射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管,包括P型襯底、在所述P型襯底上外延生長形成的P型外延層及位于P型外延層中離子注入形成的P阱,所述P阱用于形成溝道,所述在P型外延層中離子注入形成的P埋層。所述P埋層位于所述P阱的下方,所述P埋層與所述P阱相接觸。本發(fā)明所述的射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管可以有效的降低寄生雙極晶體管的基區(qū)電阻,從而抑制其寄生雙極晶體管導(dǎo)通。并且P埋層與P阱一起對輕摻雜的漂移區(qū)進(jìn)行耗盡,使漂移區(qū)表面電場分部均勻,降低多晶硅柵靠近漏端邊緣下方電場強(qiáng)度,從而抑制熱載流子注入到柵靠近漏端邊緣氧化層中。
【專利說明】射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路,特別是涉及一種射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管,本發(fā)明還涉及該晶體管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著3G時(shí)代的到來,通訊領(lǐng)域越來越多的要求更大功率的射頻(RF)器件的開發(fā)。射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管(RFLDM0S),由于其具有非常高的輸出功率,早在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于手提式無線基站功率放大中,其應(yīng)用頻率為900MHZ-3.8GHz。RFLDM0S與傳統(tǒng)的硅基雙極晶體管相比,具有更好的線性度,更高的功率和增益。如今,RFLDM0S比雙極管,以及GaAs器件更受歡迎。
[0003]在RFLDM0S的可靠性評估中,熱載流子注入(HCI)和寄生雙極晶體管是否容易導(dǎo)通是兩個(gè)非常重要的指標(biāo),它們影響到器件的壽命。目前RFLDM0S的結(jié)構(gòu)如圖1所示,采用摻高濃度P型雜質(zhì)的襯底,即P型襯底11,在所述P型襯底11上根據(jù)器件耐壓的要求不同外延生長不同厚度和摻雜濃度的P型外延層12,隨后形成柵氧17及多晶硅柵15,然后通過離子注入和擴(kuò)散工藝分別形成輕摻雜的漂移區(qū)(LDD) 18、P阱14、N+源區(qū)110、N+漏區(qū)111和P+區(qū)域19,再分別形成法拉第屏蔽層16、P型多晶硅塞或金屬塞13等后續(xù)其他工藝過程形成RFLDM0S。這種結(jié)構(gòu)在漏端有輕摻雜的漂移區(qū)(LDD) 18,從而使其具有較大的擊穿電壓(BV),同時(shí)由于其漂移區(qū)18濃度較淡,使其具有較大的導(dǎo)通電阻(Rdson)。而RFLDM0S在應(yīng)用中,有時(shí)候會(huì)需要非常大的輸出功率,因此需要器件具有非常低的導(dǎo)通電阻(Rdson),此時(shí),漂移區(qū)的濃度會(huì)增加,在原有法拉第屏蔽層不變的情況下,多晶硅柵氧邊緣下方電場強(qiáng)度變大,使得HCI惡化。同時(shí),在研發(fā)過程中,寄生的雙極晶體管是否導(dǎo)通也是一項(xiàng)不容忽視的指標(biāo)。這里的寄生雙極管指的是,源端N型重?fù)诫s區(qū)域形成的發(fā)射區(qū)、溝道P型中摻雜區(qū)域形成的基區(qū)和輕摻雜漂移區(qū)形成的集電區(qū)。其導(dǎo)通的原因主要是,溝道濃度太低或者有效溝道長度太短,基區(qū)電阻較大,使得基區(qū)和發(fā)射區(qū)正向?qū)ā?br>
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管,能降低寄生雙極晶體管基區(qū)電阻從而抑制寄生雙極晶體管導(dǎo)通,并且降低多晶硅柵氧靠近漏端邊緣下方的電場強(qiáng)度從而抑制HCI。
[0005]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供的一種射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管,包括P型襯底、在所述P型襯底上外延生長形成的P型外延層及位于P型外延層中的P阱,所述P阱用于形成溝道,所述在P型外延層中包括一 P埋層,所述P埋層位于所述P阱的下方,所述P埋層與所述P阱相接觸。
[0006]進(jìn)一步的,所述P埋層的長度為源端到溝道底下區(qū)域的長度。
[0007]進(jìn)一步的,所述P埋層的長度為所述P型外延層的長度。
[0008]進(jìn)一步的,還包括氧化層和多晶硅柵、輕摻雜的漂移區(qū)、法拉第屏蔽層、N+源區(qū)、N+漏區(qū)、P+區(qū)域、以及P型多晶硅塞或金屬塞。
[0009]一種射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管的制造方法,包括:
[0010]步驟1、在P型襯底上外延生長P型外延層;在P型外延層上面生長一層阻擋氧化層,然后通過離子注入形成P埋層。
[0011]步驟2、多晶硅柵的形成,首先去除所述阻擋氧化層,接著熱氧生長一層?xùn)叛趸瘜樱缓蟮矸e多晶硅,淀積光刻膠,最后通過光刻板定義刻蝕出多晶硅柵;
[0012]步驟3、輕摻雜漂移區(qū)的形成,在不去除光刻膠的情況下,進(jìn)行輕摻雜漂移區(qū)的N型離子注入,形成輕摻雜漂移區(qū);
[0013]步驟4、P阱的形成,光刻板定義出P阱區(qū)域及位置,刻蝕出該區(qū)域,通過自對準(zhǔn)的工藝進(jìn)行P型離子注入,然后高溫推進(jìn)形成;
[0014]步驟5、通過光刻板分別定義出N+源區(qū)、N+漏區(qū)以及P+區(qū)域,分別進(jìn)行離子注入形成N+源區(qū)、N+漏區(qū)以及P+區(qū)域;
[0015]步驟6、法拉第屏蔽層的形成,淀積氧化層,淀積金屬硅化物,光刻板定義出法拉第屏蔽層的面積和位置,然后刻蝕金屬硅化物形成法拉第屏蔽層;
[0016]步驟7、P型多晶硅塞或者金屬塞的形成,光刻板定義出P型多晶硅塞或者金屬塞的區(qū)域,刻蝕出槽,淀積P型多晶硅或者金屬材料,通過研磨或者刻蝕等工藝形成。
[0017]進(jìn)一步的,步驟I中所述的離子注入形成P埋層為通過在所述P型外延層中光刻板定義刻蝕出P埋層的區(qū)域,然后注入P型雜質(zhì),高溫推進(jìn)形成一 P埋層。
[0018]進(jìn)一步的,步驟I中所述離子注入形成P埋層為在所述P型外延層中直接普注P型雜質(zhì),然后高溫推進(jìn)形成一 P埋層。
[0019]進(jìn)一步的,步驟I中所述離子注入形成P埋層,所述離子的種類為硼,其能量為100keV-1000keV,劑量為1.0e12-L Oe15CnT2 ;步驟3中所述的輕摻雜漂移區(qū)的N型離子注入,所述離子的種類為磷或砷,其能量為50keV-300keV,劑量為1.0en_4.0e12CnT2 ;步驟4中所述的P型離子注入,所述離子的種類為硼,能量為30-80keV,劑量為5e12-2e14Cm_2。
[0020]進(jìn)一步的,步驟6中所述的法拉第屏蔽層為一層。
[0021]進(jìn)一步的,步驟6中所述的法拉第屏蔽層為多層。
[0022]本發(fā)明所述的射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管可以有效的降低寄生雙極晶體管的基區(qū)電阻,從而抑制其寄生雙極晶體管導(dǎo)通。并且P埋層的注入與P阱一起對輕摻雜的漂移區(qū)進(jìn)行耗盡,使漂移區(qū)表面電場分部均勻,降低多晶硅柵靠近漏端邊緣下方部分電場強(qiáng)度降低,從而抑制熱載流子注入到柵邊緣氧化層中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0024]圖1是現(xiàn)有的RFLDM0S器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0025]圖2是本發(fā)明RFLDM0S器件第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖;
[0026]圖3是本發(fā)明RFLDM0S器件第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖;
[0027]圖4a是公知的RFLDM0S在HCI測試條件下的碰撞電離率圖;
[0028]圖4b是本發(fā)明的RFLDM0S在HCI測試條件下的碰撞電離率圖;
[0029]圖4c是公知的RFLDM0S與本發(fā)明RFLDM0S在沿著圖4a中M切線所對應(yīng)的電場強(qiáng)度曲線對比圖;
[0030]圖5a是公知的RFLDM0S硼離子的濃度分布圖;
[0031]圖5b是本發(fā)明的RFLDM0S硼離子的濃度分布圖;
[0032]圖5c是公知的RFLDM0S與本發(fā)明RFLDM0S在沿著圖5a中N切線所對應(yīng)的硼離子濃度分布對比圖;
[0033]圖6是公知的RFLDM0S與本發(fā)明RFLDM0S的轉(zhuǎn)移特性曲線對比圖;
[0034]圖1是公知的RFLDM0S與本發(fā)明RFLDM0S的擊穿電壓曲線對比圖;
[0035]圖8a_8i是本發(fā)明RFLDM0S制造方法的流程示意圖。
[0036]主要器件【專利附圖】

【附圖說明】:
[0037]P型襯底11P型外延層12
[0038]P型多晶硅塞或金屬塞13P阱14
[0039]多晶硅柵15法拉第屏蔽層16
[0040]氧化層17輕摻雜的漂移區(qū)18
[0041]P+區(qū)域 19N+源區(qū) 110
[0042]N+漏區(qū) 111
[0043]P型襯底201P`型外延層202
[0044]P 埋層 203P 阱 204
[0045]P型多晶硅塞或金屬塞205多晶硅柵206
[0046]氧化層207法拉第屏蔽層208
[0047]輕摻雜的漂移區(qū)209P+區(qū)域210
[0048]N+源區(qū) 211N+漏區(qū) 212
[0049]P型襯底301P型外延層302
[0050]P 埋層 303P 阱 304[0051 ]P型多晶硅塞或金屬塞305 多晶硅柵306
[0052]氧化層307法拉第屏蔽層308
[0053]輕摻雜的漂移區(qū)309P+區(qū)域310
[0054]N+源區(qū) 311N+漏區(qū) 312
[0055]P型襯底801P型外延層802
[0056]阻擋氧化層803光刻膠804
[0057]P埋層805柵氧化層806
[0058]多晶硅807多晶硅柵808
[0059]輕摻雜漂移區(qū)809P阱810
[0060]P+區(qū)域 811N+源區(qū) 812
[0061]N+漏區(qū)813法拉第屏蔽層814
[0062]氧化層815P型多晶硅塞或者金屬塞816
【具體實(shí)施方式】
[0063]為使貴審查員對本發(fā)明的目的、特征及功效能夠有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識,以下配合附圖詳述如后。[0064]如圖2所示,為本發(fā)明RFLDM0S器件的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖,采用摻高濃度P型雜質(zhì)的襯底,即P型襯底201,在所述P型襯底201上根據(jù)器件耐壓的要求不同生長不同厚度和摻雜濃度的P型外延層202,在所述的P型外延層202中通過光刻板定義刻蝕出P埋層203的區(qū)域,即源端到溝道底下區(qū)域,然后進(jìn)行P型離子注入并高溫推進(jìn)形成P埋層203 ;利用離子注入和擴(kuò)散工藝形成P阱204,熱氧生長氧化層207和淀積多晶硅柵206 ;利用離子注入和擴(kuò)散工藝分別形成輕摻雜的漂移區(qū)(LDD) 209、P+區(qū)域210、N+源區(qū)211及N+漏區(qū)212。隨后形成法拉第屏蔽層208、P型多晶硅塞或者金屬塞205。其中,所述P阱204用于形成溝道;所述P埋層203位于所述P阱204的下方,所述P埋層203與所述P阱204相接觸;所述P埋層203的注入可以有效的降低寄生雙極晶體管的基區(qū)電阻,從而抑制其寄生雙極晶體管導(dǎo)通并且P埋層203的注入與P阱204 —起對輕摻雜的漂移區(qū)209進(jìn)行耗盡,使輕摻雜的漂移區(qū)209表面電場分部均勻,降低多晶硅柵206靠近漏端邊緣下方部分電場強(qiáng)度降低,從而抑制熱載流子注入到柵邊緣氧化層中。
[0065]如圖3所示,為本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖,本發(fā)明第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于,本實(shí)施例中的P埋層303的區(qū)域不使用光刻板定義,而直接進(jìn)行P型離子普注,即P埋層303的長度為所述P型外延層302的長度。
[0066]如圖4a、圖4b所示,分別為公知的RFLDM0S和本發(fā)明的RFLDM0S在HCI測試條件下的碰撞電離率圖,圖4a、圖4b中電離率隨著顏色的加深電離率變大,從圖4a、圖4b中可以看出,區(qū)域A淺色部分的面積明顯比區(qū)域B的面積大,即公知的RFLDM0S在多晶硅柵下的電離率明顯比本發(fā)明的RFLDM0S的電離率大,則本發(fā)明的結(jié)構(gòu)有益于抑制熱載流子的注入(HCL)。
[0067]如圖4c所示,為公知的RFLDM0S與本發(fā)明RFLDM0S在沿著圖4a中M切線所對應(yīng)的電場強(qiáng)度曲線對比圖,其中虛線表示公知技術(shù),實(shí)線表示本發(fā)明技術(shù)??梢钥闯霰景l(fā)明的RFLDM0S沿著M切線的電場強(qiáng)度明顯小于公知技術(shù),有益于抑制熱載流子注入(HCI)。
[0068]如圖5a、5b所示,分別表示公知的RFLDM0S與本發(fā)明的RFLDM0S硼離子的濃度分布圖,圖5a、5b中硼離子的濃度隨著顏色的加深濃度越小,則可以看出圖5a中的硼離子濃度較大的區(qū)域面積明顯小于圖5b中的面積,可以知道公知的RFLDM0S中的硼離子的濃度比本發(fā)明的RFLDM0S硼離子的濃度小。
[0069]如圖5c所示,為公知的RFLDM0S與本發(fā)明RFLDM0S在沿著圖5a中N切線所對應(yīng)的硼離子濃度分布對比圖,其中虛線表示公知技術(shù),實(shí)線表示本發(fā)明技術(shù),可以看出本發(fā)明的RFLDM0S沿著N切線所對應(yīng)的硼離子濃度分布明顯大于公知的RFLDM0S,有利于降低寄生雙極晶體管的基區(qū)電阻,從而可以起到抑制寄生雙極晶體管導(dǎo)通的作用。如圖6所示,為公知的RFLDM0S與本發(fā)明RFLDM0S的轉(zhuǎn)移特性曲線對比圖,其中虛線表示公知技術(shù),實(shí)線表示本發(fā)明技術(shù),從圖中可以看出,兩者的轉(zhuǎn)移特性曲線基本一致,即兩種器件的閾值電壓、導(dǎo)通電阻基本相同。
[0070]如圖7所示,為公知的RFLDM0S與本發(fā)明RFLDM0S的擊穿電壓曲線對比圖,其中虛線表示公知技術(shù),實(shí)線表示本發(fā)明技術(shù),從圖中可以看出,兩者的轉(zhuǎn)移特性曲線基本一致,即兩種器件的擊穿電壓基本相同。
[0071]本發(fā)明的射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管的制造方法,包括:
[0072]步驟1、在P型襯底801上外延生長P型外延層802 ;在P型外延層802上面生長一層阻擋氧化層803 ;淀積一層光刻膠804,然后通過光刻板在所述P型外延層802中定義刻蝕出P埋層805注入的區(qū)域,然后進(jìn)行P型離子注入,然后高溫推進(jìn)形成P埋層805 ;如圖8a所示,或者不淀積光刻板,在所述P型外延層802中直接普注P型雜質(zhì),然后高溫推進(jìn)形成P埋層805,如圖Sb所示。注入較高能量的P型雜質(zhì),其雜質(zhì)種類為硼,其能量為lOOkeV-lOOOkeV,劑量為1.0e12-L Oe15Cm'形成的P埋層805的體濃度為1.0e15-L 0e2°cnT3。最后去除光刻膠804。
[0073]步驟2、多晶硅柵808形成,首先去除阻擋氧化層803,接著熱氧生長一層?xùn)叛趸瘜?06,然后淀積多晶硅807,淀積光刻膠804,如圖8c ;最后通過光刻板定義刻蝕出多晶硅柵808,如圖8d所示。
[0074]步驟3、在不去除光刻膠804的情況下,進(jìn)行一步較高能量的輕摻雜漂移區(qū)(LDD) 809的N型離子注入。所述N型離子種類為磷、砷等,其能量為50keV-300keV,劑量為1.0en-4.0e12cm_2。如圖8e所示;然后去除光刻膠804。
[0075]步驟4、P阱810的形成,光刻板定義出P阱810區(qū)域及位置,刻蝕出該區(qū)域,通過自對準(zhǔn)的工藝進(jìn)行P型離子注入,然后高溫推進(jìn)形成。所述P型離子為硼,能量為30-80keV,劑量為5e12-2e14cm-2 ;如圖8f所示。
[0076]步驟5、通過光刻板定義出P+區(qū)域811、N+源區(qū)812及N+漏區(qū)813,分別進(jìn)行離子注入并高溫退火形成N+源區(qū)811、N+漏區(qū)812以及P+區(qū)域813 ;注入N+源區(qū)812及N+漏區(qū)813的N+離子,雜質(zhì)為磷或砷,能量為0keV-200keV,劑量為1.0e12-L Oe1W20在P+區(qū)域811中注入P+離子,雜質(zhì)為硼或者二氟化硼,其能量為OkeV-lOOkeV,劑量為1.0e12-L Oe16CnT2 ;如圖 8g 所示。
[0077]步驟6、法拉第屏蔽層814的形成工藝:淀積氧化層815,淀積金屬硅化物,光刻板定義出法拉第屏蔽層814的面積和位置,然后刻蝕金屬硅化物形成法拉第屏蔽層814,如圖Sh0其中法拉第屏蔽層可以是一層或者多層的結(jié)構(gòu)。
[0078]步驟7、P型多晶硅塞或者金屬塞816的形成工藝:光刻板定義出P型多晶硅塞或者金屬塞816的區(qū)域,刻蝕出槽,淀積P型多晶硅或者金屬材料,通過研磨或者刻蝕等工藝形成,如圖8i。
[0079]以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下,本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn),這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管,包括P型襯底、在所述P型襯底上外延生長形成的P型外延層及位于P型外延層中的P阱,所述P阱用于形成溝道,其特征在于,所述在P型外延層中包括一 P埋層,所述P埋層位于所述P阱的下方,所述P埋層與所述P阱相接觸。
2.如權(quán)利要求1所述射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管,其特征在于,所述P埋層的長度為源端到溝道底下區(qū)域的長度。
3.如權(quán)利要求1所述射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管,其特征在于,所述P埋層的長度為所述P型外延層的長度。
4.如權(quán)利要求1所述的射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管,其特征在于,還包括氧化層和多晶硅柵、輕摻雜的漂移區(qū)、法拉第屏蔽層、N+源區(qū)、N+漏區(qū)、P+區(qū)域、以及P型多晶硅塞或金屬塞。
5.一種如權(quán)利要求1所示的射頻橫向雙擴(kuò)散場效應(yīng)晶體管的制造方法,其特征在于,包括: 步驟1、在P型襯底上外延生長P型外延層;在P型外延層上面生長一層阻擋氧化層,然后通過離子注入形成P埋層; 步驟2、多晶硅柵的形成,首先去除所述阻擋氧化層,接著熱氧生長一層?xùn)叛趸瘜?,然后淀積多晶硅,淀積光刻膠,最后通過光刻板定義刻蝕出多晶硅柵; 步驟3、輕摻雜漂移區(qū)的形成,在不去除光刻膠的情況下,進(jìn)行輕摻雜漂移區(qū)的N型離子注入,形成輕摻雜漂移區(qū),然后去除光刻膠; 步驟4、P阱的形成,光刻板定義出P阱區(qū)域及位置,刻蝕出該區(qū)域,通過自對準(zhǔn)的工藝進(jìn)行P型離子注入,然后高溫推進(jìn)形成; 步驟5、通過光刻板分別定義出N+源區(qū)、N+漏區(qū)以及P+區(qū)域,分別進(jìn)行離子注入并高溫退火形成N+源區(qū)、N+漏區(qū)以及P+區(qū)域; 步驟6、法拉第屏蔽層的形成,淀積氧化層,淀積金屬硅化物,光刻板定義出法拉第屏蔽層的面積和位置,然后刻蝕金屬硅化物形成法拉第屏蔽層; 步驟7、P型多晶硅塞或者金屬塞的形成,光刻板定義出P型多晶硅塞或者金屬塞的區(qū)域,刻蝕出槽,淀積P型多晶硅或者金屬材料,通過研磨或者刻蝕等工藝形成。
6.如權(quán)利要求5所述的制造方法,其特征在于,步驟I中所述的離子注入形成的P埋層為通過在所述P型外延層中光刻板定義刻蝕出P埋層的區(qū)域,然后注入P型雜質(zhì),高溫推進(jìn)形成。
7.如權(quán)利要求5所述的制造方法,其特征在于,步驟I中所述離子注入形成P埋層為在所述P型外延層中直接普注P型雜質(zhì),然后高溫推進(jìn)形成。
8.如權(quán)利要求5所述的制造方法,其特征在于,步驟I中所述離子注入形成P埋層,所述離子的種類為硼,其能量為100keV-1000keV,劑量為1.0e12-L Oe15CnT2步驟3中所述的輕摻雜漂移區(qū)的N型離子注入,所述離子的種類為磷或砷,其能量為50keV-300keV,劑量為1.0en-4.0e12CnT2 ;步驟4中所述的P型離子注入,所述離子的種類為硼,能量為30_80keV,劑量為 5e12-2e14cnT2。
9.如權(quán)利要求5所述的制造方法,其特征在于,步驟6中所述的法拉第屏蔽層為一層。
10.如權(quán)利要求5所述的制造方法,其特征在于,步驟6中所述的法拉第屏蔽層為多層。
【文檔編號】H01L29/78GK103855210SQ201210509266
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月3日
【發(fā)明者】李娟娟, 錢文生, 韓峰, 慈朋亮 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司