一种高频水平双扩散氧化物半导体器件及其制作方法与流程

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其是涉及一种高频水平双扩散氧化物半导体器件及其制作方法。

背景技术：

高频水平双扩散金属氧化物半导体(RF LDMOS)广泛应用于手机基站、广播电视和雷达等领域。如图1所示，现有的N型RF LDMOS的工艺一般包括在P型外延层20上制备P下沉层30、源层50、多晶硅层60、体区层70、漂移层80、漏层90以及P+注入层40等。RF LDMOS器件的工作原理是，下沉层30通过P+注入层40与源层50相连接，P+注入层40和源层又通过接触孔的金属短接。多晶硅层60下的沟道形成后，电流就可以从漏层90流到源层50，然后通过接触孔的金属流到P+注入区，然后通过P下沉区流到背面的源端。

RF LDMOS器件的传统制作方法，一般在裸露的硅表面上先做下沉层光刻定义，然后进行硅刻蚀，形成对准标记，提供给后续的有源层、多晶硅层对准使用。这种方法的缺点在于，下沉层的硅刻蚀，会在硅表面形成一个凹槽100，这个凹槽100在后续的P+注入时会形成P+区断面，如图1所述的P+注入区，位于下沉区的P+注入区与位于体区上方的P+注入区形成一个断面，这个断面使得下沉区不能很好的连结到源层50附近的P+注入区40上。而这个断面的形成，是由于在定义下沉区30时，使用了硅刻蚀形成凹槽100作为对准标记。尽管下沉离子驱入会减少这种影响，但是仍然存在风险。这种风险使得器件的导通电阻变的不稳定，且有偏大的趋势。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明提供一种高频水平双扩散氧化物半导体器 件及其制作方法，通过硅局部氧化技术形成对准凹槽，避免了刻蚀硅形成凹槽过程中的等离子损伤，同时使用硅局部氧化技术形成的凹槽的侧边比较平缓，不会造成离子注入区的断面，从而有效降低了器件的导通电阻。

根据本发明的一个方面，提供一种高频水平双扩散氧化物半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

在外延层上表面依次生成第一垫氧化层和第一氮化硅层；

在所述第一氮化硅层上定义下沉区域，并去除所述下沉区域的第一氮化硅层的氮化硅；

在所述下沉区域进行离子注入，形成下沉区；

在所述下沉区域的第一垫氧化层表面通过热氧化生成预设厚度的氧化层，所述氧化层的厚度大于所述第一垫氧化层的厚度；

分别去除所述第一氮化硅层、氧化层和第一垫氧化层，在所述下沉区域的外延层上形成凹槽，所述凹槽的底部与所述凹槽之外的外延层的表面平行，所述凹槽的底部宽度小于所述凹槽的顶部开口宽度；

依次在所述外延层上生成第二垫氧化层和第二氮化层，并在所述第二氮化硅层上以所述凹槽为对准标记定义有源区域；

根据定义的所述有源区域制备有源区。

其中，所述在外延层上表面依次生成第一垫氧化层和第一氮化硅层，具体包括：

通过热氧化所述外延层的上表面在所述外延层的上表面形成所述第一垫氧化层；或用化学气相沉积工艺在所述外延层的上表面沉积形成所述第一垫氧化层；

通过化学气相沉积工艺在所述第一垫氧化层的上表面沉积形成所述第一氮化硅层。

其中，使用刻蚀工艺去除所述下沉区域的第一氮化硅层的氮化硅；

其中，所述凹槽的深度为所述氧化层厚度的46％。

其中，所述凹槽的形状为倒梯形。

其中，所述凹槽的侧边为弧形。

其中，在所述下沉区域进行离子注入，形成下沉区，具体包括：

在所述下沉区域使用第一离子进行下沉区离子注入，高温驱入使得所述第一离子与所述衬底充分接触，形成下沉区。

其中，所述根据定义的所述有缘区域制备有源区，具体包括：

去除所述有源区之外的区域的第二氮化硅层的氮化硅；

在所述有源区之外的区域生成场氧化层；

去除所述有源区的第二氮化硅层和第二垫氧化层；

在所述有源区的外延层的上表面生成栅氧化层；

在所述栅氧化层的上表面的预设位置沉积多晶硅，生成栅区；

分别在所述有源区的外延层中制备漏区、源区、漂移区、体区以及离子注入区，所述离子注入区中注入的离子为与所述下沉区相同类型但不同浓度的第二离子。

其中，所述场氧化层通过湿法氧化行生成。

根据本发明的另一个方面，提供一种高频水平双扩散金属氧化物半导体器件，其特征在于，所述半导体器件由上述方法制成。

本发明所述的一种高频水平双扩散氧化物半导体器件及其制作方法，通过硅局部氧化技术形成对准凹槽，避免了刻蚀硅形成凹槽过程中的等离子损伤，同时使用硅局部氧化技术形成的凹槽的侧边比较平缓，不会造成离子注入区的断面，使得离子注入区可以更好地与下沉区相连接，从而有效降低了器件的导通电阻。进一步地，该方法工艺简单，操作性强，能够提高半导体器件的制作效率。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了现有的N型RF LDMOS器件的结构示意图。

图2示出了本发明的制造RF LDMOS器件的方法的流程图。

图3到图14示出了本发明一个实施例的RF LDMOS器件的制造工艺的截面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

图2示出了本发明的制造RF LDMOS器件的方法的流程图。

参照图2，本发明的制造RF LDMOS器件的方法的具体过程如下：

S1、在外延层上表面依次生成第一垫氧化层和第一氮化硅层；

在本实施例中，制备衬底以及外延层的过程使用现有技术中的常用工艺，在此不再详述，并且本实施例中使用的衬底和外延层均为硅片。

本实施例中的第一垫氧化层可以用热氧化工艺，通入氧气，让氧气和外延层表面发生反应生成二氧化硅层，具体温度在900～1100度之间。另外也可以用化学气相沉积工艺，沉积一层氧化层，温度在600～800度之间。第一垫氧化层的厚度在200～500埃之间。第一氮化硅层用化学气相沉积工艺，温度在600～800度之间，厚度在1000～3000埃之间。

S2、在所述第一氮化硅层上定义下沉区域，并去除所述下沉区域的第一氮化硅层的氮化硅；

在这一步骤中，在定义下沉区域后，用光阻作为掩膜，使用干法刻蚀下沉区域的第一氮化硅层，并在下层区域露出第一氧化硅层。

S3、在所述下沉区域进行离子注入，形成下沉区；

具体地，在所述下沉区域使用第一离子进行下沉区离子注入，然后去除光阻，高温驱入使得所述第一离子与所述衬底充分接触，形成下沉区。

S4、在所述下沉区域的第一垫氧化层表面通过热氧化生成预设厚度的氧化层，所述氧化层的厚度大于所述第一垫氧化层的厚度；

本实施例中通过热氧化生成氧化层，该氧化层的厚度要远大于第一垫氧化层的厚度，其热氧化温度为900～1100度之间，氧化层的厚度在1000～2000埃之间。

通过上述步骤S1、S2和S4，形成了一个完整的硅局部氧化技术LOCOS(LOCAL Oxidation of Silicon)的工艺过程，而步骤S4的目的是为了形成用于对准的硅凹槽，这个凹槽的深度由此步骤的氧化层厚度决定。按照硅在二氧化硅中的消耗比例，这个凹槽深度是氧化层厚度的46％。这个硅凹槽是平缓的，而不是传统工艺中硅刻蚀形成的非常陡峭的台阶，所以也避免了后续的离子注入区的断层。

S5、分别去除所述第一氮化硅层、氧化层和第一垫氧化层，在所述下沉区域的外延层上形成凹槽，所述凹槽的底部与所述凹槽之外的外延层的表面平行，所述凹槽的底部宽度小于所述凹槽的顶部开口宽度；

此步骤中用温度170度，浓度为85％的浓磷酸去除第一氮化硅层，然后用氢氟酸剥除第一垫氧化层和上步工艺中生长的氧化层。

去除氧化层后，在外延层上形成了用于对准的凹槽。该凹槽的形状近似为倒梯形，或是底边水平，侧边为劣弧形。

S6、依次在所述外延层上生成第二垫氧化层和第二氮化层，并在所述第二氮化硅层上以所述凹槽为对准标记定义有源区域；

本实施例中的第二垫氧化层的厚度在200～500埃之间，第二氮化硅层的厚度在1500～3000埃之间。在有源区光刻工艺中，用前述的LOCOS工艺形成的硅凹槽进行对准。

S7、根据定义的所述有源区域制备有源区。

在上述过程中，有源区的结构的制备工艺与现有的方法中的工艺相同，即具体过程如下：

去除所述有源区之外的区域的第二氮化硅层的氮化硅；

在所述有源区之外的区域生成场氧化层；

在本实施例中，使用湿法氧化的方法生长场氧化层，场氧化层的厚度在5000～30000埃之间。

去除所述有源区的第二氮化硅层和第二垫氧化层；

一般用温度170度，浓度为85％的浓磷酸去除第二氮化硅层，用氢氟酸剥除第二垫氧化层。

在所述有源区的外延层的上表面生成栅氧化层；

在所述栅氧化层的上表面的预设位置沉积多晶硅，生成栅区；

分别在所述有源区的外延层中制备漏区、源区、漂移区、体区以及离子注入区，所述离子注入区中注入的离子为与所述下沉区相同类型但不同浓度的第二离子。

上述过程完成后，进行后段工艺，如孔层形成，表面金属连线等等，在此不再详述。

在上述方法的实施例中，根据可替代的实施方案也可以执行其他顺序的步骤。例如，本发明的替代实施方案可以以不同次序执行以上概述的步骤。此外，上述方法中单独步骤可以包括以各种次序进行的多个子步骤，只要适合于单独步骤即可。此外，根据特定的应用可以添加或去除附加的步骤。本领域技术人员之一将认识到许多变化方案、修改方案和替代方案。

下面通过具体实施例详细描述本发明的RF LDMOS器件的制作工艺过程。本实施例以N型RF LDMOS器件的制造为例进行描述。

图3到图14示出了本发明一个实施例的RF LDMOS器件的制造工艺的截面图。

参照图3，在制备P型衬底10和P型外延20后，在P型外延层20上制备第一垫氧化层101，本实施例的第一垫氧化层101可以用热氧化工艺，通入氧气，让氧气和外延层20表面发生反应生成二氧化硅层，具体温度在900～1100度之间。另外也可以用化学气相沉积工艺，沉积第一垫氧化层，温度在600～800度之间。第一垫氧化层101的厚度在200～500 埃之间。第一氮化硅层102用化学气相积工艺，温度在600～800度之间，厚度在1000～3000埃之间。

然后如图4所示，在第一氮化硅层102上沉积第一光阻103，在第一垫氧化层102上的第一预设区域定义下沉区域，并以第一光阻103为掩膜，去除所述下沉区域的第一氮化硅层102的氮化硅。

在定义的下沉区域使用第一离子进行下沉离子注入，然后去掉光阻103，高温驱入使得第一离子与衬底10充分接触，形成下沉区30，如图5所示。

然后在下沉区域的第一垫氧化层101的表面通过热氧化生成预设厚度的氧化层104，在本实施例中，生成的氧化层的厚度在1000～2000埃之间，如图6所示。

如图7所示，分别去除所述第一氮化硅层102、氧化层104和第一垫氧化层101，由于氧化层的生成，在下沉区域的外延层上形成了具有一定深度的凹槽，该凹槽的深度由氧化层的厚度决定，按照硅在二氧化硅中的消耗比例，凹槽的深度为氧化层厚度的46％，另外，凹槽的底面与凹槽之外的外延层的表面平行，侧边为斜线或是劣弧线。

通过上述过程的LOCOS工艺，在外延层的下沉区域形成了作为对准标记的凹槽，并且该凹槽的侧边是平缓的，而不是传统工艺中硅刻蚀形成的非常陡峭的台阶，所以也避免了后续的离子注入区的断层。

完成上述过程后，如图8所示，依次在所述外延层20上生成第二垫氧化层107和第二氮化硅层108，并在第二氮化硅层108上以所述凹槽为对准标记定义有源区域；在本实施例中，由于在下沉区域上具有凹槽，因此，在生成的第二氮化硅层108上同样具有凹槽，从而可以作为定义有源区时的对准标记进行有源区的定义。

在定义有源区域时，通过第二光阻109覆盖该有源区域，以便于制备有源区的其他结构。

基于上述的有源区域的定义，在有源区域中制备有源区的相关结 构，如制备栅氧化层、多晶硅层、体区、漂移区、源区、漏区以及离子注入区等。

在本实施例中，制备有源区结构具体包括：

去除有源区之外的区域的第二氮化硅层的氮化硅，然后去除第二光阻层109，如图9所示。

然后在去除第二氮化硅的区域生成第二预设厚度的场氧化层105，本实施例中使用湿法氧化的方法生长场氧化层105，场氧化层105的厚度在5000～30000埃之间。之后去除有源区上的第二氮化硅层108和第二垫氧化层107，如图10所示。

如图11所示，在有源区的上表面生成栅氧化层106，并沉积多晶硅形成栅区60。

在有源区的外延层中的第三预设区域定义体区70并注入体区离子，然后做体区离子驱入，形成体区70，如图12所示。

然后定义漂移区80和漂移区离子注入，定义源区50和源区离子注入，定义漏区90和漏区离子注入，如图13所示。

然后定义P+注入区40，做P+区离子注入，由于避免了使用刻蚀工艺形成硅凹槽，所以P+注入区就没有断层，如图14所示。

在完成上述刻蚀和注入工艺后，进行如孔层形成，表面金属连线等工艺，在此不再详述。

本实施例中是以N型RF LDMOS器件为例进行描述，但是P型RF LDMOS同时适用于本发明的制作方法。

本发明所述的一种高频水平双扩散氧化物半导体器件及其制作方法，通过硅局部氧化技术形成对准凹槽，避免了刻蚀硅形成凹槽过程中的等离子损伤，同时使用硅局部氧化技术形成的凹槽的侧边比较平缓，不会造成离子注入区的断面，使得离子注入区可以更好地与下沉区相连接，从而有效降低了器件的导通电阻。进一步地，该方法工艺简单，操作性强，能够提高半导体器件的制作效率虽然结合附图描 述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。