阻Rb。常見的RFLDMOS器件的驟回電壓曲線如圖3所示，為28V和50V LDMOS的驟回曲線，28V LDMOS的驟回點在90伏附近，50VLDMOS的驟回點在140V 150V，對于LDMOS來說，驟回點電壓越大越好。常規的RFLDMOS使用長時間擴散的P型重摻雜10作為電下沉，它和P型溝道5能形成較低的Rb ;而另外一種RFLDMOS器件使用金屬鎢塞作電和熱下沉，如圖4所示，與圖1相比較，不同之處在于，是將圖1中的P型重摻雜10替換為金屬鎢塞結構13，同時增加了一個重摻雜的P型溝道5。金屬可降低和襯底的電阻并提升熱擴散能力，但此結構的器件仍存在基極電阻Rb較大，有可能發生驟回效應，引起管子燒毀等器件耐壓性失效發生。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種RFLDMOS器件，降低寄生NPN管的基極電阻，使器件具有較高的驟回電壓。 本發明所要解決的另一技術問題在于提供所述RFLDMOS器件的制造方法。為解決上述問題，本發明所述的RFLDMOS器件，位于P型硅襯底上的輕摻雜P型外延中；在輕摻雜P型外延中，具有N型輕摻雜漏極漂移區及與之抵靠接觸的P型溝道區；所述N型輕摻雜漏極漂移區中，包含所述RFLDMOS器件的漏區，漏區表面具有金屬硅化物引出所述RFLDMOS器件的漏極；所述P型溝道區中，包含有重摻雜P型溝道連接區及與之抵靠接觸的重摻雜N型區，重摻雜N型區即所述RFLDMOS器件的源區；所述重摻雜P型溝道連接區和RFLDMOS的源區表面覆蓋一層金屬硅化物引出所述RFLDMOS的源極；在P型溝道區與N型輕摻雜漏極漂移區交界上方的硅表面上方具有柵氧化層，柵氧化層上覆蓋多晶硅柵極及金屬硅化物，多晶硅柵極及柵氧化層兩端具有柵極側墻，金屬硅化物、靠漏側的側墻、以及漏側側墻與漏區金屬硅化物之間的N型輕摻雜漏極漂移區上均包裹介質層，多晶硅柵極上的金屬硅化物靠漏區的部分上及N型輕摻雜漏極漂移區上的介質層上均覆蓋一層金屬層形成金屬法拉第杯層；在整個器件表面具有層間介質，在重摻雜P型溝道連接區遠離漏區的一側的輕摻雜P型外延中還具有鎢塞，鎢塞底部連接到P型襯底中，鎢塞上部也穿通層間介質。所述柵氧化層在多晶硅柵極下具有坡度，且靠漏區一側的柵氧化層的厚度大于靠源區一側的柵氧化層。所述第一 P型埋層位于P型溝道區中，且第一 P型埋層中還具有一第二 P型埋層；所述的第一 P型埋層及第二 P型埋層連接鎢塞及重摻雜P型溝道連接區。進一步地，所述的第一 P型埋層為輕摻雜，所述第二 P型埋層為中等摻雜。另外，本發明提供所述RFLDMOS器件的制造方法，包含如下幾個步驟第I步，在P型襯底上生長P型外延層；在其上方生長第一次柵氧，光刻打開源端及靠源的部分柵極，進行P型離子注入形成第一埋層；第2步，濕法去除光刻打開區的第一次柵氧；濕法刻蝕在光刻膠與柵氧之間形成底切； 第3步，去除光刻膠；生長第二次柵氧，再淀積N型重摻雜的多晶硅，或者淀積非摻雜的多晶娃;第4步，制作柵極，柵極形成在斜坡處的柵氧上方；保留柵極多晶硅上的光刻膠，進行一次N型離子注入后去除柵極多晶硅上的光刻膠，形成N型輕摻雜漏極漂移區；再利用光刻膠蓋住漏區及部分多晶硅柵極，源區和其余部分多晶硅柵極暴露，進行P型溝道離子注入；去除光刻膠，進行長時間高溫推進形成P型溝道和輕摻雜漏極漂移區；由于P型離子劑量比N型漂移區注入的要大，在源端的N型區被反型為P型；第5步，光刻打開局域P型埋層窗口，進行P型離子注入，注入區域在柵極的外側并和后續的重摻雜P型區離子注入區有部分重疊；第6步，去除光刻膠，制作柵極側墻，并進行漏區和源區的離子注入；以及連接P型溝道的P型重摻雜離子注入；并進行快速熱退火激活埋層、源漏區和重摻雜P型區；第7步，打開源漏區需要金屬硅化的區域，進行金屬硅化工藝，在源漏和多晶硅柵極上形成金屬硅化物；第8步，淀積一介質層和金屬法拉第杯層；光刻和干刻形成法拉第杯，干刻停在介質層上；第9步,淀積接觸孔前介質,通過光刻和干刻打開介質層，并進一步刻蝕P型外延層形成深溝槽，所述深溝槽的底部位于P型襯底中；第10步，刻蝕接觸孔，淀積鈦、氮化鈦過渡金屬以及金屬鎢從而形成鎢下沉連接通道和接觸孔，形成器件。進一步地，所述第I步中，P型襯底為重摻雜，摻雜濃度為102°cm_3以上，P型外延層為輕摻雜，摻雜濃度為IO14 IO16CnT3 ;其中P型外延層厚度每增加I μ m，器件的擊穿電壓提高14 18V ;所述柵氧厚度為250 400A; P型埋層注入離子為硼，注入能量為120 300KeV，劑量為 IO12 1013cnT2。進一步地，所述第3步中，第二次生長的柵氧化層的厚度在120 200A, N型摻雜多晶硅厚度為1500 4000A，摻雜離子為磷或砷，濃度大于102°cm_3。進一步地，所述第4步中，光刻膠去除前進行的N型離子注入雜質為磷，注入能量為100 200KeV，劑量為IO11 IO13CnT2 ；P型溝道離子注入的雜質為硼，注入能量為30KeV以下，劑量為IO12 IO14CnT2 ;所述高溫推進的溫度為900 1050°C，時間為30 180分鐘。進一步地，所述第5步中，P型離子注入雜質為硼，注入能量為180 280KeV，劑量為IO14CnT2以上。進一步地，所述第6步中，源區和漏區注入離子為磷或砷，注入能量為30 120KeV,劑量為IO15CnT2以上；P型溝道注入離子為為硼，注入能量為80 150KeV，劑量為IO15CnT2以上，或者用兩次注入，第一次能量在30 80KeV，第二次在100 150KeV，劑量都在IO15CnT2以上；熱退火激活溫度為1000 1100°C，時間為5 30秒。進一步地，所述第8步中，介質層是氧化硅層，金屬層是鎢硅或者氮化鈦；對擊穿電壓為120V的器件，優選采用兩次同樣的方法形成雙層法拉第杯。本發明所述的RFLDMOS器件及制造方法，在P型溝道區下方增加了輕摻雜的P型埋層，以及位于輕摻雜P型埋層中的中等摻雜埋層，降低了寄生NPN管的基極電阻，使驟回效應不易發生，溝道及 埋層形成的反向二極管可以箝制LDMOS的漏源電壓，并將多余的電流下沉到基板上；漏極端較厚的柵氧可降低熱載流子效應，源極端較薄的柵氧可提高器件的跨導。
圖1是傳統RFLDMOS器件的結構示意圖；圖2是傳統RFLDMOS器件的等效電路圖；圖3是RFLDMOS器件驟回點電壓曲線圖；圖4是傳統帶鎢塞結構的RFLDMOS器件結構示意圖；圖5 圖14是本發明制造工藝步驟示意圖；圖15是本發明制造工藝流程示意圖。附圖標記說明I是娃襯底，2是P型外延,3是多晶娃柵極，4是金屬娃化物，5是P型溝道,6是漏極漂移區，7是漏區，8是源區，9是重摻雜P型區，10是金屬硅化物，11是法拉第杯，13是鎢塞;311是襯底，312是P型外延,313是柵氧化層，314是多晶娃柵極，315是光刻月父，316是P溝道，317是漏極漂移區，318是第一 P型埋層，319是金屬硅化物，320是源區，321是漏區，322是重摻雜P型區，323是法拉第杯，324是介質，325是側墻，326是溝槽，327是鎢塞，328是層間介質，329是第二 P型埋層，330是接觸孔。
具體實施例方式本發明所述的RFLDMOS器件的結構如圖14所示
在P型硅襯底311上，具有輕摻雜P型外延312。在輕摻雜P型外延312中，具有N型輕摻雜漏極漂移區317及與之抵靠接觸的P型溝道區316。所述N型輕摻雜漏極漂移區317中，包含所述RFLDMOS器件的漏區321，漏區321表面具有金屬硅化物319引出所述RFLDMOS器件的漏極。所述P型溝道區316中，包含有重摻雜P型溝道連接區322及與之抵靠接觸的重摻雜N型區320，重摻雜N型區320即所述RFLDMOS器件的源區。所述重摻雜P型溝道連接區322和RFLDMOS的源區320表面覆蓋一層金屬硅化物319引出所述RFLDMOS的源極。第一 P型埋層318位于P型溝道區316中，且第一 P型埋層中注入有第二 P型埋層329，埋層318及329連接輕摻雜P型外延312及重摻雜P型溝道連接區322，以及鎢塞327 ;第一 P型埋層318為輕摻雜，第二 P型埋層329為中等摻雜。埋層的橫向連接結構可降低寄生NPN管的基極電阻，提高RFLDMOS的驟回點電壓。在P型溝道區316與N型輕摻雜漏極漂移區317交界上方的硅表面上方具有柵氧化層313，柵氧化層313上覆蓋多晶硅柵極314及金屬硅化物319，多晶硅柵極314及柵氧化層313兩端具有柵極側墻325，金屬硅化物319、靠漏側的側墻325、以及漏區金屬硅化物319與漏側側墻325之間的N型輕摻雜漏極漂移區317上均包裹介質層324，多晶硅柵極314上的金屬硅化物319靠漏區的部分上及N型輕摻雜漏極漂移區317上的介質層上均覆蓋一層金屬層形成金屬法拉第杯層323。在整個器件表面具有層`間介質328，在重摻雜P型溝道連接區322遠離漏區320的一側的輕摻雜P型外延312中還具有鎢塞327，鎢塞327底部連接到P型襯底311中，鎢塞327上部也穿通層間介質328。接觸孔330將源漏區引出。所述的柵氧化層313在多晶硅柵極314下呈現坡度，即靠漏區的柵氧化層厚度高于靠源區一側的柵氧化層厚度，漏側較厚的柵氧可降低熱載流子效應，源側較薄的柵氧可提聞器件的跨導。本發明所述的RFLDMOS器件的制造工藝實現包括以下步驟第I步，如圖5所示，在P型襯底311上生長P型外延層312 ;所述P型襯底311為重摻雜，摻雜濃度為102°cm_3以上，P型外延層312為輕摻雜，摻雜濃度為IO14 1016cm_3，其中P型外延層312厚度每增加I μ m，器件的擊穿電壓提高14 18伏；在其上方用爐管生長第一次柵氧313，所述柵氧313厚度為250 400A，光刻膠315打開源端及靠源端的部分用于制作多晶硅柵極的區域，進行大能量小劑量的P型離子注入形成第一 P型埋層318，注入離子為硼，注入能量為120 300KeV，劑量為IO12 IO13CnT2。第2步，如圖6所示，用濕法去除光刻打開區的第一次柵氧313 ;濕法刻蝕在光刻膠315與柵氧313之間形成底切(底切如圖中虛線圓圈內所示)。第3步，如圖7所示，去除光刻膠315 ;生長第二次柵氧313，厚度在120 200A,再淀積N型重摻雜的多晶硅，或者淀積非摻雜的多晶硅，厚度為1500 4000A，摻雜離子為磷或砷，濃度大于1020cnT3。第4步，如圖8所示，光刻和干刻形成多晶硅柵極314，在光刻膠去除前進行制作多晶硅柵極314，柵極314形成在斜坡處的柵氧313上方；保留柵極多晶硅上的光刻膠315，進行一次N型離子注入后去除柵極多晶硅上的光刻膠，形成N型輕摻雜漏極漂移區317，N型離子注入雜質為磷，注入能量為100 200KeV，劑量為IO11 IO13CnT2 ;再利用光刻膠蓋住漏區及部分多晶硅柵極314，源區一側和其余部分多晶硅柵極314暴露，進行P型溝道離子注入，注入離子為硼，注入能量為30KeV以下，劑量為IO12 IO14CnT2;去除光刻膠，進行長時間高溫推進形成P型溝道316和輕摻雜漏極漂移區317，溫度為900 1050°C，時間為30 180分鐘；由于P型離子劑量比N型漂移區317的要大，在源端的N型被反型為P型。第5步，如圖9所示，光刻打開局域第二 P型埋層窗口，進行中等能量和中等劑量的P型離子注入，注入離子為硼，注入能量為180 280KeV，劑量為IO14CnT2以上，注入區域在柵極的外側并和后續的重摻雜P型區離子注入區322 (可參考圖14)有部分重疊；制作形成第二 P型埋層329，為中等摻雜的埋層。第6步，如圖10所示，去除光刻膠，制作柵極側墻325，并進行漏區321以及源區320的離子注入，注入離子為磷或砷，注入能量為30 120KeV，劑量為IO15CnT2以上；以及連接P型溝道316的P型重摻雜離子注入，注入離子為為硼，注入能量為80 150KeV，劑量為IO15CnT2以上，或用兩次注入，第一次能量在30 80KeV，第二次在100 150KeV，劑量都在IO15CnT2以上；并進行快速熱退火激活第二 P型埋層329、源區320、漏區321和重摻雜P型區322，溫度為1000 1100°C，時間為5 30秒。第7步，如圖11所示，打開源漏區需要金屬硅化的區域，進行金屬硅化工藝，在源漏區和柵極上形成金屬硅化物319。第8步,如圖12所示,淀積一介質層324和金屬法拉第杯層,介質層324優選地是氧化硅層，金屬層優選地可以是鎢硅或氮 化鈦；光刻和干刻形成法拉第杯323，干刻停在介質層324上；對擊穿電壓為120V的器件，可以采用兩次同樣的方法形成雙層法拉第杯。第9步，如圖13所示，淀積接觸孔前介質(層間介質)328，通過光刻和干刻打開介質層328，并進一步刻蝕P型外延層312形成深溝槽326。所述深溝槽326的底部位于P型襯底311中。第10步，如圖14所示，刻蝕接觸孔，淀積鈦、氮化鈦過渡金屬以及金屬鎢從而形成鎢下沉連接通道(鎢塞)327和接觸孔330，這樣形成的器件的最終結構如圖14所示。以上僅為本發明的優選實施例，并不用于限定本發明。對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種RFLDM0S器件，位于P型硅襯底上的輕摻雜P型外延中，外延中具有N型輕摻雜漏極漂移區及與之抵靠接觸的P型溝道區；所述N型輕摻雜漏極漂移區中，包含所述 RFLDM0S器件的漏區，漏區表面具有金屬硅化物引出所述RFLDM0S器件的漏極；所述P型溝道區中，包含有重摻雜P型溝道連接區及與之抵靠接觸的重摻雜N型區，重摻雜N型區即所述RFLDM0S器件的源區；所述重摻雜P型溝道連接區和RFLDM0S的源區表面覆蓋一層金屬硅化物引出所述RFLDM0S的源極；在P型溝道區與N型輕摻雜漏極漂移區交界上方的硅表面上方具有柵氧化層，柵氧化層上覆蓋多晶硅柵極及金屬硅化物，多晶硅柵極及柵氧化層兩端具有柵極側墻，金屬硅化物、靠漏側的側墻、以及漏側側墻與漏區金屬硅化物之間的N 型輕摻雜漏極漂移區上均包裹介質層，多晶硅柵極上的金屬硅化物靠漏區的部分上及N型輕摻雜漏極漂移區上的介質層上均覆蓋一層金屬層形成金屬法拉第杯層；在整個器件表面具有層間介質，在重摻雜P型溝道連接區遠離漏區的一側的輕摻雜P型外延中還具有鎢塞， 鎢塞底部連接到P型襯底中，鎢塞上部也穿通層間介質；其特征在于所述柵氧化層在多晶硅柵極下具有坡度，且靠漏區一側的柵氧化層的厚度大于靠源區一側的柵氧化層；第一 P型埋層位于P型溝道區中，且第一 P型埋層中還具有第二 P型埋層；所述的第一 P型埋層及第二 P型埋層連接鎢塞及重摻雜P型溝道連接區。
2.根據權利要求1所述的RFLDM0S器件，其特征在于所述的第一P型埋層為輕摻雜， 所述第二 P型埋層為中等摻雜。
3.根據權利要求1所述的RFLDM0S器件的制造方法，其特征在于包含如下工藝步驟第I步，在P型襯底上生長P型外延層；在其上方生長第一次柵氧，光刻打開源端及靠源的部分柵極，進行P型離子注入形成第一埋層；第2步，濕法去除光刻打開區的第一次柵氧；濕法刻蝕在光刻膠與柵氧之間形成底切；第3步，去除光刻膠；生長第二次柵氧，再淀積N型重摻雜的多晶硅，或者淀積非摻雜的多晶娃；第4步，制作柵極，柵極形成在斜坡處的柵氧上方；保留柵極多晶硅上的光刻膠，再進行高劑量的N型離子注入形成N型輕摻雜漏極漂移區；再利用光刻膠蓋住漏區及部分多晶硅柵極，源區和其余部分多晶硅柵極暴露，進行P型溝道離子注入；去除光刻膠，進行長時間高溫推進形成P型溝道和輕摻雜漏極漂移區；由于P型離子劑量比N型漂移區注入的要大，在源端的N型區被反型為P型；第5步，光刻打開局域P型埋層窗口，進行P型離子注入，注入區域在柵極的外側并和后續的重摻雜P型區離子注入區有部分重疊；第6步，去除光刻膠，制作柵極側墻，并進行漏區和源區的離子注入；以及連接P型溝道的P型重摻雜離子注入；并進行快速熱退火激活埋層、源漏區和重摻雜P型區；第7步，打開源漏區需要金屬硅化的區域，進行金屬硅化工藝，在源漏和多晶硅柵極上形成金屬硅化物；第8步，淀積一介質層和金屬法拉第杯層；光刻和干刻形成法拉第杯，干刻停在介質層上；第9步，淀積接觸孔前介質，通過光刻和干刻打開介質層，并進一步刻蝕P型外延層形成深溝槽，所述深溝槽的底部位于P型襯底中；第10步，刻蝕接觸孔，淀積鈦、氮化鈦過渡金屬以及金屬鎢從而形成鎢下沉連接通道和接觸孔，形成器件。
4.根據權利要求3所述的RFLDM0S器件的制造方法，其特征在于所述第I步中，P型襯底為重摻雜，摻雜濃度為102°cm_3以上，P型外延層為輕摻雜，摻雜濃度為IO14 IO16CnT3 ;其中P型外延層厚度每增加I μ m,器件的擊穿電壓提高14 18V ;所述柵氧厚度為250 400A; P型埋層注入離子為硼，注入能量為120 300KeV，劑量為IO12 1013cnT2。
5.根據權利要求3所述的RFLDM0S器件的制造方法，其特征在于所述第3步中，第二次生長的柵氧化層的厚度在120 200A, N型摻雜多晶硅厚度為1500 4000A,摻雜離子為磷或砷，濃度大于102°cm_3。
6.根據權利要求3所述的RFLDM0S器件的制造方法，其特征在于所述第4步中，光刻膠去除前進行的N型離子注入雜質為磷，注入能量為100 200KeV，劑量為IO11 IO13CnT2 ； P型溝道離子注入的雜質為硼，注入能量為30KeV以下，劑量為IO12 IO14CnT2 ;所述高溫推進的溫度為900 1050°C，時間為30 180分鐘。
7.根據權利要求3所述的RFLDM0S器件的制造方法，其特征在于所述第5步中，P型離子注入雜質為硼，注入能量為180 280KeV，劑量為IO14CnT2以上。
8.根據權利要求3所述的RFLDM0S器件的制造方法，其特征在于所述第6步中，源區和漏區注入離子為磷或砷，注入能量為30 120KeV，劑量為IO15CnT2以上；P型溝道注入離子為為硼，注入能量為80 150KeV，劑量為IO15CnT2以上，或者用兩次注入，第一次能量在 30 80KeV,第二次在100 150KeV,劑量都在IO15CnT2以上；熱退火激活溫度為1000 1100°C，時間為5 30秒。
9.根據權利要求3所述的RFLDM0S器件的制造方法，其特征在于所述第8步中，介質層是氧化硅層，金屬層是鎢硅或者氮化鈦；對擊穿電壓為120V的器件，能采用兩次同樣的方法形成雙層法拉第杯。
全文摘要
本發明公開了一種RFLDMOS器件，在P型溝道區下方增加了輕摻雜的P型埋層，以及位于輕摻雜P型埋層中的中等摻雜埋層，降低了寄生NPN管的基極電阻，使驟回效應不易發生，溝道及埋層形成的反向二極管可以箝制LDMOS的漏源電壓，并將多余的電流下沉到基板上；漏極端較厚的柵氧可降低熱載流子效應，源極端較薄的柵氧可提高器件的跨導。本發明還公開了所述RFLDMOS器件的制造方法，在工藝實現上，本發明只是在現有工藝中增加了兩步光刻，簡單易于實施。
文檔編號H01L29/08GK103035727SQ20121044597
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者周正良, 遇寒, 蔡瑩, 陳曦 申請人:上海華虹Nec電子有限公司