一種帶場板的射頻功率ldmos器件及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種帶場板的射頻功率LDMOS器件及其制備方法，包括源極、柵極、漏極，以及硅型襯底，P-epi區域，P+sinker區域，P+base區域，柵氧化層，場板，LDD區域，所述LDD區域為漂移區。優選地，本發明結合SFP技術。在相同注入計量條件下，本發明的LDMOS器件減小了柵漏電容，從而可以在減小器件導通電阻的同時，優化了器件的高頻特性，具有廣闊的市場前景。
【專利說明】一種帶場板的射頻功率LDMOS器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及射頻功率器件和制備方法，更具體地說是一種帶場板的射頻功率LDMOS器件及其制備方法。
【背景技術】
[0002]射頻功率器件主要應用于無線通訊中移動通信系統基站的射頻功率放大器。但是由于CMOS射頻功率性能的不足，在射頻功率半導體市場上，直到上世紀90年代中期，射頻功率器件還都是使用雙極型晶體管或GaAs MOSFET0直到90年代后期，硅基橫向擴散晶體管LDMOS的出現改變了這一狀況。與雙極型晶體管或GaAs MOSFET相比較，LDMOS器件具有耐壓較高、高頻下線性放大動態范圍大、失真小、增益高、輸出功率的，成本低的優點，使其已超過GaAs功率器件逐漸成為射頻功率MOSFET的主流技術，。
[0003]LDMOS器件在保持MOS器件基本結構的基礎上，通過橫向雙擴散工藝形成溝道區。即在同一個光刻窗口進行兩次擴散，一次中等濃度高能量硼(B)擴散，一次高濃度低能量的砷(As )擴散，由于硼擴散比砷快，所以在柵極邊界下會沿著橫向擴散更遠，形成一個有濃度梯度的溝道。LDMOS器件的溝道長度不受光刻精度的影響，通過對工藝的控制，可以將溝道長度做的很小，從而提高器件的跨導和工作頻率。
[0004]在漏極和溝道之間引入的低摻雜漂移區，提高了 LDMOS器件的擊穿電壓，減小了源漏極之間的寄生電容，提高了器件的頻率特性。通過對LDD區域的長度和摻雜濃度，可以調整器件的導通電阻和擊穿電壓。
[0005]LDMOS的P-sinker區域實現了源極和襯底的連接，以降低射頻應用時的源極的接線電感，增大共源放大器的RF增益，提高器件的性能。因為源極的電阻和電感都會產生負反饋，減小器件的功率增益。同時將源極與接地的P+襯底相連可以在版圖上省去源極的布線，這樣不僅可以減小由于布線帶來的寄生參數，還可以減小整個版圖的面積，使得在流片后器件的工作性能得到進一步改善。
[0006]LDMOS晶體管還具有很好的溫度特性，它的溫度系數是負數，負反饋使過大的局部電流不會形成像雙極型器件那樣的二次擊穿，安全工作區寬，熱穩定性好，可靠性高。
[0007]LDMOS半導體工藝技術除了主要面向移動電話基站的射頻功率放大器外，還廣泛應用于HF、VHF與UHF廣播用發射器，數字電視發射機以及微波與航空系統用晶體管。此外，隨著LDMOS應用頻率上限的不斷拓展，更使其大舉進軍其它領域，包括新興的WiMax市場，以及ISM市場。隨著新一代無線通訊技術的快速發展和越來越廣泛的應用，射頻功率LDMOS有著非常樂觀的市場前景。
[0008]為適應基站放大器的發展要求，需要進一步提高射頻功率LDMOS的性能，具體地講，需要更高的擊穿電壓，更高的輸出功率，更優良的高頻特性，特別是導通電阻同擊穿電壓、跨導同擊穿及截止頻率之間相互制約的關系需要得到改善。
【發明內容】
[0009]本發明的目的包括提供一種帶場板的射頻功率LDMOS器件，進一步的，本發明的目的包括還提供該帶場板的射頻功率LDMOS器件的制備方法。本發明提供的帶場板的射頻功率LDMOS器件在滿足擊穿電壓大于80V條件的基礎上，顯著減小了漂移區導通電阻和源漏寄生電容，明顯優化了器件的直流和射頻特性。
[0010]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種帶場板的射頻功率LDMOS器件，所述帶場板的射頻功率LDMOS器件包括源極、柵極、漏極，還包括:硅型襯底，P-epi區域,P+sinker區域,P+base區域，柵氧化層，場板(Field Plate), LDD區域，所述LDD區域為
漂移區。
[0011]所述場板為場板同源極相連的源場板(Source Field Plate)結構,所述源場板結構通過源極金屬延伸到漂移區上方覆蓋所述漂移區所形成。
[0012]在一個實施方案中，所述硅型襯底為摻雜濃度為4el7的P+的硅型襯底；其上為所述P-epi區域,所述P-epi區域摻雜濃度為1.2el5、厚度為6 μ m ;所述P+sinker區域米用
高能注入B雜質，高溫推阱后形成；所述柵氧化層厚度為400A;所述柵極由多晶硅淀積摻
雜和刻蝕形成，刻蝕長度優選為I μ m。
[0013]在另一個實施方案中，場板下具有氧化層，其厚度為0.5-1 μ m,場板長度為0_2 u m,優選為 1.4_2 u m。
[0014]在一個優選的實施方案中，所述漂移區為具有彼此相鄰的LDDl區和LDD2區的漂移區，所述LDD2區位于LDDl區上方，所述LDDl區為深結區域，LDD2區為淺結區域；所述具有彼此相鄰的LDDl區和LDD2區的漂移區通過兩次注入形成，其中LDDl區的結深約Iym;并且，通過使用相同的掩膜板進行所述兩次注入；所述柵氧化層邊緣具有鳥嘴結構。
[0015]在一個尤為優選的實施方案中，所述鳥嘴結構的厚度約為1000 A;所述漂移區長度為3-5 μ m ;所述LDDl區的注入濃度為lel2至3el2cnT2，所述LDD2區的注入濃度為2ell至2el2cm_2 ;優選地，所述漂移區長度為4 μ m，所述LDDl區的注入濃度為2el2cm_2，所述LDD2區的注入濃度為1.2el2cnT2。
[0016]本發明的技術方案還包括一種帶場板的射頻功率LDMOS器件的制備方法，其包括以下步驟:
[0017](I)在P+的硅型襯底上外延P-印i區域；
[0018](2)高能注入B雜質,高溫推講后形成P+sinker區域；
[0019](3)形成柵氧化層；
[0020](4)進行多晶硅的淀積摻雜和刻蝕，形成柵電極(柵極)；
[0021](5)進行所述P+base區域的注入和/或擴散，以及，所述漂移區的注入和/或擴散；
[0022](6)源極金屬覆蓋漂移區形成源場板(Source Field Plate, SFP)結構的場板。
[0023]進一步地，所述帶場板的射頻功率LDMOS器件的制備方法用于制備上述的任意一種帶場板的射頻功率LDMOS器件。
[0024]進一步地,上述步驟(5)進一步包括以下步驟:
[0025](5.1)進行P+base的注入和所述漂移區的所述LDDl區的注入；
[0026](5.2)同時進行P+base區域的擴散和LDDl區域的擴散；[0027](5.3)擴散過程后進行所述漂移區的所述LDD2區的注入。
[0028]進一步地，在柵極生成后還包括熱氧化柵隔板步驟，以在柵極邊緣形成鳥嘴結構；以及，在P+base注入之后增加側墻工藝，以減少源極和漂移區在溝道下的擴散。
[0029]進一步地，LDD2區同LDDl區使用相同的掩膜板。
[0030]在本文中，術語“LDMOS，，表不 Lateral Diffused Metal Oxide SemiconductorFieldEffect Transistor,即橫向擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管。
[0031 ] 在本文中，術語“源極”和“源電極”可互換，簡稱“源”或“ Source ” ；術語“柵極”和“柵電極”可互換，簡稱“柵”或“Gate” ；術語“漏極”簡稱“Drain”。
[0032]在本文中，術語“約”或“左右”表示在本領域制造工藝中容許的偏差范圍內，或者在相關參數(長度、厚度、溫度等)計量或檢測裝置的誤差范圍內，應了解，實際上無法實現完全精確的數值控制和/或測量。“約”或“左右”可表示特定數值(上下)正負0.0001%，正負0.001%,正負0.01%,正負0.1%，正負0.2%，正負0.5%，正負1%，正負2%，正負5%，正負8%，正負10%,,正負15%,正負20%,正負30%,正負50%,具體的正負范圍的選擇,根據本領域已知的工藝來確定。在特定情況下，更寬的范圍也是可能的。
[0033]本發明的有益效果是:很好的改善了導通電阻同擊穿電壓、跨導同擊穿及截止頻率之間相互制約的關系， 使器件具有很好的直流和射頻特性。更具體地說，具有以下獨特優
占-
^ \\\.[0034]I)采用SFP (Source Field Plate)場板，進一步優化了器件漂移區摻雜，改善直流特性和減小寄生柵漏電容，改善射頻特性。
[0035]本發明還具有以下進一步的優點:
[0036]2)在柵極邊緣形成鳥嘴結構，并且在P-base注入之后增加側墻工藝，減少源極和漂移區在溝道下的擴散；
[0037]3)使用同一張掩膜板進行漂移區的兩次注入，形成一個深結LDDl區和淺結LDD2區，在滿足擊穿條件下優化輸出電阻；
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為兩次注入SFP-LDM0S剖面圖
[0039]圖2為沒有優化工藝過程形成的溝道區
[0040]圖3為側墻工藝步驟
[0041]圖4為增加側墻工藝后形成的溝道區域
[0042]圖5為寄生柵漏電容Cgd隨柵氧厚度Tox的變化
[0043]圖6為場板下氧化層厚度對擊穿電壓的影響
[0044]圖7為SFP長度對漂移區電場分布的影響
[0045]圖8為不同漂移區注入條件和SFP場板對擊穿電壓的影響
[0046]圖9為不同漂移區注入條件和SFP場板對源漏電容的影響
【具體實施方式】
[0047]下面結合實施例對本發明進行進一步的詳細說明，應理解下述實施例為示例性而非限制性的，旨在說明以及解釋本發明的構思和精神。[0048]本發明旨在設計工作電壓為28V，擊穿電壓高于80V的LDMOS器件，在滿足擊穿的條件下，減小輸出電阻和寄生電容，以提高器件的輸出功率和高頻特性。因此，本發明重點進行了溝道區、階梯型漂移區和SFP場板的參數優化。
[0049]本發明中的LDMOS器件基于傳統的RF LDMOS結構，并在此基礎上做出了一些的改進措施，以優化器件的擊穿電壓和導通電阻，達到設計要求。主要的改進措施包括:1)對漂移區進行兩次注入，一次形成結深約1.0 μ m的LDDl區域，另外一次形成的是淺結LDD2區域，并且兩次注入使用相同的掩膜版；2)采用源場板(SFP)結構，將源極電極延伸到漂移區上方。
[0050]本發明的LDMOS器件具體結構如圖1所示:LDM0S制作在P+的硅型襯底上，在上面外延p-epi區域，然后高能注入B雜質，高溫推講后形成P+sinker區域。柵氧化層設計為400A，使器件可以承受的最大柵壓可以高于12V，之后進行多晶硅的淀積摻雜和刻蝕形成柵電極。接下來進行P+base的注入和漂移區的LDDl的注入。在P+base的注入之后沒有立刻進行擴散過程形成溝道區，P+base區域的擴散和LDDl區域的擴散同時進行。LDDl區的結深比傳統漂移區深度(0.3 μ m)深很多，更深的結深有利于優化漂移區的電場分布提高器件的擊穿電壓，并優化導通電阻。擴散過程后進行LDD2區域的注入，LDD2區域同LDDl區域使用相同的掩膜板。最后，源極金屬覆蓋漂移區形成SFP結構場板。
[0051]實施例1
[0052]溝道區優化設計
[0053]一、柵氧優化設計
[0054]LDMOS器件工作在飽和區跨導是衡量該器件放大能力的重要參數。其計算公式為:
【權利要求】
1.一種帶場板的射頻功率LDMOS器件，包括源極、柵極、漏極，其特征在于，還包括以下結構:娃型襯底，P-epi區域,P+sinker區域,P+base區域,柵氧化層,場板(Field Plate),LDD區域，所述LDD區域為漂移區。
2.如權利要求1所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件，其特征在于，所述場板為場板同源極相連的源場板(Source Field Plate)結構，所述源場板結構通過源極金屬延伸到漂移區上方覆蓋所述漂移區所形成。
3.如權利要求1或2所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件，其特征在于，所述硅型襯底為摻雜濃度為4el7的P+的硅型襯底；其上為所述Pipi區域，所述Pipi區域摻雜濃度為1.2el5、厚度為6 μ m ;所述P+sinker區域采用高能注入B雜質，高溫推阱后形成；所述柵氧化層厚度為400A;所述柵極由多晶硅淀積摻雜和刻蝕形成，刻蝕長度優選為1μ m。
4.如權利要求1-3任一項所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件，其特征在于，場板下具有氧化層，其厚度為0.5-1 μ m，場板長度為0-2 μ m，優選為1.4-2 μ m。
5.如前述權利要求中任一項所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件，其特征在于，所述漂移區為具有彼此相鄰的LDDl區和LDD2區的漂移區，所述LDD2區位于LDDl區上方，所述LDDl區為深結區域，LDD2區為淺結區域；所述具有彼此相鄰的LDDl區和LDD2區的漂移區通過兩次注入形成，其中LDDl區的結深約Iym;并且，通過使用相同的掩膜板進行所述兩次注入；所述柵氧化層邊緣具有鳥嘴結構。
6.如前述權利要求中任一項所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件，其特征在于，所述鳥嘴結構的厚度約為I 000 A;所述漂移區長度為3-5 μ m ;所述LDDl區的注入濃度為lel2至3el2cnT2，所述LDD2區的注入濃度為2ell至2el2cnT2 ;優選地，所述漂移區長度為4 μ m，所述LDDl區的注入濃度為2el2cm_2，所述LDD2區的注入濃度為1.2el2cm_2。
7.一種帶場板的射頻功率LDMOS器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在P+的娃型襯底上外延p-epi區域； (2)高能注入B雜質,高溫推講后形成P+sinker區域； (3)形成柵氧化層； (4)進行多晶硅的淀積摻雜和刻蝕，形成柵電極(柵極)； (5)進行所述P+base區域的注入和/或擴散，以及，所述漂移區的注入和/或擴散； (6)源極金屬覆蓋漂移區形成源場板(SourceField Plate, SFP)結構的場板。 優選地，所述帶場板的射頻功率LDMOS器件的制備方法用于制備如權利要求1-6任一項所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件。
8.如權利要求7所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)進一步包括以下步驟: (5.1)進行P+base的注入和所述漂移區的所述LDDl區的注入； (5.2)同時進行P+base區域的擴散和LDDl區域的擴散； (5.3)擴散過程后進行所述漂移區的所述LDD2區的注入。
9.如權利要求7或8所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件的制備方法，其特征在于，在柵極生成后還包括熱氧化柵隔板步驟，以在柵極邊緣形成鳥嘴結構；以及，在P+base注入之后增加側墻工藝，以減少源極和漂移區在溝道下的擴散。
10.如權利要求7-9任一項所述的帶場板的射頻功率LDMOS器件的制備方法，其特征在于，LDD 2區同LDDl區使用相同的掩膜板。
【文檔編號】H01L29/40GK103762238SQ201310754477
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】杜寰, 朱喜福 申請人:上海聯星電子有限公司