CN107068567B - 一种射频vdmos晶体管的金属栅与场板结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频VDMOS晶体管的金属栅与场板结构及其制备方法,采用湿法刻蚀,在硅衬底外延层表面中间位置形成梯形氧化层;然后在梯形氧化层两侧采用常规工艺,形成沟道、源漏等常规掺杂区;接下来在外延层表面生长栅氧化层并覆盖金属层,采用湿法刻蚀,去除梯形氧化层侧边的金属层;最后采用干法刻蚀,形成金属栅和场板结构。本发明的金属栅降低栅阻,提高器件的功率增益,栅与场板的分离减小栅漏反馈电容,改善器件的高频性能;栅与场板的距离可通过梯形氧化层的侧边角度调节,降低工艺难度;场板下梯形氧化层有助于降低界面电场,增加器件可靠性,同时与常规的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。

Description

一种射频VDMOS晶体管的金属栅与场板结构及其制备方法
技术领域
本发明是涉及的是一种射频VDMOS晶体管的金属栅与场板结构及其制备方法,属于半导体微电子设计制造技术领域。
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。
发明内容
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:为实现上述技术目的,本发明提供了一种射频VDMOS的场板结构,通过采用湿法刻蚀,在硅衬底外延层表面中间位置形成梯形氧化层;然后经过一系列的光刻、离子注入、高温推进等常规工艺,形成沟道、源漏常规掺杂区;接下来在梯形氧化层两侧的外延层表面生长栅氧化层,并在梯形氧化层和栅氧化层上覆盖金属层;采用湿法刻蚀,去除梯形氧化层侧边的金属层;最后采用干法选择性刻蚀,形成金属栅和场板结构,其中,场板位于梯形氧化层上方,金属栅位于梯形氧化层两侧。
具体地,所述的射频VDMOS晶体管的金属栅与场板结构通过如下步骤制备得到:
步骤一、在硅衬底外延层上,形成SiO2介质层;
步骤二、光刻、湿法刻蚀SiO2介质层,形成中间位置的梯形氧化层,去除光刻胶;
步骤三、经过一系列光刻、离子注入、高温推进等常规工艺,在梯形氧化层两侧形成沟道、源漏常规掺杂区;
步骤四、在梯形氧化层两侧的常规掺杂区上方生长SiO2栅氧化层,然后在SiO2栅氧化层和梯形氧化层上方蒸发淀积金属层;
步骤五、湿法刻蚀栅氧化层和梯形氧化层上方金属层,终止于梯形氧化层侧边的SiO2表面;
步骤六、光刻、选择性刻蚀梯形氧化层上方中间位置以及梯形氧化层两侧部分位置金属层,终止于SiO2表面,去除光刻胶,形成金属栅和场板结构,其中,场板位于梯形氧化层上方,金属栅位于梯形氧化层两侧。
优选地,所述硅衬底为N+型硅衬底,所述外延层为N-外延层。
步骤一中,采用湿氧生长、LPCVD或PECVD的方法形成SiO2介质层。
步骤一中,形成的SiO2介质层的厚度为1μm~3μm。
步骤二中,形成的梯形氧化层长度为20μm~30μm,梯形侧边角度为50°~80°。
步骤四中,所述栅氧化层厚度为
Figure BDA0001158508320000021
蒸发淀积金属层的厚度为
步骤四中,所述金属层为钨、铂、金、银中的任意一种。
步骤六中,所述梯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。
有益效果:本发明的金属栅降低了栅阻,提高了器件的功率增益;栅与场板的分离减小了栅漏反馈电容,改善了器件的高频特性,非常适用于P波段VDMOS器件的应用;栅与场板的距离可通过梯形氧化层的侧边角度调节,降低了工艺难度;场板下梯形氧化层有助于降低界面电场,增加器件可靠性;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,形成SiO2介质层的结构示意图;
图2是光刻、湿法刻蚀SiO2介质层,形成中间位置的梯形氧化层,去除光刻胶的结构示意图;
图3是经过一系列光刻、离子注入、高温推进等常规工艺,在梯形氧化层两侧形成沟道、源漏常规掺杂区的结构示意图;
图4是在梯形氧化层两侧的常规掺杂区上方生长SiO2栅氧化层,然后在栅氧化层和梯形氧化层上方蒸发淀积金属层的结构示意图;
图5是湿法刻蚀栅氧化层和梯形氧化层上方金属层,终止于梯形氧化层侧边的SiO2表面的结构示意图;
图6是光刻、选择性刻蚀梯形氧化层上方中间位置以及梯形氧化层两侧部分位置金属层,终止于SiO2表面,去除光刻胶的结构示意图;
图7为本发明的整体结构示意图;
其中1是硅衬底、2是外延层、3是SiO2介质层、4是常规掺杂区、5是栅氧化层,6是金属层。
具体实施方式
本发明提出了一种射频VDMOS晶体管的金属栅与场板结构,采用湿法刻蚀,在硅衬底外延层表面中间位置形成梯形氧化层;然后经过一系列的光刻、离子注入、高温推进等常规工艺,形成沟道、源漏常规掺杂区;接下来在梯形氧化层两侧的常规掺杂区上方生长栅氧化层,并在栅氧化层和梯形氧化层上方蒸发淀积金属层;采用湿法刻蚀,去除梯形氧化层侧边的金属层;最后采用干法刻蚀,形成金属栅和场板结构。其中,场板位于梯形氧化层上方,栅位于梯形氧化层两侧。
图1~图7给出了制备上述射频VDMOS晶体管的金属栅与场板结构的流程,如附图1所示,在N+硅衬底N-外延层表面,形成1μm~3μm SiO2介质层;如图2所示,光刻、刻蚀SiO2介质层,形成长度为20μm~30μm、侧边角度为50°~80°的梯形氧化层,去除光刻胶;如图3所示,经过光刻、离子注入、高温推进等常规工艺,形成p沟道、n+源漏等VDMOS常规掺杂区;如图4所示,热生长
Figure BDA0001158508320000031
栅氧化层,蒸发淀积金属层;如图5所示,刻蚀栅氧化层和梯形氧化层上方金属层,去除梯形氧化层侧边的金属层;如图6所示,光刻、选择性刻蚀金属层(Metal),终止于SiO2表面,去除光刻胶,形成金属栅(Gate)和场板(FB)结构。
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,湿氧生长1.5μm SiO2介质层。
(2)光刻、稀HF溶液刻蚀SiO2介质层,在中间位置形成长度为22μm、侧边角度为70°的梯形氧化层,用III液去除光刻胶;
(3)通过一系列光刻、离子注入、高温推进等常规工艺,在梯形氧化层两侧形成p沟道、n+源漏等VDMOS常规掺杂区;
(4)在梯形氧化层两侧的常规掺杂区上方热生长
Figure BDA0001158508320000041
栅氧化层,然后在SiO2栅氧化层和梯形氧化层上方蒸发淀积
Figure BDA0001158508320000042
钨层;
(5)采用双氧水溶液刻蚀栅氧化层和梯形氧化层上方
Figure BDA0001158508320000043
钨层,去除梯形氧化层侧边的钨层。
(6)光刻、干法刻蚀梯形氧化层上方中间位置长度为18μm钨层以及梯形氧化层两侧部分位置的钨层,形成2μm场板、2μm栅,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1μm SiO2介质层。
(2)光刻、稀HF溶液刻蚀SiO2介质层,在中间位置形成长度为25μm、侧边角度为60°的梯形氧化层,用III液去除光刻胶;
(3)通过一系列光刻、离子注入、高温推进等常规工艺,在梯形氧化层两侧形成p沟道、n+源漏等VDMOS常规掺杂区;
(4)在梯形氧化层两侧的常规掺杂区上方热生长栅氧化层,然后在SiO2栅氧化层和梯形氧化层上方蒸发淀积
Figure BDA0001158508320000045
钨层;
(5)采用双氧水溶液刻蚀栅氧化层和梯形氧化层上方钨层,去除梯形氧化层侧边的钨层。
(6)光刻、干法刻蚀梯形氧化层上方中间位置长度为20μm钨层以及梯形氧化层两侧部分位置的钨层,形成2.5μm场板、2μm栅,用III液去除全部光刻胶,形成如图7所示的场板结构。

Claims (8)

1.一种射频VDMOS晶体管的金属栅与场板结构的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、在硅衬底外延层上,形成SiO2介质层;
步骤二、光刻、湿法刻蚀SiO2介质层,形成中间位置的梯形氧化层,去除光刻胶;
步骤三、经过一系列光刻、离子注入、高温推进常规工艺,在梯形氧化层两侧形成沟道、源漏的常规掺杂区;
步骤四、在梯形氧化层两侧的常规掺杂区上方生长SiO2栅氧化层,然后在SiO2栅氧化层和梯形氧化层上方蒸发淀积金属层;
步骤五、湿法刻蚀栅氧化层和梯形氧化层上方金属层,终止于梯形氧化层侧边的SiO2介质层表面;
步骤六、光刻、选择性刻蚀梯形氧化层上方中间位置以及梯形氧化层两侧部分位置金属层,分别终止于SiO2介质层的表面和SiO2栅氧化层的表面,去除光刻胶,形成金属栅和场板结构,其中,场板位于梯形氧化层上方,金属栅位于梯形氧化层两侧。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述硅衬底为N+型硅衬底,所述外延层为N-外延层。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤一中,采用湿氧生长、LPCVD或PECVD的方法形成SiO2介质层。
4.根据权利要求 1所述的方法,其特征在于,步骤一中,形成的SiO2介质层的厚度为1µm~3µm。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤二中,形成的梯形氧化层长度为20µm~30µm,梯形侧边角度为50°~80°。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤四中,所述栅氧化层厚度为100 Å~500Å;蒸发淀积金属层的厚度为2000Å~5000Å。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤四中,所述金属层为钨、铂、金、银中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤六中,所述梯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,金属栅长度为1.5µm ~2.5µm。
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