CN102522327A

CN102522327A - 自对准低电阻栅极rf ldmos的制造方法

Info

Publication number: CN102522327A
Application number: CN2011104344921A
Authority: CN
Inventors: 遇寒
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开了一种自对准低电阻栅极RF LDMOS的制造方法，该方法在完成多晶硅淀积后，按照以下步骤制作金属栅：1)在多晶硅的栅极区域淀积氮化硅；2)栅极刻蚀；3)淀积氧化层；4)栅极侧墙刻蚀；5)进炉管成长氧化层；6)干法刻蚀掉氮化硅；7)淀积金属层，经两次高温退火，自对准地在栅极上形成低电阻金属栅。该方法通过同时集成低电阻栅和侧墙工艺，不仅提高了RF LDMOS器件的高频特性，减少了器件尺寸对工艺的依存性，而且简化了RF LDMOS的制备工艺流程，降低了工艺成本。

Description

自对准低电阻栅极RF LDMOS的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种自对准低电阻栅极RF LDMOS的制造方法。

背景技术

随着无线通信应用需求的迅速增长，RF LDMOS(射频横向扩散MOS管)功率器件变得越来越重要。RF LDMOS功率器件不但具有良好的电学特性，而且可以与现有CMOS集成电路工艺完全兼容，易于实现大规模RF集成电路。但由于传统RF LDMOS器件多采用重掺杂的传统多晶硅栅电阻，其电阻率约40～100欧姆/cm，这在一定程度上限制了RF LDMOS器件在高速高频方面的应用。

栅的电阻增加在宽的器件驱动大的互连线能力中引起显著的延迟。栅电阻随器件尺寸的减小而增加，这是因为栅长变得越来越短，并且由于边缘效应，窄的栅线条会比宽的栅线条的方块电阻高。

多晶硅栅的第二个问题是，即使它们重掺杂，在与氧化层之间仍有不可忽略的栅电压降。随着电压的积累和栅氧厚度的减小，栅损失的部分电压变得越来越重要，这个现象称为“多晶硅耗尽”。

此外，多晶硅栅的第三个问题的是，在器件制造中，掺杂剂从栅向沟道的扩散问题。对于厚的栅氧，这可以被有效的抑止，但随着栅氧越来越薄，避免掺杂剂通过栅氧向沟道的扩散已经成为重要的工艺约束条件，它最终会影响器件的性能。

为了降低多晶硅栅的电阻率，常用的方法是使多晶硅形成金属硅化物，通常为WSi(钨硅化物)。但是，典型的WSi的电阻率为5～20欧姆/cm，虽然有所降低，但还是无法满足高速或高频的需求。因此，通常对于此类器件不采用WSi来做，而是用金属栅器件特殊材料来做。金属栅具有非常小的电阻和最小的RC时间常数，目前制作金属栅的可行的材料包括钽(Tantalum)、钨、氮化钽(Tantalum Nitride)或是氮化钛(Titalium Nitride)，金属栅 (以氮化钛为例)的制备工艺流程通常如下：

1)淀积多晶硅；

2)栅极刻蚀；

3)形成侧墙；

4)自对准源/漏区注入；

5)光刻，用掩模版定义出需要形成低电阻的区域；

6)淀积金属钛，经过两次退火形成低电阻的金属栅。

上述工艺方法中，由于形成低电阻的区域是通过光刻定义出来的，存在套刻对准的偏差，因此限制了器件尺寸的缩小；另外，金属栅制作工艺比较复杂，也极大地限制了其产量，因此，基于硅的高速高频器件很难大规模量产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自对准低电阻栅极RF LDMOS的制造方法，它可以降低RF LDMOS的栅极电阻，并可以优化RF LDMOS的制备工艺。

为解决上述技术问题，本发明的自对准低电阻栅极RF LDMOS的制造方法，在完成多晶硅淀积后，按照以下步骤制作金属栅：

1)在多晶硅的栅极区域淀积氮化硅；

2)刻蚀形成多晶硅栅极；

3)淀积氧化层；

4)干法回刻，刻蚀形成栅极的侧墙；

5)炉管氧化，成长氧化层；

6)干法刻蚀掉栅极上面的氮化硅；

7)在栅极上淀积金属层，经两次高温退火，自对准地在栅极上形成低电阻金属栅。

本发明将低电阻栅和侧墙工艺同时集成，不仅提高了器件的高频特性，减少了器件尺寸对工艺的依存性，而且简化了RF LDMOS的制备工艺流程，降低了工艺成本。

附图说明

图1是本发明实施例的方法示意图。

图2是本发明实施例的栅电阻的测量曲线图。

图中附图标记说明如下：

1：衬底

2：外延层

3：源

4：漏

5：栅氧

6：多晶硅栅极

7：氮化硅

8：氧化层(二氧化硅)

9：侧墙

10：氧化层(二氧化硅)

11：硅化钛

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

本实施例的自对准低电阻栅极RF LDMOS的制造方法，其具体工艺流程为：

步骤1，在硅衬底1上生长外延层2，制作源3、漏4，成长栅氧5；然后，在栅氧5上淀积多晶硅，再在多晶硅上需要制作栅极的区域淀积氮化硅7，通过刻蚀形成多晶硅栅极6，如图1(a)所示。氮化硅7的厚度为300～500埃米。

步骤2，用低压化学气相沉积法淀积一层厚度为200～300埃米的氧化层8，如图1(b)所示。这样形成的氧化层8具有很好的保形性和致密性。

步骤3，干法回刻，刻蚀形成多晶硅栅极6的侧墙9，如图1(c)所示。

步骤4，进炉管氧化，在源3、漏4区上面成长一层厚度大于300埃米的氧化层10，如图1(d)所示。

多晶硅栅极6上面由于有氮化硅7的保护，不会形成氧化层。而多晶硅栅6的侧壁由于有侧墙9的保护，因此，在炉管成长氧化层10的过程中，不会在多晶硅栅极6的侧壁消耗过多的多晶硅，从而不会影响器件的特性。

步骤5，利用氮化硅7对氧化层10刻蚀的高选择比(通常大于10)，干法刻蚀掉多晶硅栅极6上面的氮化硅7，而氧化层损失小于100埃米。如图1(e)所示。

步骤6，在多晶硅栅极6上，淀积一层厚度为100～2000埃米的钛金属层(也可以用钨或镍等其他可以与硅形成合金的金属)，经过两次高温退火，自对准地在栅极上形成低电阻的硅化钛11金属栅。

由于源3、漏4区域有氧化层10(作为金属淀积的阻挡层)的保护，而栅极两侧又有侧墙9的保护，不会因栅极尺寸的缩小而影响器件的特性，因此，退火后能够自对准地在栅极上形成硅合金。

步骤7，按照常规工艺流程进行后续的工艺，完成RF LDMOS的制备。

经实际电流电压曲线测量(取0.2伏对应的电流值来计算电阻)，按照上述方法制备的RFLDMOS的栅电阻(由硅化钛11和多晶硅栅极6共同组成)为1.32欧姆/方块，如图2所示，远小于按照传统方法做出的电阻值。

Claims

1.自对准低电阻栅极RF LDMOS的制造方法，其特征在于，在完成多晶硅淀积后，按照以下步骤制作金属栅：

1)在多晶硅的栅极区域淀积氮化硅；

2)刻蚀形成多晶硅栅极；

3)淀积氧化层；

4)干法回刻，刻蚀形成栅极的侧墙；

5)炉管氧化，成长氧化层；

6)干法刻蚀掉栅极上面的氮化硅；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)，所述氮化硅的厚度为300～500埃米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)，用低压化学气相沉积法淀积所述氧化层。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3)，所述氧化层的厚度为200～300埃米。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)，所述氧化层的厚度大于300埃米。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6)，干法刻蚀时，氮化硅对二氧化硅的刻蚀选择比大于10。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7)，所述金属层的材质为钛、钨或镍。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤7)，所述金属层的厚度为100～2000埃米。