專利名稱：射頻ldmos器件及其制造方法
技術領域：
本申請涉及一種半導體器件，特別是涉及一種應用于射頻領域的LDMOS器件。
背景技術：
射頻LDMOS (橫向擴散MOS晶體管)器件是應用于射頻基站和廣播站的常用器件，其追求的性能指標包括高擊穿電壓、低導通電阻和低寄生電容等。請參閱圖li，這是一種現有的射頻LDMOS器件。以n型射頻LDMOS器件為例，在p型重摻雜襯底I上具有P型輕摻雜外延層2。在外延層2中具有依次側面接觸的n型重摻雜源區8、p型溝道摻雜區7和n型漂移區3。在漂移區3中具有n型重摻雜漏區9。在溝道摻雜區7和漂移區3之上依次具有柵氧化層4和多晶硅柵極5。所述多晶硅柵極5的摻雜濃度均勻。在多晶硅柵極5的正上方、以及部分漂移區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3的上方。下沉結構12從源區8表面向下穿透源區8、外延層2，并抵達到襯底I之中。這種現有的射頻LDMOS器件中，所述柵掩蔽層11是金屬或n型重摻雜多晶硅，其RESURF (Reduced SURfsce Field，減小表面電場)效應能夠有效地增加器件的擊穿電壓，同時有效地降低柵極和漏極之間的寄生電容。這樣便可以適當增加漂移區3的摻雜濃度從而降低器件的導通電阻。但漂移區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問題。主要原因是當漏端9加高壓時，漂移區3的橫向電場較強；多晶硅柵極5下方的漂移區3的摻雜濃度較高，因而橫向電場更強，從而帶來嚴重的熱載流子注入效應。為了改善熱載流子注入效應，一種做法是增加柵氧化層4的厚度，可是這樣會帶來器件導通電阻的增大。另一種做法是降低漂移區3的摻雜濃度，可是這樣也會帶來器件導通電阻的增大。再一種做法是采用階梯形的柵氧化層4，使得柵氧化層4靠近漏端9 一側的厚度>靠近源端8 —側的厚度。這雖然可以基本保持器件的導通電阻不變，但增加了工藝的復雜性。
發明內容
本申請所要解決的技術問題是提供一種射頻LDMOS器件，既能降低熱載流子效應，又不會增大導通電阻，還便于制造。為此，本申請還要提供所述射頻LDMOS器件的制造方法。為解決上述技術問題，本申請射頻LDMOS器件的柵極在源區和漏區之間；所述柵極分為靠近源區的第一部分和靠近漏區的第二部分，第一部分的摻雜濃度比第二部分的摻雜濃度大一個數量級以上。所述射頻LDMOS 器件的制造方法為先對整個柵極進行離子注入，再以光刻工藝用光刻膠覆蓋柵極的第二部分，而僅對柵極的第一部分進行離子注入以使該第一部分的摻雜濃度比第二部分的摻雜濃度大一個數量級以上。本申請射頻LDMOS器件由于將柵極的摻雜濃度分為兩段式，而具有如下優點其一，靠近源端的柵極第一部分為重摻雜，因而可以最大限度地抑制多晶硅的耗盡。其二，靠近漏端的柵極第二部分為中摻雜，可以實現在多晶硅柵極上施加反向偏壓時產生一定量的多晶硅的耗盡，使得漏端的等效柵氧厚度增大，有利于器件在正常偏置下溝道內電場強度減弱，從而緩解熱載流子效應。
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2c是本申請射頻LDMOS器件的制造方法二的部分步驟示意圖；圖3a是本申請的多晶硅柵極在源區到漏區方向上的摻雜濃度分布示意圖；圖3b是本申請的多晶硅柵極的兩部分的耗盡區寬度示意圖。圖中附圖標記說明
I為襯底；2為外延層；3為漂移區；4為柵氧化層；5為多晶娃柵極；51為多晶娃柵極的第一部分；52為多晶硅柵極的第二部分；6為光刻膠；7為溝道摻雜區；8為源區；9為漏區；10為氧化娃；11為柵掩蔽層；12為下沉結構。
具體實施例方式請參閱圖li，這是本申請所述的射頻LDMOS器件。以n型射頻LDMOS器件為例，在P型重摻雜襯底I上具有P型輕摻雜外延層2。在外延層2中具有依次側面接觸的n型重摻雜源區8、p型溝道摻雜區7和n型漂移區3。在漂移區3中具有n型重摻雜漏區9。在溝道摻雜區7和漂移區3之上依次具有柵氧化層4和n型摻雜的多晶硅柵極5。在多晶硅柵極5的正上方、以及部分漂移區3的正上方連續地具有一塊氧化硅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3的上方。下沉結構12從源區8表面向下穿透源區8、外延層2，并抵達到襯底I之中。在源區8和下沉結構12、多晶硅柵極5、柵掩蔽層11和漏區9之上形成有金屬硅化物。或者，源區8和下沉結構12也可從硅片背面以金屬硅化物引出。可選地，也可將外延層2去除掉。如果是p型射頻LDMOS器件，將上述各部分結構的摻雜類型變為相反即可。本申請中，多晶硅柵極5分為兩部分一靠近源區8的第一部分51和靠近漏區9的第二部分52。請參閱圖3a，這是從源端8到漏端9的方向上，本申請的多晶硅柵極5的摻雜濃度示意圖。從圖3a中可以很明顯的看出，多晶硅柵極5的摻雜濃度不均勻，第一部分51為高摻雜濃度，第二部分52為中摻雜濃度，高摻雜濃度比低摻雜濃度大一個數量級以上。所述高摻雜濃度優選為IXlO2tl IXlO21原子每立方厘米。所述中摻雜濃度優選為IX IO18 IX IO19原子每立方厘米。這是本申請與現有的射頻LDMOS器件相比的主要創新。優選地,第一部分51和第二部分52均為多晶娃柵極5的一半寬度。請參閱圖3b，這是本申請的多晶硅柵極5的兩部分的耗盡區寬度示意圖。由于靠近源端8的第一部分51為重摻雜，因而可以最大限度地抑制多晶硅的耗盡。而靠近漏端9的第二部分52為中摻雜,可以實現在多晶娃柵極5上施加反向偏壓時產生一定量的多晶娃的耗盡(第二部分的耗盡區寬度明顯地大于第一部分的耗盡區寬度)，使得漏端9的等效柵氧厚度增大，有利于器件在正常偏置下(漏端9加高壓，多晶硅柵極5上加導通偏置電壓)溝道內電場強度減弱，從而緩解熱載流子效應。本申請所述的射頻LDMOS器件的制造方法一如下所述，以n型射頻LDMOS器件為例第1步，請參閱圖la，在重摻雜p型硅襯底I上具有輕摻雜p型外延層2，采用光刻工藝利用光刻膠作為掩蔽層，并以一次或多次注入n型離子，在外延層2中形成n型漂移區3。或者，也可以將外延層2省略掉，這樣其后的各結構與工藝均直接在襯底I上進行。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3)的表面生長出氧化硅4，再在整個硅片表面淀積多晶硅5。接著對多晶硅5進行中等劑量的n型雜質的離子注入而使其具有中摻雜濃度。n型雜質優選為磷或砷，所述中等劑量優選為I X IO13 I X IO14原子每平方厘米。所述中摻雜濃度優選為I X IO18 I X IO19原子每立方厘米。或者，也可在淀積多晶硅5的過程中原位摻雜n型雜質。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上形成一個窗口 A，該窗口 A僅暴露出部分的外延層2。整個漂移區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。在窗口 A中對外延層2中注入p型雜質，優選為硼，從而形成與漂移區3的側面相接觸的溝道摻雜區7。優選地，離子注入具有一定的傾斜角度，從而使溝道摻雜區7更容易向氧化硅4的下方延伸，并且與漂移區3的側面相接觸。第4步，請參閱圖ld，將靠近窗口 A那一側的光刻膠6部分去除，形成與窗口 A緊鄰的窗口 B。在窗口 A及窗口 B中同時以源漏注入工藝注入n型雜質，優選為砷，從而在窗口 A的下方形成源區8，并使窗口 B的下方那部分多晶硅51被摻雜而具有高摻雜濃度。此時，溝道摻雜區7縮小至僅在柵氧化層4的下方。其余部分的多晶硅5由于被光刻膠6覆蓋，仍然為中摻雜濃度。這一步在形成窗口 B的同時，也會形成窗口 E。窗口 E在多晶硅5遠離溝道摻雜區7的那一端之上。在進行源漏注入時，窗口 E下方的那部分多晶硅5也會被摻雜而具有高摻雜濃度。只不過在第5步刻蝕多晶硅柵極的時候，窗口 E下方的那部分高摻雜多晶硅會被去除掉，因而對器件沒有影響。優選地，離子注入為垂直注入，所述源漏注入的劑量為I X IO15 I X IO16原子每平方厘米。所述高摻雜濃度優選為IXIO20 I X IO21原子每立方厘米。優選地,窗口 B的寬度為多晶娃柵極5的一半寬度。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7的上方，其余部分在漂移區3的上方。多晶硅柵極5靠近源區8的第一部分51具有高摻雜濃度，其余部分52為中摻雜濃度。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 C，窗口 C位于漂移區3遠離柵氧化層4的那一端外側。在窗口 C中以源漏注入工藝對漂移區3注入n型雜質，形成漏區9。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進行刻蝕，使其僅連續地殘留在多晶硅柵極5的上方、以及漂移區3的暴露表面的上方。 第8步，請參閱圖lh，在整個硅片淀積一層金屬11，采用光刻和刻蝕工藝對該層金屬11進行刻蝕形成柵掩蔽層(G-shield) 11。柵掩蔽層11為連續的一塊，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6的上方。或者，柵掩蔽層11也可以是n型重摻雜多晶硅。此時，可先淀積多晶硅再進行n型雜質的離子注入，也可直接淀積n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8中刻蝕出深孔。所述深孔芽越源區8、外延層2，并抵達到襯底I之中，故稱“深”孔。在該深孔中填充金屬，優選為鎢，形成下沉(sinker)結構12。所述深孔也可改為溝槽結構。本申請所述的射頻LDMOS器件的制造方法二如下所述，以n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靠近漂移區3的那部分52、以及覆蓋住多晶硅柵極5 —側的漂移區3。未被光刻膠6所覆蓋的部分作為窗口 D，窗口 D包括多晶硅柵極5另一側的外延層2、以及多晶硅柵極5遠離漂移區3的那部分51。以光刻膠6和多晶娃柵極5作為掩蔽層,在窗口 D中對外延層2注入p型雜質，優選為硼，從而形成與漂移區3的側面相接觸的溝道摻雜區7。這一步中，多晶娃柵極5暴露于窗口 D的那部分51也會被注入p型雜質。不過，該P型雜質是用于形成溝道摻雜區7的，其摻雜濃度遠低于多晶硅柵極5的n型中摻雜，而且這一部分51在第5’步還要進行n型重摻雜，因而對多晶硅柵極5的這一部分51沒有影響。優選地，離子注入具有一定的傾斜角度，從而使溝道摻雜區7更容易向柵氧化層4的下方延伸，并且與漂移區3的側面相接觸。第5’步，請參閱圖2c，以光刻膠6作為掩蔽層，在窗口 D中以源漏注入工藝注入n型雜質，優選為砷，從而在窗口 D下方的硅材料中形成源區8，并使窗口 D下方的那部分多晶硅柵極51被摻雜而具有高摻雜濃度。此時，溝道摻雜區7縮小至僅在柵氧化層4的下方。其余部分的多晶娃柵極5由于被光刻膠6覆蓋,仍然為中摻雜濃度。優選地，離子注入為垂直注入，所述源漏注入的劑量為I X IO15 I X IO16原子每平方厘米。所述高摻雜濃度優選為IXIO20 I X IO21原子每立方厘米。優選地,窗口 D所暴露的多晶娃柵極51的寬度為多晶娃柵極5的一半寬度。
第6’步至第9’步，分別與第6步至第9步相同。上述兩種制造方法的后續工藝包括在整個硅片淀積一層金屬，然后進行高溫熱退火，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8和下沉結構12、多晶硅柵極5、柵掩蔽層11和漏區9之上。或者，源區8和下沉結構12也可從娃片背面以金屬娃化物引出。如要制造p型射頻LDMOS器件，將上述方法各步驟中的摻雜類型變為相反即可。例如第I步中采用重摻雜n型硅襯底、或者位于重摻雜n型硅襯底之上的輕摻雜n型外延層。第2步離子注入p型雜質，優選為硼。第3步、第4’步離子注入n型雜質，優選為磷或砷。第4步、第5’步離子注入p型雜質，優選為硼。 以上僅為本申請的優選實施例，并不用于限定本申請。對于本領域的技術人員來說，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，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。
權利要求
1.一種射頻LDMOS器件，柵極在源區和漏區之間；其特征是，所述柵極分為靠近源區的第一部分和靠近漏區的第二部分，第一部分的摻雜濃度比第二部分的摻雜濃度大一個數量級以上。
2.根據權利要求1所述的射頻LDMOS器件，其特征是，所述柵極的第一部分和第二部分各占柵極總寬度的一半。
3.根據權利要求1所述的射頻LDMOS器件，其特征是，所述柵極第一部分為重摻雜，摻雜濃度為1X102° IXlO21原子每立方厘米；所述柵極第二部分為中摻雜，摻雜濃度為I X IO18 I X IO19原子每立方厘米。
4.一種射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，先對整個柵極進行離子注入，再以光刻工藝用光刻膠覆蓋柵極的第二部分，而僅對柵極的第一部分進行離子注入以使該第一部分的摻雜濃度比第二部分的摻雜濃度大一個數量級以上。
5.根據權利要求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I步，以離子注入工藝在第一導電類型的外延層中形成第二導電類型的漂移區； 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，對多晶硅整體進行第二導電類型雜質的離子注入； 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；在第一窗口中對外延層注入第一導電類型雜質，從而形成與漂移區的側面相接觸的溝道摻雜區； 第4步，將靠近第一窗口的光刻膠部分去除形成第二窗口，以源漏注入工藝在第一窗口中形成第二導電類型的源區，并使第二窗口下方那部分多晶硅比其余部分多晶硅的摻雜濃度大一個數量級以上； 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，以源漏注入工藝在漂移區遠離柵氧化層的那一端外側形成第二導電類型的漏區； 第7步，整個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、以及漂移區的暴露表面的上方； 第8步，整個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，在源區中刻蝕出穿越源區、外延層并抵達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構。
6.根據權利要求5所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，各步驟變為 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靠近漂移區的那部分、以及覆蓋住多晶硅柵極一側的漂移區，對多晶硅柵極另一側的外延層注入第一導電類型雜質，從而形成與漂移區的側面相接觸的溝道摻雜區； 第5’步，以源漏注入工藝在多晶硅柵極外側的溝道摻雜區中形成第二導電類型的源區，并使未被光刻膠覆蓋的那部分多晶硅柵極被摻雜第二導電類型的雜質而比其余部分多晶硅的摻雜濃度大一個數量級以上；第6’步至第9’步，分別與第6步至第9步相同。
7.根據權利要求5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，將外延層中的結構均改為襯底中。
8.根據權利要求5或6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的上方。
9.根據權利要求5或6所述的射頻LDMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第3步、第4’步中，離子注入為傾斜角度；所述方法第4步、第5’步中，離子注入為垂直角度。
10.根據權利要求5或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、第5’步中，未被光刻膠覆蓋的多晶硅柵極占多晶硅柵極的一半寬度。
全文摘要
本申請公開了一種射頻LDMOS器件，柵極在源區和漏區之間。所述柵極分為靠近源區的第一部分和靠近漏區的第二部分，第一部分的摻雜濃度比第二部分的摻雜濃度大一個數量級以上。本申請還公開了其制造方法。由于使得多晶硅柵極的摻雜濃度呈現兩段式，本申請可以在獲取低導通電阻的同時，降低熱載流子效應。
文檔編號H01L29/423GK103035730SQ201210521428
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者錢文生 申請人:上海華虹Nec電子有限公司