JP2003510796A - ホットエレクトロン注入が減少された大電力ｒｆ電界効果トランジスタを製造する方法及びそれから得られる構造 - Google Patents

ホットエレクトロン注入が減少された大電力ｒｆ電界効果トランジスタを製造する方法及びそれから得られる構造

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Abstract

(57)【要約】 信頼性の高い大電力ＲＦ側方拡散ＭＯＳトランジスタ（ＬＤＭＯＳ）を製造する方法は、ゲート（２４）コンタクトの製作より前のドレーンのためのＮ−ドリフト領域の製作と、該トランジスタを製造する際の他のプロセス・ステップとを含む。その結果として得られるデバイスでは、時間の経過に伴うスレショルド電圧変化が減少すると共に、時間の経過に伴う最大電流減少が小さくなるなど、ホットキャリヤー注入から生じる不利な効果が減少する。デバイスの直線性が最大になると共に信頼性が高まり、チャネル長さ（２）が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 この発明は、概して大電力ＲＦ電界効果トランジスタに関し、特に、ホットエ
レクトロン注入が減少され並びに改善された装置操作特性で製造する方法と、そ
れから得られる構造とに関する。
【０００２】 ホットキャリヤー注入（ＨＣＩ）は、金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ
（metal insulator semiconductor field effect transistor; ＭＩＳＦＥＴ）
及び特に側方拡散ＭＯＳＦＥＴ（lateral diffused MOSFET；ＬＤＭＯＳ）デバ
イスの信頼性を低下させると共にその経年性能に影響を及ぼす現象である。ＨＣ
Ｉは、高ピーク電界とＭＯＳＦＥＴデバイスのドレーンでの衝撃イオン化との結
果である。大電力アプリケーションのためには、電力供給電圧Ｖｄｄは通常はゆ
うに２５ボルトを上回る。電圧が高いということは電界が強いということを意味
する。１ＧＨｚより上の周波数でのＲＦアプリケーションのためには、キャパシ
タンスを最小にするために短チャネル（ゲート長さが＜１μ）ＭＯＳＦＥＴが使
用される。Ｖｄｄが高いと、電界が強く且つ相当の衝撃イオン化が生じ、ホット
エレクトロンがもたらされる。このホットエレクトロンはゲート酸化物に注入さ
れ、スレショルド電圧Ｖｔｈ及び相互コンダクタンスＧｍ圧縮挙動に強い影響を
及ぼす。
【０００３】 通常、ドレーンのドーピングは、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗Ｒｄｓｏｎを最小に
するために、最大化される。ドーピングが強いほど電界が強くなり、キャリヤー
発生率が高くなり、その結果としてゲート誘電体にホットキャリヤーが注入され
ることになる。ＭＯＳＦＥＴのドレーンの付近でゲート酸化物に注入されたホッ
トエレクトロンは、トランジスタの非常に重要なパラメータを時間の経過に従っ
て変化させる傾向を有する。例えば、典型的なＲＦ電力ＬＤＭＯＳデバイスはＨ
ＣＩから生じるＶgsの正の変化を有する。これは、マイナス３．５％／１０年間
の負のドレーン電流変化（ドレーン電流の公称値２００ｍＡ）をもたらすと共に
、線形動作のための最大ドレーン電流を１５時間の動作で約２０％減少させると
いう結果をもたらす。このことは図１の曲線で示されており、この図ではストレ
スの前及び後の相互コンダクタンスがドレーン電流との対比で描かれている。
【０００４】 デイヴィーズ（Ｄａｖｉｅｓ）等の米国特許第５，１５５，５６３号は、ゲー
ト・パターニング後に形成される、ＨＣＩを減少させるように設計されている拡
張されたドレーンを伴うＬＤＭＯＳ構造を開示している。Ｎ−拡張ドレーンは、
ゲートとドレーンとの間のキャパシタンスを最小化するために、ゲートのエッジ
に対して自己整合される。ドレーン抵抗を減少させるためにＮ−拡張ドレーンの
ドーパントのレベルが高められるのに連れて表面ドーピングが増大し、それはピ
ーク電界及び衝撃イオン化の発生を増大させる。更に、チャネル長さは最小にさ
れてはいない。それは、チャネル・ドライブ中はＮ−ドレーンは存在しないので
、ゲートの下でのＮドーパント拡散が妨げられないからである。
【０００５】 ＨＣＩを減少させる他のデバイスは、低ドーピング・ドレーン（low doped dr
ain;ＬＤＤ）ＭＯＳＦＥＴトランジスタであり、これは低ドーピングされたドレ
ーン（Ｎ−）をゲートの下に、そして次にドレーン・コンタクトへ、導入する。
しかし、高電圧に耐えるには不十分なドレーン・ドリフト領域があるので、これ
らのデバイスは低電圧でしか動作できない。
【０００６】 従って、Ｎ−ドレーン領域のドーピングを強めると、ＨＣＩが過剰となるとい
う結果がもたらされ、そのために、時間が経つに連れて該デバイスの信頼性及び
安定性が低下してゆく。しかし、高電力レベル（ピーク電流）での直線性を改善
すると共に該デバイスのオン抵抗を減少させるために、Ｎ−ドレーン・ドーピン
グを強めるべきである。しかし、ホットキャリヤー注入問題があるので、従来技
術の構造ではＮ−ドレーン・ドーピングを最大化することはできない。
【０００７】 発明の概要 本発明に従って、ドレーン・ドリフト領域のためのＮ−ウェルがゲート製作の
前に形成されるようになっているＬＤＭＯＳデバイス製造プロセスが提供される
。これはＮ−ドレーン領域と、結果として得られる構造のチャネル領域とのドー
ピング・プロフィールを最適化する。ＨＣＩに関連する、時間の経過に伴うスレ
ショルド電圧（Ｖｔｈ）の変化を減少させると共に、時間の経過に伴う最大デバ
イス電流の減少を最小限にとどめながらデバイスのＲＦ性能を改善することがで
きる。
【０００８】 Ｎ−ウェルは、プロセスの始まりのときに随意のマスクを用いることにより形
成され得る。しかし、ＬＤＤデバイスを形成するときに必要なスペーサなどの、
複雑な処理をする必要は何もない。Ｎ−ウェルをブランケット・ドーピング或い
はマスクド・ドーピングすることができる。得られる構造では衝撃イオン化発生
を５０％低減しており、その結果としてＨＣＩが減少する。信頼性を低下させる
ことなく該デバイスの直線性を最大化することができる。更にチャネル長さが短
縮される。
【０００９】 本発明と、その目的及び特徴とは、以下の詳しい説明を添付図面と共に検討す
れば、容易に明らかとなる。
【００１０】 実施例についての詳細な説明 図面を参照すると、図２Ａ−２Ｅは本発明の１実施態様に従ってＬＤＭＯＳデ
バイスを製造するステップを示す断面図である。図２ＡではＰ＋基板１０は１面
にＰ−エピタキシャル層１２を有し、標準的フィールド酸化が活性デバイス領域
を保護する窒化物マスクを用いて該エピタキシャル層の面にフィールド酸化物１
４を形成する。その後に該窒化物が取り除かれて、デバイスの活性領域の表面上
にスクリーン酸化物１６が形成される。その後にＮ−ウェル１８を形成するため
に該スクリーン酸化物を通してブランケットＮ−ウェル・インプラントが形成さ
れる。該インプラントは、エネルギー４０〜２００ＫｅＶ、ドーズ量１Ｅ１２〜
１Ｅ１３の砒素又はリンである。このステップで、接地されたＬＤＭＯＳデバイ
スのための随意の深いＰ＋シンカーを形成することができる。
【００１１】 図２Ｂでは寄生ＮＰＮデバイスのベータを低下させるために深いＰ＋インプラ
ント２０が作られ、その後にインプラント・スクリーン酸化物が除去されて、ゲ
ート酸化物２２が成長させられる（通常は１００〜１０００Å、好ましくは５０
０〜７００Å）。伝導性材料（ポリシリコン１０００−６０００Å厚又はポリサ
イド：１０００−４０００Å，又は上にシリサイドが付いているポリシリコン、
１０００−４０００Å厚）がゲート酸化物２２上に蒸着される。その後にゲート
がパターン化され、蒸着された伝導性材料はエッチングされてゲート２４を形成
する。
【００１２】 図２Ｃでは、チャネル・マスク及びホウ素インプラント（Ｂ１１又はＢＦ２，
２０−１５０ＫｅＶ、１Ｅ１２−１Ｅ１５ドーズ量）と次のチャネル・ドライブ
（９５０−１２００℃、６０−８００分間）によりゲート２４の下にＰ−チャネ
ル領域２６が形成される。
【００１３】 図２ＤではＮ＋ソース及びドレーン・コンタクト・マスク及びＮ＋インプラン
ト（リン又は砒素、３０−１８０ＫｅＶ、１Ｅ１５〜２Ｅ１６ドーズ量）により
Ｎ＋ソース・コンタクト２８及びＮ＋ドレーン・コンタクト３０が形成される。
最後のドーパントのドライブイン及び活性化に続いて誘電体蒸着（酸化物、ＰＳ
Ｇ又はＢＰＳＧ酸化物）が行われ、これによりデバイスの表面上に誘電体層３２
が形成される。蒸着された誘電体に随意（オプション的の意味）にリフロー、ア
ニール又は焼き締まりをほどこすことができる。
【００１４】 最終のデバイスが図２Ｅに示されている。コンタクト・マスク及びエッチング
を用いてＮ＋ソース２８とＮ＋ドレーン３０とゲート２４へのコンタクト領域（
図示されていない）とを露出させ、その後に、金属ソース・コンタクト３４，金
属ドレーン・コンタクト３６及び金属ゲート・コンタクト（図示されていない）
を形成するためにメタライゼーションが蒸着されてエッチングされる。ゲート・
コンタクトはゲート・フィンガーの端にある。有利なことに、ドレーンのＮ−ウ
ェル１８は均一にドーピングされ、ゲート２４の下のチャネル領域２６の長さは
ドーピング補償の故に最小化される。
【００１５】 図３Ａ−３Ｆは、本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳを製造するステッ
プを示す断面図である。この場合にも、Ｐ＋シリコン基板４０は、デバイス領域
の周りに形成されたフィールド酸化物４４を伴う１表面上にＰ−エピタキシャル
層４２を有する。Ｎ−ドリフト領域を形成するときにブランケット拡散を用いる
のではなくて、Ｎ−ドリフト領域を限定するためにマスクが用いられる。Ｎ−ド
リフト領域４６は、スクリーン酸化物４８及び窒化物層５０を通ってのＮ−ウェ
ル・インプラント（砒素４０−１６０ＫｅＶ、１Ｅ１１〜５Ｅ１３ドーズ量）に
よって形成される。
【００１６】 図３Ｂにおいて、Ｐ＋シンカー５２がマスク及びインプラントにより形成され
（ホウ素又はＢＦ２，＞５Ｅ１５ドーズ量）、該シンカーは上側グランド・コン
タクトでソース接地を提供する。シンカー・ドライブは６０分間から８００分間
にわたる、１０００−１２７０℃である。活性領域の上に５００−２，０００Å
の窒化物層が蒸着されてパターン化される。その後に厚みが０．５−３．０μの
フィールド酸化物が成長される。
【００１７】 図３Ｃでは窒化物層５０が除去され、厚い酸化物の成長により、ゲートとドレ
ーンとの間のキャパシタンスを減少させる０．３−１．０μのバンプ酸化物５４
が形成される。該酸化物は活性領域でパターン化され、シンカー、ソース、及び
ドレーンのためのコンタクトが作られる場所と、チャネルが形成される場所とに
おいて該酸化物がエッチングされる。通常は、寄生バイポーラ・トランジスタを
無くするために深いＰ＋マスクとホウ素インプラント（ホウ素又はＢＦ２，４Ｅ
１４−６Ｅ１５）が用いられる。
【００１８】 図３Ｄではスクリーン酸化物がはぎ取られ、ウェーハーが洗浄される。その後
、ゲート酸化（１００ないし１０００Å）とポリシリコン蒸着（０．１〜０．６
μ）とによりゲート酸化物５６とゲート５８とが設けられる。その後、ポリシリ
コン材料はドーピングされ（Ｎ−型、リン又は砒素）、ゲートがマスクされ、次
にゲート５８を形成するためにエッチング（ゲート・パターン化）される。ゲー
ト５８の一部はバンプ酸化物の上に形成される。
【００１９】 図３Ｅでは、チャネル・マスクはチャネルが形成されるべき領域を露出させ、
その後にチャネルのドーピング（ホウ素又はＢＦ２，ドーズ量１Ｅ１３〜５Ｅ１
４）が実行される。その後にチャネル・ドライブはデートの下でチャネル・イン
プラントを側方に拡散させ（９５０〜１１５０℃、６０分〜８００分間）、ジャ
ンクションの深さは破壊電圧要件とチャネル長さ（好ましくは０．５〜１．５μ
）とによる。ソース・コンタクト及びドレーン・コンタクトをドーピングするた
めのＮ＋ドーピング・マスクの次にソース領域６０Ｎ＋ドレーン領域６２を形成
するために砒素又はリンのドーピングが行われる。
【００２０】 ドーパントの最後のドライブの後に得られる最後のデバイスが図３Ｆに示され
ている。パッシベーション層６４は、ドーピングされたガラス（窒化物／酸化物
、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ）の蒸着と、メタライゼーション前の平坦化のための随意の
リフローとによって形成される。コンタクト・マスクとエッチングとはソース・
コンタクト、ゲート・コンタクト及びドレーン・コンタクトを露出させ、その後
に金属蒸着（Ａｌ、Ａｌ／１％Ｓｉ／０．５％Ｃｕ、ＴｉＷバリアーを伴うＡｕ
）の次に金属マスク及びエッチングによりソース金属コンタクト６６，ゲート金
属コンタクト６８，及びドレーン金属コンタクト７０が形成される。
【００２１】 図４Ａ及び４Ｂは、図３Ａ−３Ｆのプロセスの代わりの選択肢の断面図を示し
ている。該プロセスは、これまでに図３Ａ−３Ｃについて説明したものと同じで
あり、活性領域上の厚い酸化物の成長を含んでいる。図４Ａに示されているよう
に、その厚い酸化物はデバイスの活性領域から除去され、深いＰ＋マスク・イン
プラント５４が実現される。スクリーン酸化物ははぎ取られ、ゲート酸化物（１
００〜１０００Å）７２が成長される。ポリシリコン蒸着（１０００−５０００
Å）及びドーピング（ＰＯＣ１３又はＡｓ／リン・インプラント）により、蒸着
されたポリシリコン・ゲート５８がドーピングされる。その後にゲート５８の表
面にシリサイド蒸着物（ＷＳｉｘ、１０００−４０００Å厚）を形成することが
できる。その後にゲート・マスク及びポリサイド・エッチングにより最後のゲー
ト５８が形成される。
【００２２】 図４Ｂでは、仕上げられた装置が示されている。チャネル・マスク及びインプ
ラント及びチャネル・ドライブによりチャネル領域５７が形成され、その後に、
ドーピングされたガラス（窒化物／酸化物、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ）の蒸着と、メタ
ライゼーション前の平坦化のための随意のリフローとによってパッシベーション
層６４が形成される。コンタクト・マスクとエッチングとはソース・コンタクト
、ゲート・コンタクト及びドレーン・コンタクトを露出させ、金属が蒸着され（
Ａｌ、Ａｌ／１％Ｓｉ／０．５％Ｃｕ、ＴｉＷバリアーを伴うＡｕ）、その次に
金属マスク及びエッチングによりソース金属コンタクト６６及びドレーン金属コ
ンタクト７０が形成される。ゲート・コンタクト（図示されていない）はゲート
５８の延長されたフィンガー上にある。
【００２３】 図５は、シンカーより前に形成されたＮ−ドリフト領域についてのゲート下の
発生電流と、従来技術の場合と同様にチャネル形成の後のものとを対比させて示
している。衝撃イオン化発生は、本発明の実施態様に従ったシンカー前のＮ−ウ
ェルについての線形動作についての最大ドレーン電流に対して均一に減少してい
ることに言及しておく。ゲート下のチャネル領域の長さは本発明に従ってドーピ
ング補償により最小化されており、本発明による新しい構造では、時間の経過に
伴うスレショルド電圧の変化が小さくなっていると共に、時間の経過に伴う大電
流における相互コンダクタンスの変化が小さくなっている。
【００２４】 幾つかの実施態様を参照して本発明を説明したけれども、この記述は本発明を
例証するものであって、本発明を限定するものと解されてはならない。添付の請
求項で定義されている発明の範囲から逸脱することなく当業者は種々の修正及び
応用に想到することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のデバイスについての１５時間のストレス時間の前及び後の
相互コンダクタンス対ドレーン−ソース電流のプロットである。
【図２Ａ】本発明の１実施態様に従うＬＤＭＯＳデバイスの製造を示す断面図
である。
【図２Ｂ】本発明の１実施態様に従うＬＤＭＯＳデバイスの製造を示す断面図
である。
【図２Ｃ】本発明の１実施態様に従うＬＤＭＯＳデバイスの製造を示す断面図
である。
【図２Ｄ】本発明の１実施態様に従うＬＤＭＯＳデバイスの製造を示す断面図
である。
【図２Ｅ】本発明の１実施態様に従うＬＤＭＯＳデバイスの製造を示す断面図
である。
【図３Ａ】本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳデバイスを製造するステ
ップを示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳデバイスを製造するステ
ップを示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳデバイスを製造するステ
ップを示す断面図である。
【図３Ｄ】本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳデバイスを製造するステ
ップを示す断面図である。
【図３Ｅ】本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳデバイスを製造するステ
ップを示す断面図である。
【図３Ｆ】本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳデバイスを製造するステ
ップを示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳデバイスを製造するステ
ップを示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施態様に従ってＬＤＭＯＳデバイスを製造するステ
ップを示す断面図である。
【図５】従来技術のデバイスと、本発明に従って製造されたデバイスとの衝撃
イオン化発生（Ａ／μ）対直線性能についての最大駆動電流（Ａ／ｃｍ）のプロ
ットである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ング ゼヒム ダニエル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95008 キャンベル ヴィア モンタルヴ ォ 3887 Ｆターム(参考） 5F140 AA01 AA06 AA23 AC21 BA16 BC02 BC06 BC17 BD19 BE03 BF01 BF04 BF05 BF08 BF11 BF16 BF18 BF22 BF25 BF26 BG17 BJ05 BJ06 BJ11 BJ15 BJ16 BK13 BK21 CB01 CB08 CC05 CC07 CC19 CC20 CD09

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 信頼性の高い大電力ＲＦ側方拡散ＭＯＳトランジスタ（ＬＤ
    ＭＯＳ）を製造する方法であって、この方法は： ａ） 主面を有する１つの伝導型の基板を設け； ｂ） 該主面に第２の伝導型のドーピングされたウェルを形成し； ｃ） 該主面のデバイス領域の周りにフィールド酸化物を形成し； ｄ） 該主面において前記のドーピングされたウェルの上にゲート酸化物を
    形成し； ｅ） 前記のドーピングされたウェルの一部分の上で該ゲート酸化物にゲー
    トを形成し； ｆ） ドーパント・インプラント及び熱的ドライブインにより該ゲートの下
    で延在する該第１の伝導型のチャネル領域を形成し； ｇ） 該チャネル領域に該ゲートと整列する第２の伝導型のソース領域を形
    成すると共に前記のドーピングされたウェルに該ゲートから間隔を置くドレーン
    領域を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 該基板は該主面上に第１の伝導型のエピタキシャル層を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ｈ） 該ソース領域、ドレーン領域及び該ゲートへのコンタ
    クトを形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ステップｂ）は第２の伝導型のドーパントのブランケット・
    インプラントを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 ステップｂ）は前記のドーピングされたウェルを該デバイス
    領域に限定するためのマスクを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ステップｂ）の後に寄生バイポーラ・トランジスタの効果を
    減少させるのに用いる第１の伝導型のドーパントの深いインプラントを形成する
    ステップを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 該深インプラントは該主面にグランド・コンタクトを与える
    ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 該第１の伝導型はＰ型であり、該第２の伝導型はＮ型である
    ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  9. 【請求項９】 ステップｄ）は少なくとも２つの厚みのゲート酸化物を形成
    し、ステップｅ）は、ゲート−ドレーン間のキャパシタンスを減少させるために
    該チャネル領域の上の比較的に薄い酸化物の上と該チャネル領域に隣接する前記
    のドーピングされたウェルの上の比較的に厚い酸化物の上とにゲートを形成する
    ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ステップｅ）は、ドーピングされたポリシリコン及びポリ
    サイドから成るグループから選択された材料からゲートを形成することを特徴と
    する請求項２に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 ｈ） 該デバイス領域の表面上にパッシベーション層を形
    成し； ｉ） 該ソース領域、該ドレーン領域、及び該ゲートへのコンタクトを形成
    するステップを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 該パッシベーション層は、酸化珪素、ＰＳＧガラス、ＢＰ
    ＳＧ酸化物、及び窒化珪素から成るグループから選択されることを特徴とする請
    求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 該コンタクトは、アルミニウム、アルミニウム／１％ケイ
    素／０．５％銅、及び耐火性金属バリアーを伴う金から成るグループから選択さ
    れることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 シンカー領域を拡散させると共に前記のドーピングされた
    ウェルの表面ドーパント集中を減少させるためにシンカー・ドライブを実行する
    ステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１により定義されているプロセスから製造されたＬ
    ＤＭＯＳトランジスタ。
  16. 【請求項１６】 請求項２により定義されているプロセスから製造されたＬ
    ＤＭＯＳトランジスタ。
  17. 【請求項１７】 請求項３により定義されているプロセスから製造されたＬ
    ＤＭＯＳトランジスタ。
  18. 【請求項１８】 請求項１１により定義されているプロセスから製造された
    ＬＤＭＯＳトランジスタ。
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