一種ldmos器件及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種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(qū)域，P+sinker區(qū)域，P+base區(qū)域，柵氧化層，漂移區(qū)。優(yōu)選地，本發(fā)明采用漂移區(qū)兩次注入。本發(fā)明的LDMOS器件設(shè)計(jì)帶來(lái)了器件導(dǎo)通電阻的極大優(yōu)化，具有優(yōu)越的性能和廣闊的市場(chǎng)前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種LDMOS器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻功率器件和制備方法，更具體地說(shuō)是一種LDMOS器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻功率器件主要應(yīng)用于無(wú)線通訊中移動(dòng)通信系統(tǒng)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(dǎo)體市場(chǎng)上，直到上世紀(jì)90年代中期，射頻功率器件還都是使用雙極型晶體管或GaAsMOSFET。直到90年代后期，硅基橫向擴(kuò)散晶體管LDMOS的出現(xiàn)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(dòng)態(tài)范圍大、失真小、增益高、輸出功率的，成本低的優(yōu)點(diǎn)，使其已超過(guò)GaAs功率器件逐漸成為射頻功率MOSFET的主流技術(shù)，。
[0003]LDMOS器件在保持MOS器件基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)橫向雙擴(kuò)散工藝形成溝道區(qū)。即在同一個(gè)光刻窗口進(jìn)行兩次擴(kuò)散，一次中等濃度高能量硼(B)擴(kuò)散，一次高濃度低能量的砷(As )擴(kuò)散，由于硼擴(kuò)散比砷快，所以在柵極邊界下會(huì)沿著橫向擴(kuò)散更遠(yuǎn)，形成一個(gè)有濃度梯度的溝道。LDMOS器件的溝道長(zhǎng)度不受光刻精度的影響，通過(guò)對(duì)工藝的控制，可以將溝道長(zhǎng)度做的很小，從而提高器件的跨導(dǎo)和工作頻率。
[0004]在漏極和溝道之間引入的低摻雜漂移區(qū)，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(guò)對(duì)LDD區(qū)域的長(zhǎng)度和摻雜濃度，可以調(diào)整器件的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓。
[0005]LDMOS的P-sinker區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了源極和襯底的連接，以降低射頻應(yīng)用時(shí)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?yàn)樵礃O的電阻和電感都會(huì)產(chǎn)生負(fù)反饋，減小器件的功率增益。同時(shí)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(lái)的寄生參數(shù)，還可以減小整個(gè)版圖的面積，使得在流片后器件的工作性能得到進(jìn)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(shù)是負(fù)數(shù)，負(fù)反饋使過(guò)大的局部電流不會(huì)形成像雙極型器件那樣的二次擊穿，安全工作區(qū)寬，熱穩(wěn)定性好，可靠性高。
[0007]LDMOS半導(dǎo)體工藝技術(shù)除了主要面向移動(dòng)電話基站的射頻功率放大器外，還廣泛應(yīng)用于HF、VHF與UHF廣播用發(fā)射器，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)以及微波與航空系統(tǒng)用晶體管。此外，隨著LDMOS應(yīng)用頻率上限的不斷拓展，更使其大舉進(jìn)軍其它領(lǐng)域，包括新興的WiMax市場(chǎng)，以及ISM市場(chǎng)。隨著新一代無(wú)線通訊技術(shù)的快速發(fā)展和越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，射頻功率LDMOS有著非常樂(lè)觀的市場(chǎng)前景。
[0008]為適應(yīng)基站放大器的發(fā)展要求，需要進(jìn)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(yōu)良的高頻特性，特別是導(dǎo)通電阻同擊穿電壓、跨導(dǎo)同擊穿及截止頻率之間相互制約的關(guān)系需要得到改善。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的包括提供一種LDMOS器件，進(jìn)一步的，本發(fā)明的目的包括還提供該LDMOS器件的制備方法。本發(fā)明提供的LDMOS器件在滿足擊穿電壓大于80V條件的基礎(chǔ)上，顯著減小了漂移區(qū)導(dǎo)通電阻和源漏寄生電容，明顯優(yōu)化了器件的直流和射頻特性。
[0010]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種LDMOS器件，所述LDMOS器件包括源極、柵極、漏極，其特征在于，還包括以下結(jié)構(gòu):硅型襯底，P-epi區(qū)域，P+sinker區(qū)域，P+base區(qū)域，柵氧化層，漂移區(qū)。
[0011]進(jìn)一步地，所述漂移區(qū)包括一個(gè)以上的子區(qū)域，所述一個(gè)以上的子區(qū)域通過(guò)分次注入分別得到。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述漂移區(qū)長(zhǎng)度為3-5 μ m ;所述漂移區(qū)包括彼此相鄰的LDDl區(qū)和LDD2區(qū)，所述LDD2區(qū)位于LDDl區(qū)上方，所述LDDl區(qū)的注入濃度為lel2至3el2cnT2，所述LDD2區(qū)的注入濃度為2ell至2el2cm_2 ;優(yōu)選地，所述漂移區(qū)長(zhǎng)度為4 μ m，所述LDDl區(qū)的注入濃度為2el2cnT2，所述LDD2區(qū)的注入濃度為1.2el2cnT2 ;進(jìn)一步優(yōu)選地，所述LDDl區(qū)為深結(jié)區(qū)域，LDD2區(qū)為淺結(jié)區(qū)域。
[0013]在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述的LDMOS器件進(jìn)一步包括:a)所述柵氧化層邊緣具有鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)；b)制備中包括側(cè)墻工藝，所述側(cè)墻工藝操作在P+base注入后，在LDD注入之前進(jìn)行，并且，c)包括源場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，所述源場(chǎng)板結(jié)構(gòu)通過(guò)源極金屬延伸到漂移區(qū)上方覆蓋所述漂移區(qū)所形成；優(yōu)選地，所述鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)的厚度約為I 000 A.[0014]在一個(gè)尤為優(yōu)選的實(shí)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Pipi區(qū)域，所述Pipi區(qū)域摻雜濃度為1.2el5、厚度為6μπι;所述
P+sinker區(qū)域采用高能注入B雜質(zhì)，高溫推阱后形成；所述柵氧化層厚度為400Λ;所述柵
極由多晶硅淀積摻雜和刻蝕形成，刻蝕長(zhǎng)度優(yōu)選為I μ m。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種LDMOS器件的制備方法，其包括以下步驟:
[0016](I)在P+的硅型襯底上外延P-印i區(qū)域；
[0017](2)高能注入B雜質(zhì),高溫推講后形成P+sinker區(qū)域；
[0018](3)形成柵氧化層；
[0019](4)進(jìn)行多晶硅的淀積摻雜和刻蝕，形成柵電極(柵極)；
[0020](5)進(jìn)行所述P+base區(qū)域的注入和/或擴(kuò)散，以及，所述漂移區(qū)的注入和/或擴(kuò)散；
[0021]進(jìn)一步地，所述LDMOS器件的制備方法用于制備上述的任意一種LDMOS器件。
[0022]進(jìn)一步地,上述步驟(5)進(jìn)一步包括以下步驟:
[0023](5.1)進(jìn)行P+base的注入和所述漂移區(qū)的所述LDDl區(qū)的注入；
[0024](5.2)同時(shí)進(jìn)行P+base區(qū)域的擴(kuò)散和LDDl區(qū)域的擴(kuò)散；
[0025](5.3)擴(kuò)散過(guò)程后進(jìn)行所述漂移區(qū)的所述LDD2區(qū)的注入。
[0026]進(jìn)一步地，還包括以下步驟:a)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(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)；b)在P+base注入之后增加側(cè)墻工藝，以減少源極和漂移區(qū)在溝道下的擴(kuò)散；c)源極金屬覆蓋漂移區(qū)形成源場(chǎng)板(Source Field Plate, SFP)結(jié)構(gòu)。
[0027]進(jìn)一步地，LDD2區(qū)同LDDl區(qū)使用相同的掩膜板。
[0028]在本文中，術(shù)語(yǔ)“LDMOS，，表不 Lateral Diffused Metal Oxide SemiconductorFieldEffect Transistor,即橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0029]在本文中，術(shù)語(yǔ)“源極”和“源電極”可互換，簡(jiǎn)稱(chēng)“源”或“ Source ” ；術(shù)語(yǔ)“柵極”和“柵電極”可互換，簡(jiǎn)稱(chēng)“柵”或“Gate” ；術(shù)語(yǔ)“漏極”簡(jiǎn)稱(chēng)“Drain”。
[0030]在本文中，術(shù)語(yǔ)“約”或“左右”表示在本領(lǐng)域制造工藝中容許的偏差范圍內(nèi)，或者在相關(guān)參數(shù)(長(zhǎng)度、厚度、溫度等)計(jì)量或檢測(cè)裝置的誤差范圍內(nèi)，應(yīng)了解，實(shí)際上無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全精確的數(shù)值控制和/或測(cè)量?！凹s”或“左右”可表示特定數(shù)值(上下)正負(fù)0.0001%，正負(fù)0.001%,正負(fù)0.01%,正負(fù)0.1%，正負(fù)0.2%，正負(fù)0.5%，正負(fù)1%，正負(fù)2%，正負(fù)5%，正負(fù)8%，正負(fù)10%,,正負(fù)15%,正負(fù)20%,正負(fù)30%,正負(fù)50%,具體的正負(fù)范圍的選擇,根據(jù)本領(lǐng)域已知的工藝來(lái)確定。在特定情況下，更寬的范圍也是可能的。
[0031]本發(fā)明的有益效果是:很好的改善了導(dǎo)通電阻同擊穿電壓、跨導(dǎo)同擊穿及截止頻率之間相互制約的關(guān)系，使器件具有很好的直流和射頻特性。更具體地說(shuō)，具有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。.[0032]1)使用同一張掩膜板進(jìn)行漂移區(qū)的兩次注入，形成一個(gè)深結(jié)LDDl區(qū)和淺結(jié)LDD2區(qū)，在滿足擊穿條件下優(yōu)化輸出電阻；
[0033]進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)還包括
[0034]2)在柵極邊緣形成鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)，并且在P-base注入之后增加側(cè)墻工藝，減少源極和漂移區(qū)在溝道下的擴(kuò)散；
[0035]3)采用SFP (Source Field Plate)場(chǎng)板，進(jìn)一步優(yōu)化了器件漂移區(qū)摻雜，改善直流特性和減小寄生柵漏電容，改善射頻特性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1為兩次注入SFP-LDM0S剖面圖
[0037]圖2為沒(méi)有優(yōu)化工藝過(guò)程形成的溝道區(qū)
[0038]圖3為側(cè)墻工藝步驟
[0039]圖4為增加側(cè)墻工藝后形成的溝道區(qū)域
[0040]圖5為寄生柵漏電容Cgd隨柵氧厚度Tox的變化
[0041]圖6為場(chǎng)板下氧化層厚度對(duì)擊穿電壓的影響
[0042]圖7為SFP長(zhǎng)度對(duì)漂移區(qū)電場(chǎng)分布的影響
[0043]圖8為不同漂移區(qū)注入條件和SFP場(chǎng)板對(duì)擊穿電壓的影響
[0044]圖9為不同漂移區(qū)注入條件和SFP場(chǎng)板對(duì)源漏電容的影響
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解下述實(shí)施例為示例性而非限制性的，旨在說(shuō)明以及解釋本發(fā)明的構(gòu)思和精神。
[0046]本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)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(fā)明重點(diǎn)進(jìn)行了溝道區(qū)、階梯型漂移區(qū)和SFP場(chǎng)板的參數(shù)優(yōu)化。
[0047]本發(fā)明中的LDMOS器件基于傳統(tǒng)的RF LDMOS結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上做出了一些的改進(jìn)措施，以?xún)?yōu)化器件的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。主要的改進(jìn)措施包括:1)對(duì)漂移區(qū)進(jìn)行兩次注入，一次形成結(jié)深約1.0 μ m的LDDl區(qū)域，另外一次形成的是淺結(jié)LDD2區(qū)域，并且兩次注入使用相同的掩膜版；2)采用源場(chǎng)板(SFP)結(jié)構(gòu)，將源極電極延伸到漂移區(qū)上方。
[0048]本發(fā)明的LDMOS器件具體結(jié)構(gòu)如圖1所示:LDM0S制作在P+的硅型襯底上，在上面外延p-epi區(qū)域，然后高能注入B雜質(zhì)，高溫推講后形成P+sinker區(qū)域。柵氧化層設(shè)計(jì)為400A，使器件可以承受的最大柵壓可以高于12V，之后進(jìn)行多晶硅的淀積摻雜和刻蝕形成柵電極。接下來(lái)進(jìn)行P+base的注入和漂移區(qū)的LDDl的注入。在P+base的注入之后沒(méi)有立刻進(jìn)行擴(kuò)散過(guò)程形成溝道區(qū)，P+base區(qū)域的擴(kuò)散和LDDl區(qū)域的擴(kuò)散同時(shí)進(jìn)行。LDDl區(qū)的結(jié)深比傳統(tǒng)漂移區(qū)深度(0.3 μ m)深很多，更深的結(jié)深有利于優(yōu)化漂移區(qū)的電場(chǎng)分布提高器件的擊穿電壓，并優(yōu)化導(dǎo)通電阻。擴(kuò)散過(guò)程后進(jìn)行LDD2區(qū)域的注入，LDD2區(qū)域同LDDl區(qū)域使用相同的掩膜板。最后，源極金屬覆蓋漂移區(qū)形成SFP結(jié)構(gòu)場(chǎng)板。
[0049]實(shí)施例1
[0050]溝道區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)
[0051]一、柵氧優(yōu)化設(shè)計(jì)
[0052]LDMOS器件工作在飽和區(qū)跨導(dǎo)是衡量該器件放大能力的重要參數(shù)。其計(jì)算公式為:
[0053]
【權(quán)利要求】
1.一種LDMOS器件，包括源極、柵極、漏極，其特征在于，還包括以下結(jié)構(gòu):硅型襯底，P-epi區(qū)域，P+sinker區(qū)域，P+base區(qū)域,柵氧化層,漂移區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的LDMOS器件，其特征在于，所述漂移區(qū)包括一個(gè)以上的子區(qū)域，所述一個(gè)以上的子區(qū)域通過(guò)分次注入分別得到。
3.如權(quán)利要求1或2所述的LDMOS器件，其特征在于，所述漂移區(qū)長(zhǎng)度為3-5μ m ;所述漂移區(qū)包括彼此相鄰的LDDl區(qū)和LDD2區(qū)，所述LDD2區(qū)位于LDDl區(qū)上方，所述LDDl區(qū)的注入濃度為lel2至3el2cnT2，所述LDD2區(qū)的注入濃度為2ell至2el2cnT2 ;優(yōu)選地，所述漂移區(qū)長(zhǎng)度為4 μ m，所述LDDl區(qū)的注入濃度為2el2cnT2，所述LDD2區(qū)的注入濃度為1.2el2cnT2 ；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述LDDl區(qū)為深結(jié)區(qū)域，LDD2區(qū)為淺結(jié)區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的LDMOS器件，其特征在于，所述漂移區(qū)通過(guò)兩次注入形成，其中LDDl區(qū)的結(jié)深約I μ m ;優(yōu)選地，通過(guò)使用相同的掩膜板進(jìn)行兩次注入形成。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LDMOS器件，其特征在于，進(jìn)一步包括:a)所述柵氧化層邊緣具有鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)；b)制備中包括側(cè)墻工藝，所述側(cè)墻工藝操作在P+base注入后，在LDD注入之前進(jìn)行，并且，c)包括源場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，所述源場(chǎng)板結(jié)構(gòu)通過(guò)源極金屬延伸到漂移區(qū)上方覆蓋所述漂移區(qū)所形成;優(yōu)選地,所述鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)的厚度約為1000 A0
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的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P^pi區(qū)域，所述P^pi區(qū)域摻雜濃度為1.2el5、厚度為6 μ m ;所述P+sinker區(qū)域采用高能注入B雜質(zhì)，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(zhǎng)度優(yōu)選為I μ m。
7.—種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(qū)域； (2)高能注入B雜質(zhì),高溫推講后形成P+sinker區(qū)域； (3)形成柵氧化層； (4)進(jìn)行多晶硅的淀積摻雜和刻蝕，形成柵電極(柵極)； (5)進(jìn)行所述P+base區(qū)域的注入和/或擴(kuò)散，以及，所述漂移區(qū)的注入和/或擴(kuò)散； 優(yōu)選地，所述LDMOS器件的制備方法用于制備如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的LDMOS器件。
8.如權(quán)利要求7所述的LDMOS器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)進(jìn)一步包括以下步驟: (5.1)進(jìn)行P+base的注入和所述漂移區(qū)的所述LDDl區(qū)的注入； (5.2)同時(shí)進(jìn)行P+base區(qū)域的擴(kuò)散和LDDl區(qū)域的擴(kuò)散； (5.3)擴(kuò)散過(guò)程后進(jìn)行所述漂移區(qū)的所述LDD2區(qū)的注入。
9.如權(quán)利要求7或8所述的LDMOS器件的制備方法，其特征在于，還包括:a)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(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)；b)在P+base注入之后增加側(cè)墻工藝，以減少源極和漂移區(qū)在溝道下的擴(kuò)散；c)源極金屬覆蓋漂移區(qū)形成源場(chǎng)板(Source Field Plate, SFP)結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的LDMOS器件的制備方法，其特征在于，LDD2區(qū)同LDDl區(qū)使用相同的掩膜板。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103762240SQ201310754681
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】杜寰, 朱喜福 申請(qǐng)人:上海聯(lián)星電子有限公司