一种双侧沟槽式栅及场板型RFLDMOS功率射频器件结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，特别是一种双侧沟槽式栅及场板型rfldmos功率射频器件结构及其制备方法。

背景技术：

1、横向双扩散金属氧化物半导体(laterally double diffused metal oxidesemiconductor,ldmos)是一种栅控功率器件，从结构和应用上可以分为两大类型：开关类ldmos(switching ldmos,swldmos)和射频类ldmos(radio frequency ldmos,rfldmos)。swldmos结构复杂度低，能良好地兼容平面体硅或绝缘体上硅(silicon on insulator,soi)工艺，经常作为功率开关应用在驱动电路、智能电子等领域。相对地，rfldmos一般为昂贵的分立器件，作为射频功放和激励源被广泛应用在航空航天、电子通讯和先进设备领域，是雷达系统、无线通信基站、高端工业/科学/医疗设备的核心元件。

2、不同于swldmos，针对射频应用发展而来的rfldmos具备无鸟嘴、厚外延层、明显的多层场板长漂移区的结构特征，采用专门开发的高压工艺制备，导通电阻低、线性度良好、每瓦特热阻低，很好地满足了长脉冲和高占空比射频应用需求，是p/l/s波段雷达和无线基站中功率放大器的首选。同时，低电感和良好的抗失配特性非常适合于作为co2激光器、等离子体发生器、核磁共振成像扫描仪的激励源，应用在高端工业/科学/医疗设备上。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种对沟道的控制力更强，可以采用较低掺杂浓度的沟道，有利于沟道内部热载流子注入效应的改善，能够很好的改善rfldmos阈值漂移问题、有利于减小栅源电容、栅漏电容所构成的栅电容，有效减小了表面电场，在同等耐压需求下可以采用较高掺杂浓度的漂移区，大大改善漂移区电阻，显著提高rfldmos的整体射频性能、有利于漂移区内部热载流子注入效应的改善，能够很好的改rfldmos导通电流漂移问题，有效延长器件使用寿命的双侧沟槽式栅及场板型rfldmos功率射频器件结构及其制备方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现。

3、一种双侧沟槽式栅及场板型rfldmos功率射频器件结构，高掺杂浓度的半导体衬底为整个器件结构的半导体基底，并且作为整个器件的源端引出；中等掺杂浓度的数百微米的半导体衬底之上外延生长得到数十微米的半导体外延，掺杂浓度范围在5e16 cm-3～5e17 cm-3高浓度掺杂指使得半导体进入简并状态的浓度，对于硅基器件来说指代掺杂浓度范围在1e19cm-3～1e20 cm-3；高掺杂浓度的顶底扩散连接由扩散得到，用于连接晶片表面与衬底半导体衬底，半导体衬底、半导体外延、顶底扩散连接为第一半导体类型；

4、漂移区为第二半导体类型，掺杂浓度范围在7.5e6 cm-3～5e17 cm-3，整个rfldmos器件通过漂移区对电场进行延伸获得高耐压性质；

5、漏区掺杂、源区掺杂为第二半导体类型，掺杂浓度为高浓度掺杂，漏区掺杂与漏区金属连接电学连接形成器件的漏端，源区掺杂与源区金属连接电学连接形成器件的源端，平面高质量氧化物为热氧化形成的高质量氧化层，多晶硅栅采用高掺杂浓度以最小化栅电阻，并得到适当的阈值电压；

6、场板为单层多晶硅场板，场板通过插指终端设计与源端电学连接，起到调制漂移区内表面电场的作用；

7、沟槽高质量氧化物为侧面沟槽开槽后继而热氧化得到的高质量氧化层；沟槽高质量氧化物直接与多晶硅栅之下的沟道区域和漂移区相接触，形成氧化物-硅界面，确保沟槽高质量氧化物的质量以减小沟槽高质量氧化物与硅之间的氧化物-硅界面的界面态；沟槽高质量氧化物与平面高质量氧化物分别制备以消除沟槽高质量氧化物与平面高质量氧化物相接处的台阶，沟槽多晶硅填充为高掺杂浓度的多晶填充物，保证表面的平整，并且与场板电学连接。

8、半导体衬底与半导体外延为同质材料如硅基，亦可以为sic衬底和化合物外延、硅基衬底与sic外延。

9、使用ti、ni、钨等金属在漏区掺杂与漏区金属连接之间形成金属硅化物；使用ti、ni、钨等金属在源区掺杂与源区金属连接之间形成金属硅化物。

10、顶底扩散连接将半导体衬底和源区金属连接电学连接，以半导体衬底、源区金属连接为源端，工作时接在参考电位，漏区金属连接为漏端，多晶硅栅为栅端，工作时施加脉冲信号或者连续波信号，脉冲信号或者连续波信号在经过放大后由漏区金属连接所形成的漏端输出，工作时在漏区金属连接至源区金属连接的路径上形成较大电流的通路，同时需要承受工作电压28/50/65v而不击穿。

11、沟槽高质量氧化物将沟槽多晶硅填充与多晶硅栅以及多晶硅栅之下的沟道区域、沟槽多晶硅填充与漂移区在电学上完全隔开沟槽高质量氧化物与多晶硅栅之下的沟道区域、沟槽多晶硅填充与漂移区之间形成si-sio2界面，通过控制相同的氮气保护下热氧化的氧化时间条件，使得沟槽高质量氧化物的氧化层厚度为栅氧的4至7倍。

12、侧面槽结构还包括沟槽多晶硅填充。

13、除了由多晶硅栅指向半导体外延的垂直方向电场之外，还有多晶硅栅指向沟槽多晶硅填充的侧向电场。

14、根据高斯公式

15、

16、连续分布的电荷

17、

18、其中ρ是电荷密度，ε0是真空电容率，而dv是体积元的微分，这是在电荷分布区间上的三重积分，

19、平面高质量氧化物和沟槽高质量氧化物相当于电容介质恒定的电容，多晶硅栅处为一电场矢量源，器件工作时，多晶硅栅上施加栅极电压，即相当于上式中的ρdv项为主动的电场矢量源，电场矢量源不变的情况下，由多晶硅栅指向半导体外延的垂直方向电场矢量密度不变，额外增加了多晶硅栅指向沟槽多晶硅填充的侧向电场。

20、截面上的电通量可由表面积分得到：

21、φe＝e·s＝∫∫se·ds

22、其中e是电场ds是表面s上的微小面积，其方向定义为表面法线朝外；

23、器件工作时，漏端施加电压，电场在漂移区中由漏指向源端；在某一时刻漏端施加电压不变，则截面上的电通量不变，当沟槽多晶硅填充所形成的侧面结构形成横向电场时，靠近沟槽高质量氧化物的附近的电场绝对值会由于电场矢量的偏移而下降。

24、一种双侧沟槽式栅及场板型rfldmos功率射频器件结构的制备方法，步骤包括：

25、1)在半导体衬底上生长半导体外延或者直接采购包含半导体衬底、半导体外延的外延片进行清洗，去除自然氧化物；

26、2)在半导体外延中使用有源扩散工艺形成顶底扩散连接，接着在半导体外延上先后淀积氧化物和多晶硅，图形化刻蚀形成图形，定义漂移区的注入区域，顶底扩散连接并不由氧化物和多晶硅的图形所定义，顶底扩散连接不扩散进入氧化物和多晶硅的图形之下既满足要求，选择性的漂移区注入之后选择性地800℃退火30分钟；

27、3)去除氧化物和多晶硅，开侧面槽，氧化物最终的平面高质量氧化物或者沟槽高质量氧化物并不一样，区别在于氧化物由淀积制备，平面高质量氧化物或者沟槽高质量氧化物为长时间的热氧化制备，侧面槽的图形以及位置定义同样使用淀积氧化物和多晶硅再图形化刻蚀的方法形成；

28、4)在氮气保护环境下进行长时间的热氧化制备，公国控制氧化时间和o2、no、n2o的成分含量形成平面高质量氧化物和沟槽高质量氧化物；

29、5)回填沟槽多晶硅填充使得沟槽高质量氧化物之上填充沟槽多晶硅填充，接着采用干法刻蚀去除多晶露出平面高质量氧化物表面，然后，在平面高质量氧化物之上淀积并图形化刻蚀形成多晶硅栅，确保多晶硅栅和沟槽多晶硅填充电学上不相连接；

30、6)淀积中间氧化层之后淀积多晶或者金属钨镍形成场板，场板和沟槽多晶硅填充在电学上相连接，多层场板的情况下每层场板均与沟槽多晶硅填充在电学上相连接。

31、7)经过开孔、选择性的硅化物、钨填充，金属电极及刻蚀工序之后，形成漏区金属连接、源区金属连接分贝作为器件的漏极与源极，源区金属连接、场板、沟槽高质量氧化物在插指的末端电学相连接。

32、相比于现有技术，本发明的优点在于：1、本专利公开了的双侧沟槽式栅及场板型rfldmos功率射频器件，由于侧面栅的存在，对沟道的控制力更强，可以采用较低掺杂浓度的沟道，有利于沟道内部热载流子注入效应的改善，能够很好的改善rfldmos阈值漂移问题。

33、2、本专利公开了的双侧沟槽式栅及场板型rfldmos功率射频器件，由于侧面栅的存在，对沟道的控制力更强，可以采用较低掺杂浓度的沟道，有利于减小栅源电容、栅漏电容所构成的栅电容，显著提高rfldmos的整体射频性能。

34、3、本专利公开了的双侧沟槽式栅及场板型rfldmos功率射频器件，由于侧面场板的存在，在漂移区内部产生对应的侧向电场，再不影响场板内源漏方向电场强度的情况下，有效减小了表面电场，在同等耐压需求下可以采用较高掺杂浓度的漂移区，大大改善漂移区电阻，显著提高rfldmos的整体射频性能。

35、4、本专利公开了的双侧沟槽式栅及场板型rfldmos功率射频器件，由于侧面场板的存在，在漂移区内部产生对应的侧向电场，再不影响场板内源漏方向电场强度的情况下，有效减小了表面电场，有利于漂移区内部热载流子注入效应的改善，能够很好的改rfldmos导通电流漂移问题，有效延长器件使用寿命。