CN102446733B - 高压射频横向扩散结构的功率器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压射频横向扩散结构的功率器件及其制造方法，制造方法包括：提供P型硅衬底，上有P型外延层；在外延层上形成P型沉降区和多个局部氧化隔离；热生长栅氧和含磷掺杂的多晶硅栅，形成栅极；在栅极两侧分别注入硼形成P型体区、注入磷形成N型漂移区，并高温推结；分别在P型沉降区中注入硼形成P+区、在P型体区和N型漂移区中注入砷形成N+区，并高温退火；在器件表面生成ONO结构，并干法刻蚀，在栅极两侧获得D型侧墙；去除侧墙表面的二氧化硅，获得L型侧墙；在器件表面形成阻挡层，再在栅极上方开出窗口；在栅极上方形成钛硅化物接触。本发明既可有效避免源和漏短接的风险，又可得到电阻率很低的栅极硅化物，满足高频LDMOS的需求。

Description

高压射频横向扩散结构的功率器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体来说，本发明涉及一种高压射频横向扩散结构的功率器件及其制造方法。

背景技术

高频率横向扩散结构的功率器件(Lateral Diffusion MOSFET，简称LDMOS)(频率范围2.11GHz～2.17GHz，击穿电压≥70V，输出功率30W)广泛应用于3G通信的射频基站，雷达、数字电视等方面。高性能的高频率LDNMOS它不仅要求耐高压、驱动电流大，而且对频率的要求更高，所以其相关工艺的研究是近年来的热门研究领域。

多晶栅极的电阻是高频LDNMOS十分重要的一个参数，传统的多晶硅化物是硅化钨(WSix)工艺简单，但钨化硅的电阻率较大(大于6ohm/sqr)，高应力的化学气相淀积(CVD)产生的副产物氟可能会扩散到栅极氧化层中，使栅氧化层的质量下降，存在可靠性差的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种高压射频横向扩散结构的功率器件及其制造方法，既可以有效避免源和漏短接的风险，又可以得到电阻率很低的栅极硅化物，满足高频LDMOS的需求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高压射频横向扩散结构的功率器件的制造方法，包括步骤：

提供P型硅衬底，其上形成有P型外延层；

在所述P型外延层上注入P型杂质，并经高温热处理形成P型沉降区；

在所述P型外延层上按照预定的器件结构进行局部氧化工艺，形成器件/电路部分的多个局部氧化隔离；

依次热生长栅氧和含第一N型杂质掺杂的多晶硅栅，通过光刻和刻蚀工艺形成所述功率器件的栅极；

依次采用大角度离子注入方法在所述栅极的两侧分别注入P型杂质形成P型体区、注入第一N型杂质形成N型漂移区，并高温推结；

依次采用离子注入方法分别在所述P型沉降区中注入P型杂质形成P+区、在所述P型体区和所述N型漂移区中注入第二N型杂质形成N+区，并高温退火；

采用低温淀积方法在所述功率器件的表面生成ONO结构，并用干法刻蚀法刻蚀所述ONO结构，在所述栅极的两侧获得D型侧墙；

采用湿法刻蚀法去除所述D型侧墙表面的二氧化硅，在所述栅极的两侧获得L型侧墙；

采用低温淀积方法在所述功率器件的表面形成预定厚度的阻挡层，再在所述栅极上方用硅化物阻挡层光刻版光刻并湿法刻蚀所述阻挡层，在所述栅极上方开出窗口；

依次在所述窗口区域采用溅射钛、快速热退火、漂洗、再快速热退火的工艺，在所述栅极上方形成钛硅化物接触。

可选地，在形成所述钛硅化物接触之后还包括步骤：

在所述功率器件的表面依次淀积非掺杂的硅玻璃和氮化钛，然后用场版光刻版进行光刻，并干法刻蚀获得浮悬的金属场版；

在所述功率器件的表面淀积层间介质，并采用光刻刻蚀获得所述功率器件的四端孔接口。

可选地，在获得所述四端孔接口之后还包括步骤：

将所述功率器件所在的芯片背面减薄；

在所述芯片的背面依次蒸镀钛/铬、镍、金/银三层金属。

可选地，所述P型杂质为硼离子，所述第一N型杂质为磷离子，所述第二N型杂质为砷离子。

可选地，所述栅氧的厚度为所述多晶硅栅的厚度为

可选地，所述ONO结构包括厚度为

的二氧化硅、厚度为

的氮化硅，以及厚度为

的二氧化硅。

可选地，所述二氧化硅具体为正硅酸乙酯。

可选地，在所述窗口区域溅射钛的厚度为

可选地，所述非掺杂的硅玻璃的厚度为

所述氮化钛的厚度为

可选地，所述芯片背面减薄的厚度范围为180～350μm。

可选地，所述金/银的厚度为1～2μm。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种高压射频横向扩散结构的功率器件，形成于P型硅衬底上的P型外延层中，所述功率器件包括：

P型沉降区，位于所述P型外延层中，其底部与所述P型硅衬底相接触，所述P型沉降区内具有P+区；

多个局部氧化隔离，按照预定的器件结构分布于所述P型外延层的表面；

栅极，包括栅氧和其上的含磷离子掺杂的多晶硅栅；

P型体区和N型漂移区，分别位于所述栅极的两侧，其内分别具有N+区；

L型侧墙，包括二氧化硅和位于所述二氧化硅上的氮化硅，位于所述栅极的两侧；

钛硅化物接触，位于所述多晶硅栅的上方。

可选地，所述功率器件还包括：

浮悬的金属场版，包括非掺杂的硅玻璃和其上的氮化钛，从所述功率器件的漏端靠近所述栅极处垂直经过所述L型侧墙再延伸至一部分所述钛硅化物接触上；

层间介质，位于所述功率器件的表面，在所述P型沉降区的P+区、所述P型体区和所述N型漂移区的N+区以及所述多晶硅栅的钛硅化物接触上方分别具有四端孔接口。

可选地，所述功率器件还包括：

钛/铬、镍、金/银三层金属，依次位于所述功率器件所在的芯片的背面。

可选地，所述栅氧的厚度为所述多晶硅栅的厚度为

可选地，所述L型侧墙中的所述二氧化硅的厚度为所述L型侧墙中的所述氮化硅的厚度为

可选地，所述二氧化硅具体为正硅酸乙酯。

可选地，所述非掺杂的硅玻璃的厚度为

所述氮化钛的厚度为

可选地，所述功率器件所在的芯片的厚度范围为180～350μm。

可选地，所述金/银的厚度为1～2μm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提出的高压射频横向扩散结构的功率器件(LDMOS)多晶硅化物工艺采用非传统工艺，只是在栅极上形成硅化物，栅极两侧墙和源/漏区都不形成硅化物，既可以有效避免源和漏短接的风险，又可以得到电阻率很低(大约1.2ohm/sqr)的栅极硅化物，以满足高频LDMOS的需求。

本发明还提出了高压射频LDMOS形成浮悬的金属场版(shield)技术，先引入“L”型(二氧化硅/氮化硅)侧墙(Spacer)来保护栅极侧墙并保证后续的漏端的浮悬的金属场版更能垂直，通过该技术可以降低器件对于表面电荷的敏感度，得到稳定性更高，可靠性更好的器件。

另外，本发明中提到的高压射频LDMOS器件采用了背金工艺，首先将硅片减薄到250μm左右，然后再依次蒸镀钛/铬、镍、金/银三种金属，其中金/银的纯度要高，厚度大概1μm左右，以提高该器件的开关速度，且利于以后芯片烧结和器件的散热功能。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的制造方法的流程图；

图2至图11为本发明一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的制造过程的剖面结构示意图；

图12至图13为本发明另一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的制造过程的剖面结构示意图；

图14为本发明又一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的制造过程的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1为本发明一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的制造方法的流程图。如图1所示，该制造方法可以包括：

执行步骤S101，提供P型硅衬底，其上形成有P型外延层；

执行步骤S102，在P型外延层上注入P型杂质，并经高温热处理形成P型沉降区；

执行步骤S103，在P型外延层上按照预定的器件结构进行局部氧化工艺，形成器件/电路部分的多个局部氧化隔离；

执行步骤S104，依次热生长栅氧和含第一N型杂质掺杂的多晶硅栅，通过光刻和刻蚀工艺形成功率器件的栅极；

执行步骤S105，依次采用大角度离子注入方法在栅极的两侧分别注入P型杂质形成P型体区、注入第一N型杂质形成N型漂移区，并高温推结；

执行步骤S106，依次采用离子注入方法分别在P型沉降区中注入P型杂质形成P+区、在P型体区和N型漂移区中注入第二N型杂质形成N+区，并高温退火；

执行步骤S107，采用低温淀积方法在功率器件的表面生成ONO结构，并用干法刻蚀法刻蚀ONO结构，在栅极的两侧获得D型侧墙；

执行步骤S108，采用湿法刻蚀法去除D型侧墙表面的二氧化硅，在栅极的两侧获得L型侧墙；

执行步骤S109，采用低温淀积方法在功率器件的表面形成预定厚度的阻挡层，再在栅极上方用硅化物阻挡层光刻版光刻并湿法刻蚀阻挡层，在栅极上方开出窗口；

执行步骤S110，依次在窗口区域采用溅射钛、快速热退火、漂洗、再快速热退火的工艺，在栅极上方形成钛硅化物接触。

高压射频横向扩散结构的功率器件的制造方法的实施例

图2至图11为本发明一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的制造过程的剖面结构示意图。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图2所示，提供P型硅衬底101，其上形成有P型外延层102。

如图3所示，在P型外延层102上注入硼离子，并经高温热处理形成P型沉降区103。

如图4所示，在P型外延层102上按照预定的器件结构进行局部氧化工艺，形成器件/电路部分的多个局部氧化隔离104。

如图5所示，依次热生长栅氧105和含磷离子掺杂的多晶硅栅106，通过光刻和刻蚀工艺形成功率器件100的栅极107。其中，栅氧105的厚度可以为

优选

多晶硅栅106的厚度可以为

优选

如图6所示，依次采用大角度离子注入方法在栅极107的两侧分别注入硼离子形成P型体区108、注入磷离子形成N型漂移区109，并高温推结。

如图7所示，依次采用离子注入方法分别在P型沉降区103中注入硼离子形成P+区110、在P型体区108和N型漂移区109中注入砷离子形成N+区111，并高温退火。

如图8所示，采用低温淀积方法在功率器件100的表面生成ONO结构，并用干法刻蚀法刻蚀ONO结构，在栅极107的两侧获得D型侧墙112。其中，该ONO结构至下而上可以包括厚度为

的二氧化硅，优选为

厚度为

的氮化硅，优选为

以及厚度为的二氧化硅，优选为

在该ONO结构中，二氧化硅具体可以为正硅酸乙酯(TEOS)。

如图9所示，采用湿法刻蚀法去除D型侧墙112表面的二氧化硅(即厚度为

的二氧化硅)，在栅极107的两侧获得理想的L型侧墙113。

如图10所示，采用低温淀积方法在功率器件100的表面形成预定厚度的阻挡层114(优选为厚度为

的TEOS)，再在栅极107上方用硅化物阻挡层(SilicideBlock，SBK)光刻版光刻并湿法刻蚀阻挡层114，在栅极107上方开出窗口115。

如图11所示，依次在窗口115区域采用溅射钛、快速热退火、漂洗、再快速热退火的工艺，在栅极107上方形成钛硅化物接触116。其中，在窗口115区域溅射钛的厚度可以为

优选为

图12至图13为本发明另一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的制造过程的剖面结构示意图。由于本实施例中之前的步骤与前述实施例中图2至图11所描述的内容完全相同，为简便起见不再赘述，在此仅描述与之不相同的部分。

如图12所示，在形成钛硅化物接触116之后，又在功率器件100的表面依次淀积非掺杂的硅玻璃117和氮化钛118。非掺杂的硅玻璃(USG)117的厚度为

优选为氮化钛118的厚度为

优选为

然后用场版(shield)光刻版进行光刻，并干法刻蚀获得浮悬的金属场版119。

如图13所示，在功率器件100的表面淀积层间介质120，并采用光刻刻蚀获得功率器件100的四端孔接口121、122、123、124。因后端工艺可以用业界常用的工艺，不涉及本发明的主旨，所以在此省略。

图14为本发明又一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的制造过程的剖面结构示意图。由于本实施例中之前的步骤与前述实施例中图2至图11与图12至图13所描述的内容完全相同，为简便起见不再赘述，在此仅描述与之不相同的部分。

如图14所示，在获得四端孔接口121、122、123、124之后将功率器件100所在的芯片背面减薄。其中芯片背面减薄的厚度范围为180～350μm，优选为250μm。然后在芯片的背面依次蒸镀钛/铬、镍、金/银三层金属，其中金/银的纯度要高，厚度为1～2μm，优选1μm，其目的就是提高该器件的开关速度，且利于以后芯片烧结和器件的散热功能。

高压射频横向扩散结构的功率器件结构的实施例

图11为本发明一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的剖面结构示意图。如图11所示，该高压射频横向扩散结构的功率器件100形成于P型硅衬底101上的P型外延层102中，可以包括：P型沉降区103、多个局部氧化隔离104、栅极107、P型体区108、N型漂移区109、L型侧墙113、钛硅化物接触116等。

其中，P型沉降区103位于P型外延层102中，其底部与P型硅衬底101相接触，P型沉降区103内具有P+区110。多个局部氧化隔离104按照预定的器件结构分布于P型外延层102的表面。栅极107可以包括栅氧105和其上的含磷离子掺杂的多晶硅栅106。栅氧105的厚度可以为

多晶硅栅106的厚度可以为

P型体区108和N型漂移区109分别位于栅极107的两侧，其内分别具有N+区111。L型侧墙113可以包括二氧化硅和位于二氧化硅上的氮化硅，位于栅极107的两侧。L型侧墙113中的二氧化硅(具体可以为TEOS)的厚度可以为

L型侧墙113中的氮化硅的厚度可以为

钛硅化物接触116位于多晶硅栅106的上方。

图13为本发明另一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的剖面结构示意图。如图13所示，在图11所示的功率器件100的结构的基础上，还可以包括：浮悬的金属场版119和层间介质120。

其中，浮悬的金属场版119可以包括非掺杂的硅玻璃117和其上的氮化钛118，该非掺杂的硅玻璃117的厚度可以为该氮化钛118的厚度可以为

浮悬的金属场版119从功率器件100的漏端靠近栅极107处垂直经过L型侧墙113再延伸至一部分钛硅化物接触116上。层间介质120位于功率器件100的表面，在P型沉降区103的P+区110、P型体区108和N型漂移区109的N+区111以及多晶硅栅106的钛硅化物接触116上方分别具有四端孔接口121、122、123、124。

图14为本发明又一个实施例的高压射频横向扩散结构的功率器件的剖面结构示意图。如图14所示，在图13所示的功率器件100的结构的基础上，还可以包括钛/铬、镍、金/银三层金属，依次位于功率器件100所在的芯片的背面，该功率器件100所在的芯片的厚度范围可以为180～350μm。该芯片背面的金/银的厚度可以为1～2μm。

本发明提出的高压射频横向扩散结构的功率器件(LDMOS)多晶硅化物工艺采用非传统工艺，只是在栅极上形成硅化物，栅极两侧墙和源/漏区都不形成硅化物，既可以有效避免源和漏短接的风险，又可以得到电阻率很低(大约1.2ohm/sqr)的栅极硅化物电阻，以满足高频LDMOS的需求。

本发明还提出了高压射频LDMOS形成浮悬的金属场版(shield)技术，先引入“L”型(二氧化硅/氮化硅)侧墙(Spacer)来保护栅极侧墙并保证后续的漏端的浮悬的金属场版更能垂直，通过该技术可以降低器件对于表面电荷的敏感度，得到稳定性更高，可靠性更好的器件。

另外，本发明中提到的高压射频LDMOS器件采用了背金工艺，首先将硅片减薄到250μm左右，然后再依次蒸镀钛/铬、镍、金/银三种金属，其中金/银的纯度要高，厚度大概1μm左右，以提高该器件的开关速度，且利于以后芯片烧结和器件的散热功能。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种高压射频横向扩散结构的功率器件（100）的制造方法，包括步骤：

提供P型硅衬底（101），其上形成有P型外延层（102）；

在所述P型外延层（102）上注入P型杂质，并经高温热处理形成P型沉降区（103）；

在所述P型外延层（102）上按照预定的器件结构进行局部氧化工艺，形成器件/电路部分的多个局部氧化隔离（104）；

依次热生长栅氧（105）和含第一N型杂质掺杂的多晶硅栅（106），通过光刻和刻蚀工艺形成所述功率器件（100）的栅极（107）；

依次采用大角度离子注入方法在所述栅极（107）的两侧分别注入P型杂质形成P型体区（108）、注入第一N型杂质形成N型漂移区（109），并高温推结；

依次采用离子注入方法分别在所述P型沉降区（103）中注入P型杂质形成P+区（110）、在所述P型体区（108）和所述N型漂移区（109）中注入第二N型杂质形成N+区（111），并高温退火；

采用低温淀积方法在所述功率器件（100）的表面生成ONO结构，并用干法刻蚀法刻蚀所述ONO结构，在所述栅极（107）的两侧获得D型侧墙（112）；

采用湿法刻蚀法去除所述D型侧墙（112）表面的二氧化硅，在所述栅极（107）的两侧获得L型侧墙（113）；

采用低温淀积方法在所述功率器件（100）的表面形成预定厚度的阻挡层（114），再在所述栅极（107）上方用硅化物阻挡层光刻版光刻并湿法刻蚀所述阻挡层（114），在所述栅极（107）上方开出窗口（115）；

依次在所述窗口（115）区域采用溅射钛、快速热退火、漂洗、再快速热退火的工艺，在所述栅极（107）上方形成钛硅化物接触（116）。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在形成所述钛硅化物接触（116）之后还包括步骤：

在所述功率器件（100）的表面依次淀积非掺杂的硅玻璃（117）和氮化钛（118），然后用场板光刻版进行光刻，并干法刻蚀获得浮悬的金属场板（119）；

在所述功率器件（100）的表面淀积层间介质（120），并采用光刻刻蚀获得所述功率器件（100）的四端孔接口（121、122、123、124）。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在获得所述四端孔接口（121、122、123、124）之后还包括步骤：

将所述功率器件（100）所在的芯片背面减薄；

在所述芯片的背面依次蒸镀钛/镍/金三层金属、钛/镍/银三层金属、铬/镍/金三层金属或者铬/镍/银三层金属。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述P型杂质为硼离子，所述第一N型杂质为磷离子，所述第二N型杂质为砷离子。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述栅氧（105）的厚度为

所述多晶硅栅（106）的厚度为

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述ONO结构包括厚度为

的二氧化硅、厚度为的氮化硅，以及厚度为

的二氧化硅。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述二氧化硅是由正硅酸乙酯（TEOS）工艺淀积形成的。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在所述窗口（115）区域溅射钛的厚度为

9.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述非掺杂的硅玻璃（117）的厚度为

所述氮化钛（118）的厚度为

10.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述芯片背面减薄后的厚度范围为180～350μm。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述金或银的厚度为1～2μm。

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