无负阻ldmos器件结构及其生产方法

专利名称：无负阻ldmos器件结构及其生产方法
技术领域：
本发明涉及的是一种降低硅LDMOS器件寄生双极晶体管负阻效应，并适用 于硅LDMOS器件的研制与生产的无负阻LDMOS器件结构，属于半导体微电子设 计制造技术领域。
技术背景与硅双极器件相比，硅LDMOS器件具有输出功率大、线性好，失真小，热 稳定性好等显著优点，因此大量应用于数字电视，医疗诊断器械，移动通讯 等领域，特别是移动通讯领域，硅微波LDMOS功率器件是其基站所用微波功 率器件的首选产品。 一般认为L固OS器件不向双极器件那样具有负阻效应， 但实际上源区-沟道区-漏区会构成一寄生双极晶体管，如果控制不好，这一 寄生双极晶体管同样会在工作过程中出现负阻问题，从而导致LDMOS器件烧 毁，常规的抑制寄生双极晶体管负阻效应的方法是用高浓度硼将源区包围起 来，形成屏蔽源结构，降低寄生双极晶体管发射极发射效率，这一方法一方 面需要增加工艺步骤，另一方面需要严格控制屏蔽源的区域，否则会影响器 件的其它性能，如阈值电压等，因此工艺的实现有一定难度。 发明内容本发明的目的是为了抑制硅L面OS器件中寄生双极晶体管的负阻效应，克 服传统的屏蔽源结构需要增加工艺步骤及工艺实现有一定难度的缺陷，提供一种硅LDMOS器件结构及其生产方法。本发明的技术解决方案无负阻LDMOS器件结构，包括沟道区、漂移区、 源漏区，在有源区边界用一高浓度的浓硼区将LDMOS器件漂移区包围起来， 该浓硼区与漂移区在有源区边界形成一个P"NT二极管，该二极管击穿电压比 器件有源区内部本征击穿电压略低。无负阻LDM0S器件的生产方法，其特征是该方法的工艺步骤分为，1) .在电阻率(0.01 0. 02)Q.cm的P型硅衬底上外延(8 13)Q.cm，厚度(5 IO),的P型外延层；2) .利用高能高剂量离子注入加热推进或者利用ICP刻蚀贯通外延层的深槽，进行侧壁扩散加掺硼多晶硅填充的办法形成形成包围漂移区的高浓度 硼掺杂区，同时形成表面源与背面衬底连接的高浓度硼连接区；3) .利用局部氧化技术进行场氧化，栅牺牲层氧化(300 700)A与腐蚀、栅氧化，厚度(300 700)A;4) .LPCVD淀积多晶硅，厚度(4000 6000)A，光刻刻蚀多晶硅，形成多晶 硅栅图形；5) .以多晶硅作为自对准边界，光刻沟道注入区，进行沟道注入(能量40Kev 60Kev，剂量3E13cm—2 lE14cm-2)和推进(温度1050。C 115(rC，时间3h)， 形成器件沟道区；6) .以多晶硅作为自对准边界，光刻源漏注入区，进行源漏注入(能量80Kev 120Kev，剂量lE15cm—2 犯15，—"和推进(温度900。C 100(TC，时间 30min)，形成器件源区和漏区；7) .漂移区注入(能量80Kev 140Kev，剂量lE12cm—" 4E12cm,和退火(温度900°C 1000°C，时间30min)，同时步骤2)形成的包围漂移区的高浓度硼掺 杂区与漂移区在有源区边界形成一个Pl二极管；8) .用LPCVD工艺在硅片表面淀积Si02 (厚度5000A 8000A)，光刻、刻蚀Si02开接触窗口；9) .蒸发金属膜(厚度3000A 5000A)，反刻形成金属电极，即漏极D和栅极G;10) .背面磨片，将硅片减薄到60jim 110)im，蒸发Ti (500 A 1500)A /Ni(3000 5000) A /Au(3000 5000)A形成下电极，即源极S。 本发明的优点有效抑制硅LDMOS器件中寄生双极晶体管的负阻效应， 克服了传统的屏蔽源结构需要增加工艺步骤及工艺实现存有一定难度的缺 点，硅LDMOS器件结构可以在不增加工艺的情况下较好的避免寄生双极晶体 管的负阻效应。它用一高浓度的浓硼区将LDMOS器件漂移区包围起来，该高 浓度的浓硼区和漂移区形成一个P+N—二极管，该二极管的击穿电压略低于有 源区内部的本征击穿电压，当漏端电压高于该二极管的击穿电压时，该二极 管首先击穿，提供一个击穿电流通路，这样器件内部有源区就不会进入击穿 区，寄生双极晶体管也就无法进入负阻状态，从而起到保护器件的作用，同 时该包围漂移区的高浓度浓硼区也起到隔离有源区的作用，可以有效降低漏 源漏电流。


图1是常规硅LDMOS晶体管光刻版俯视图其中图l(a)是光刻版俯视图，图l(b)是图l(a)沿A-A的剖面示意图 图2是本发明LDMOS晶体管示意图。其中图2(a)是光刻版俯视图，图2(b)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2 (c)是图2 (a)沿B-B的剖面示意图。图2. I是(IOO)晶面 7 ++结构外延片的示意图；图2. 2是包围漂移区的高浓度浓硼掺杂区形成(图2. 2b)示意图，其中图2.2 (a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 2 (b)是图2(a)沿B-B的剖面示意图。图2.3是栅牺牲层氧化、栅牺牲层腐蚀、栅氧化层形成示意图；其中图2.3(a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 3 (b)是图2(a)沿B-B的剖面示意图。图2. 4是LPCVD淀积(4000 6000)埃多晶硅，光刻刻蚀多晶硅形成栅多晶硅图 形示意图；其中图2.4(a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 4 (b)是图2(a)沿B-B 的剖面示意图。图2. 5是以多晶硅作为自对准边界，光刻沟道注入区，进行沟道注入和推进，形成器件沟道区示意图；其中图2.5(a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 5 (b)是图2(a)沿B-B的剖面示意图。图2. 6是以多晶硅作为自对准边界，光刻源漏注入区，进行源漏注入和推进，形成器件源区和漏区示意图；其中图2.6(a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 6 (b)是图2(a)沿B-B的剖面示意图。图2. 7是漂移区注入和退火示意图，同时(图2. 2b)包围漂移区的高浓度浓硼 区与漂移区在有源区边界形成一个P+N—二极管；其中图2.7(a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 7 (b)是图2(a)沿B-B 的剖面示意图。图2.8是用LPCVD工艺在硅片表面淀积Si02钝化层，光刻、刻蚀Si02开接触窗 口示意图；其中图2.8(a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 8 (b)是图2(a)沿B-B 的剖面示意图。图2.9是蒸发金属膜；反刻形成金属电极，即漏极D和栅极G示意图；其中图2.9(a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 9 (b)是图2(a)沿B-B 的剖面示意图。图2. IO是背面磨片，将硅片减薄，蒸发形成下电极，即源极S示意图。其中图2. 10(a)是图2(a)沿A-A的剖面示意图，图2. 10(b)是图2(a)沿B-B的剖面示意图。图中的G是栅电极；D是漏电极；l是源电极；2是源区；3是屏蔽源； 4是沟道区；5是栅多晶硅；6是栅氧化层；7是漂移区；8是漏区；9是漏 电极；IO是背面源电极；ll是表面源电极与背面衬底连接的连接区；12是 外延层；13是衬底。14是包围漂移区的高浓度浓硼区，该区与漂移区在有 源区边界形成一个P"N'二极管。
具体实施方式
对照图l，常规硅LDMOS晶体管示意图。其中3-屏蔽源就是用来抑制寄生 双极晶体管负阻效应的，这种实现方法需要额外的工艺步骤，同时该区域紧 邻沟道区，因此对沟道区浓度有一定影响，从而影响器件的电性能，与阈值 电压，因此工艺上需要严格控制；对照图2，包围漂移区的高浓度浓硼区14,该区域与漂移区在有源区边界 形成一个P+N—二极管，是本发明用来抑制寄生双极晶体管负阻效应的，该二 极管击穿电压比有源区电压略低，在漏源电压高于该二极管击穿电压时，该 二极管首先击穿，从而抑制了寄生双极晶体管的负阻效应，保护了器件，该 方法比常规屏蔽源的方法能更彻底抑制寄生双极晶体管的负阻效应，同时该 区域可以有效降低漏源漏电流。实施例l，1) .在电阻率0.01Q.cm的P型硅衬底上外延8Q.cm，厚度5nm的P型外延层(图2. 1);2) .利用高能高剂量离子注入加热推进或者利用ICP刻蚀贯通外延层的深槽，进行侧壁扩散加掺硼多晶硅填充的办法形成形成包围漂移区的 高浓度硼掺杂区(图2. 2b)，同时形成表面源与背面衬底连接的高浓 度硼连接区(图2.2a);3) .利用局部氧化技术进行场氧化，栅牺牲层氧化300A与腐蚀、栅氧化，厚度300A(图2. 3);4) .LPCVD淀积多晶硅，厚度(4000 6000)A，光刻刻蚀多晶硅，形成多 晶硅栅图形(图2. 4);5) .以多晶硅作为自对准边界，光刻沟道注入区，进行沟道注入(能量40Kev，剂量3E13cnf，卩推进温度105(TC，时间3h，形成器件沟道区(图 2. 5);6) .以多晶硅作为自对准边界，光刻源漏注入区，进行源漏注入(能量80Kev,剂量lE15cm—，卩推进温度900。C，时间30min，形成器件源区和漏区(图2. 6);7) .漂移区注入能量80Kev，剂量lE12cm々和退火温度900。C，时间30min(图2. 7)，同时步骤2)形成的包围漂移区的高浓度硼掺杂区与漂移区在 有源区边界形成一个P+N—二极管(图2. 7b);8) .用LPCVD工艺在硅片表面淀积Si02厚度5000A，光刻、刻蚀Si02开接触窗口(图2. 8);9) .蒸发金属膜厚度3000A，反刻形成金属电极，即漏极D和栅极G(图2. 9);10) .背面磨片，将硅片减薄到60iLim ll(^m，蒸发Ti 500 A /Ni 3000A/Au3000A形成下电极，即源极S(图2. 10)。 实施例2，1) .在电阻率O. 02Q.cm的P型硅衬底上外延13Q.cm，厚度10ium的P型外延层(图2. 1);2) .利用高能高剂量离子注入加热推进或者利用ICP刻蚀贯通外延层的深槽，进行侧壁扩散加掺硼多晶硅填充的办法形成形成包围漂移区的 高浓度硼掺杂区(图2. 2b)，同时形成表面源与背面衬底连接的高浓 度硼连接区(图2.2a);3) .利用局部氧化技术进行场氧化，栅牺牲层氧化700A与腐蚀、栅氧化，厚度700A(图2. 3);4) .LPCVD淀积多晶硅，厚度6000A，光刻刻蚀多晶硅，形成多晶硅栅图 形(图2. 4);5) .以多晶硅作为自对准边界，光刻沟道注入区，进行沟道注入能量60Kev，剂量lE14cm—2和推进温度1150"，时间3h，形成器件沟道区(图 2.5);6) .以多晶硅作为自对准边界，光刻源漏注入区，进行源漏注入(能量80Kev 120Kev,剂量3E15cm—，卩推进温度1000。C ，时间30min,形成 器件源区和漏区(图2.6);7) .漂移区注入能量140Kev，剂量4E12cm—2和退火温度1000°(:，时间30min(图2. 7)，同时步骤2)形成的包围漂移区的高浓度硼掺杂区与 漂移区在有源区边界形成一个Pl二极管(图2. 7b);8) .用LPCVD工艺在硅片表面淀积Si02厚度8000A，光刻、刻蚀Si02开接触窗口(图2. 8);9) .蒸发金属膜厚度5000A，反刻形成金属电极，即漏极D和栅极G(图2. 9);10) .背面磨片，将硅片减薄到110pm，蒸发Ti 1500A/Ni 5000)A/Au5000A形成下电极，即源极S(图2.10)。
权利要求
1、无负阻LDMOS器件结构，其特征是包括沟道区、漂移区、源漏区，在有源区边界用一高浓度的浓硼区将LDMOS器件漂移区包围起来，该浓硼区与漂移区在有源区边界形成一个P+N-二极管，该二极管击穿电压比器件有源区内部本征击穿电压略低。
2、 无负阻LDMOS器件的生产方法，其特征是该方法的工艺步骤分为，1) .在电阻率(O. 01 0. 02)Q.cm的P型硅衬底上外延(8 13)Q.cm，厚度(5 lO)pm的P型外延层；2) .利用高能高剂量离子注入加热推进或者利用ICP刻蚀贯通外延层的深槽进行侧壁扩散加掺硼多晶硅填充的办法形成包围漂移区的高浓度硼掺 杂区，同时形成表面源与背面衬底连接的高浓度硼连接区；3) .利用局部氧化技术进行场氧化，栅牺牲层氧化(300 700)A与腐蚀、栅氧化，厚度(300 700)A; 4) .LPCVD淀积多晶硅，厚度(4000 6000)A，光刻刻蚀多晶硅，形成多晶 硅栅图形；5) .以多晶硅作为自对准边界，光刻沟道注入区，进行沟道注入(能量40Kev 60Kev，剂量3E13cnr2 lE14cnf2)和推进(温度105(TC li5(rC，时间3h)， 形成器件沟道区；6) .以多晶硅作为自对准边界，光刻源漏注入区，进行源漏注入(能量80Kev 120Kev，剂量lE15cm—2 3E15cm"2)和推进(温度900。C 100(TC，时间 30min)，形成器件源区和漏区；7) .漂移区注入(能量80Kev 140Kev，剂量lE12cm—2 4E12cm—2)和退火(温度900°C 1000°C，时间30min)，同时步骤2)形成的包围漂移区的高浓度 硼掺杂区与漂移区在有源区边界形成一个P+N—二极管；8) .用LPCVD工艺在硅片表面淀积Si02 (厚度5000A 8000A)，光亥lj、刻蚀Si02开接触窗口；9) .蒸发金属膜(厚度3000A 5000A),反刻形成金属电极，即漏极D和栅极G;10) .背面磨片，将硅片减薄到60pm ll(^m，蒸发Ti (500 A 1500)A /Ni(3000 5000) A /Au(3000 5000)A形成下电极，即源极S。
全文摘要
本发明是无负阻LDMOS器件结构及其生产方法，该结构包括沟道区、漂移区、源漏区，在有源区边界用一高浓度的浓硼区将LDMOS器件漂移区包围起来，该浓硼区与漂移区在有源区边界形成一个P⁺N^-二极管，该二极管击穿电压比器件有源区内部本征击穿电压略低。当漏端电压高于该二极管的击穿电压时，该二极管首先击穿，提供一个击穿电流通路，这样器件内部有源区就不会进入击穿区，寄生双极晶体管也就无法进入负阻状态，从而起到保护器件的作用，同时该包围漂移区的高浓度浓硼区也起到隔离有源区的作用，可以有效降低漏源漏电流。在不增加工艺的情况下有效抑制硅LDMOS器件中寄生双极晶体管的负阻效应。
文档编号H01L29/78GK101217161SQ20071019198
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者王佃利 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所