一种射频VDMOS晶体管的场板结构及其制备方法与流程

本发明属于半导体微电子设计制造技术领域，具体地涉及一种射频VDMOS的场板结构及其制备方法。

背景技术：

随着超大规模集成电路技术的高速发展，高压高频半导体器件的制造技术有了新的起色，一批新型的功率放大器件随之诞生了，其中最具代表性的产品就是VDMOS场效应功率晶体管。在微波技术领域，射频VDMOS器件越来越广泛的应用于功率开关。射频VDMOS器件的开关速度主要取决于器件内部电容的充放电，而器件耐压则取决于器件源漏击穿电压。为了不断提高射频VDMOS的性能，设计上包括以下几个技术措施：1)采用场板结构，提高器件源漏击穿电压，从而提高器件耐压性。2)减小寄生电容，提高器件频率性能。针对以上问题，目前VDMOS器件的解决方案主要有以下两种：1)栅与场板同步完成，形成一体化的结构；2)先形成栅结构，然后在栅上方形成覆盖场板结构。对于方案1，场板引起的寄生栅漏反馈电容较大；对于方案2，输入电容较大，并且需要额外的增加了制造工序。因此，目前这两种技术方案都有一定局限性，限制了VDMOS的高频应用。

技术实现要素：

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种射频VDMOS的场板结构及其制备方法，其目的旨在克服VDMOS器件场板结构引起的寄生电容效应，有效地减小了栅漏反馈电容，提升了器件的频率性能，并且不增加额外的制造工序。

技术方案：为实现上述技术方案，本发明提供一种射频VDMOS晶体管的场板结构，在硅衬底外延层表面的中间位置形成锥形氧化层，通过对外延层和锥形氧化层上方覆盖的掺杂多晶硅进行选择性刻蚀，形成分离的栅和场板结构，其中，场板位于锥形氧化层上方，栅位于锥形氧化层两侧。

本发明进一步提出了上述射频VDMOS晶体管的场板结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、在硅衬底外延层上，先后形成SiO₂介质层和Si₃N₄介质层；

步骤二、光刻、刻蚀SiO₂和Si₃N₄介质层的中间位置，终止于硅外延层表面，形成用于生长锥形氧化层的硅外延层窗口，去除光刻胶；

步骤三、在硅外延层窗口湿氧生长锥形氧化层；

步骤四、刻蚀锥形氧化层两侧剩余的Si₃N₄和SiO₂介质层，终止于硅外延层表面；

步骤五、在锥形氧化层两侧的硅外延层表面生长栅氧化层，并在栅氧化层和锥形氧化层的上方淀积掺杂多晶硅；

步骤六、光刻、选择性刻蚀锥形氧化层上方中间位置以及锥形氧化层两侧部分位置的掺杂多晶硅，终止于SiO₂表面，去除光刻胶，形成分离的栅和场板结构，其中，场板位于锥形氧化层上方，栅位于锥形氧化层两侧。

优选地，所述硅衬底为N+型硅衬底，所述外延层为N-外延层。

优选地，步骤一中，采用热生长、LPCVD或PECVD的方法形成SiO₂介质层；采用LPCVD或PECVD的方法形成Si₃N₄介质层。

其中，步骤一中，形成SiO₂介质层的厚度为形成Si₃N₄介质层的厚度为

步骤二中，硅外延层窗口的长度为20μm～30μm。

步骤三中，生长的锥形氧化层厚度为1μm～3μm。

步骤五中，所述栅氧化层厚度为所述掺杂多晶硅厚度为所述掺杂多晶硅为掺磷多晶硅或掺砷多晶硅。

步骤六中，所述锥形氧化层上方中间位置的长度为15μm～20μm；所述场板长度为2μm～4μm，栅长度为1.5μm～2.5μm，场板与栅的距离为0.5μm～1.5μm

有益效果：与现有技术相比，本发明栅与场板的分离结构减小了场板引起的栅漏反馈电容，改善了器件的高频特性，适用于P波段VDMOS器件的应用；场板下锥形氧化层有助于降低界面电场，增加器件可靠性；栅与场板的距离易于控制且对称性较好，提高了场板保护性能；与常规的VDMOS工艺制程完全兼容，同时形成栅和场板结构，不增加额外的工序。

附图说明

图1是在N+硅衬底N-外延层上，先后形成SiO₂介质层和Si₃N₄介质层的结构示意图；

图2是光刻、刻蚀SiO₂和Si₃N₄介质层的中间位置，终止于硅外延层表面，去除光刻胶的结构示意图；

图3是在SiO₂和Si₃N₄介质层的中间位置湿氧生长锥形氧化层的结构示意图；

图4是刻蚀锥形氧化层两侧剩余的Si₃N₄和SiO₂介质层，终止于硅表面的结构示意图；

图5是在锥形氧化层两侧的硅外延层表面生长栅氧化层，并在栅氧化层和锥形氧化层的上方沉积掺杂多晶硅的结构示意图；

图6是光刻、选择性刻蚀锥形氧化层上方中间位置以及锥形氧化层两侧部分位置的掺杂多晶硅，终止于SiO₂表面，去除光刻胶的结构示意图；

图7为本发明制备的场板结构的整体示意图，其中，；

其中：1是硅衬底；2是外延层；3是SiO₂介质层；4是Si₃N₄介质层；5是锥形氧化层；6是栅氧化层；7是掺杂多晶硅层。

具体实施方式

本发明提出了一种射频VDMOS晶体管的场板结构，在硅衬底外延层表面中间位置形成锥形氧化层，通过对外延层和锥形氧化层上方覆盖的掺杂多晶硅进行选择性刻蚀，同时形成分离的栅和场板结构。其中场板位于锥形氧化层上方，栅位于锥形氧化层两侧。

图1～图7给出了制备上述射频VDMOS晶体管的场板结构的流程，如附图1所示，在N+硅衬底(Si Substrate)N-外延层上(Epi)，形成SiO₂介质层和Si₃N₄介质层，其中，采用热生长、LPCVD或PECVD的方法形成SiO₂介质层；采用LPCVD或PECVD的方法形成Si₃N₄介质层；如图2所示，光刻、刻蚀SiO₂和Si₃N₄介质层的中间位置，去除光刻胶；如图3所示，在SiO₂和Si₃N₄介质层的中间位置湿氧1μm～3μm锥形氧化层；如图4所示，刻蚀锥形氧化层两侧剩余的SiO₂和Si₃N₄介质层，终止于硅表面；如图5所示，在锥形氧化层两侧的硅外延层表面热生长栅氧化层，在栅氧化层和锥形氧化层的上方淀积掺杂多晶硅；如图6所示，光刻、选择性刻蚀锥形氧化层上方中间位置以及锥形氧化层两侧部分位置的掺杂多晶硅，终止于SiO₂表面，去除光刻胶，形成分离的栅和场板结构，其中，场板(FB)位于锥形氧化层上方，栅(Gate)位于锥形氧化层两侧。

下面通过具体的实施例详细说明本发明。

实施例1

(1)在N+硅衬底N-外延层上，热生长的SiO₂介质层，LPCVD淀积Si₃N₄介质层；

(2)光刻、干法刻蚀中间位置22μm长度的Si₃N₄介质层和SiO₂介质层，然后用稀HF溶液腐蚀中间位置剩余的SiO₂，用III液(H₂SO₄和H₂O₂按4∶1的体积配比混合而成)去除全部光刻胶；(3)在SiO₂和Si₃N₄介质层的中间窗口湿氧生长1μm锥形氧化层；

(4)分别用磷酸和BHF腐蚀剩余全部的Si₃N₄介质层和SiO₂介质层；

(5)在锥形氧化层两侧的硅外延层表面热生长栅氧化层，然后在栅氧化层和锥形氧化层的上方淀积掺磷多晶硅；

(6)光刻、ICP刻蚀锥形氧化层上方中间位置16μm长度的掺磷多晶硅以及锥形氧化层两侧部分位置的掺杂多晶硅，形成2μm场板、2μm栅，并且场板与栅的距离为0.7μm，用III液去除全部光刻胶，形成如图7所示的场板结构。

实施例2

(1)在N+硅衬底N-外延层上，LPCVD淀积SiO₂介质层和Si₃N₄介质层；

(2)光刻、干法刻蚀中间位置26μm长度的Si₃N₄介质层和SiO₂介质层，用III液去除全部光刻胶；

(3)在SiO₂和Si₃N₄介质层的中间位置湿氧生长1.5μm锥形氧化层；

(4)分别用磷酸和BHF腐蚀剩余全部的Si₃N₄介质层和SiO₂介质层；

(5)在锥形氧化层两侧的硅外延层表面热生长栅氧化层，在栅氧化层和锥形氧化层的上方淀积掺磷多晶硅；

(6)光刻、ICP刻蚀锥形氧化层上方中间位置18μm长度的掺磷多晶硅以及锥形氧化层两侧部分位置的掺杂多晶硅，形成2.5μm场板、1.5μm栅，使场板与栅的距离为1μm，用III液去除全部光刻胶，形成如图7所示的场板结构。

实施例3

(1)在N+硅衬底N-外延层上，PECVD淀积SiO₂介质层和Si₃N₄介质层；

(2)光刻、干法刻蚀中间位置28μm长度的Si₃N₄介质层和SiO₂介质层，用III液去除全部光刻胶；

(3)在SiO₂和Si₃N₄介质层的中间位置湿氧生长1μm锥形氧化层；

(4)分别用磷酸和BHF腐蚀剩余全部的Si₃N₄介质层和SiO₂介质层；

(5)在锥形氧化层两侧的硅外延层表面热生长栅氧化层，在栅氧化层和锥形氧化层的上方淀积掺磷多晶硅；

(6)光刻、ICP刻蚀锥形氧化层上方中间位置20μm长度的掺磷多晶硅以及锥形氧化层两侧部分位置的掺杂多晶硅，形成2.5μm场板、1.5μm栅，使场板与栅的距离为1μm，用III液去除全部光刻胶，形成如图7所示的场板结构。