橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制造方法
【專利摘要】公開了一種制造橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制造方法。所述方法包括：在半導(dǎo)體層的表面形成高壓柵極電介質(zhì)；在半導(dǎo)體層上形成至少一部分與高壓柵極電介質(zhì)相鄰的薄柵極電介質(zhì)；在薄柵極電介質(zhì)和高壓柵極電介質(zhì)上形成柵極導(dǎo)體；采用第一掩模圖案化柵極導(dǎo)體，限定柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁，其中，第一側(cè)壁位于薄柵極電介質(zhì)上方；采用第二掩模圖案化柵極導(dǎo)體，限定柵極導(dǎo)體的第二側(cè)壁，其中，第二側(cè)壁的至少一部分位于高壓柵極電介質(zhì)上方；形成第一摻雜類型的源區(qū)和漏區(qū)，其中，該方法還包括經(jīng)由第一掩模來注入摻雜劑，形成第二摻雜類型的體區(qū)，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反。該方法簡化工藝步驟并提高最終器件的可靠性。
【專利說明】橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明的實施例涉及橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)晶體管及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在各種電子系統(tǒng)中，諸如DC至DC電壓變換器之類的電壓調(diào)節(jié)器用于提供穩(wěn)定的電壓源。低功率設(shè)備(例如筆記本、移動電話等)中的電池管理尤其需要高效率的DC至DC變換器。開關(guān)型電壓調(diào)節(jié)器通過將輸入DC電壓轉(zhuǎn)換成高頻電壓、然后對高頻輸入電壓進行濾波以產(chǎn)生輸出DC電壓來產(chǎn)生輸出電壓。具體地，開關(guān)型調(diào)節(jié)器包括用于交替地將DC電壓源(例如電池)耦合至負載(例如集成電路(IC))和將二者去耦合的功率開關(guān)。輸出濾波器典型地包括電感器和電容器，可以耦合在輸入電壓源和負載之間，對開關(guān)的輸出進行濾波，因而提供了輸出DC電壓。控制器(例如脈沖寬度調(diào)制器、脈沖頻率調(diào)制器等)可以控制功率開關(guān)，以維持基本恒定的輸出DC電壓。
[0003]功率開關(guān)可以是半導(dǎo)體器件，包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。LDMOS晶體管的源區(qū)形成在與LDMOS晶體管的導(dǎo)電類型相反摻雜類型的體區(qū)中，漏區(qū)形成在與器件的導(dǎo)電類型相同摻雜類型的高阻的漂移區(qū)中。由于漂移區(qū)的存在，LDMOS的漏極可以承受高電壓。因此，LDMOS晶體管具有大驅(qū)動電流、低導(dǎo)通電阻和高擊穿電壓的優(yōu)點，廣泛地用于開關(guān)型調(diào)節(jié)器。
[0004]在形成LDMOS的現(xiàn)有工藝中，采用硅局部氧化(LOCOS)形成用于限定有源區(qū)的場氧化物FOX和用于柵極電介質(zhì)的高壓柵氧化物HVG0X，以及利用柵極導(dǎo)體進行離子注入以自對準的方式形成摻雜區(qū)。在自對準工藝中，柵極導(dǎo)體作為硬掩模，用于限定摻雜區(qū)的位置。
[0005]然而，隨著功率開關(guān)的尺寸縮小，柵極導(dǎo)體的寬度和厚度越來越小。當柵極導(dǎo)體比較薄時，注入的離子可以穿過柵極導(dǎo)體進入半導(dǎo)體襯底中。柵極導(dǎo)體無法充當離子注入的阻擋層，從而不能準確地限定摻雜區(qū)的準確位置。
[0006]此外，由于場氧化物存在著鳥嘴現(xiàn)象，尺寸難以減小。隨著功率開關(guān)的尺寸縮小，場氧化物占據(jù)的場區(qū)面積相對于有源區(qū)的面積越來越大，從而成為限制功率開關(guān)的尺寸減小的關(guān)鍵因素。場氧化物還造成表面臺階，在柵極導(dǎo)體比較薄時導(dǎo)致柵極導(dǎo)體的厚度不均，在蝕刻時難以圖案化柵極導(dǎo)體。因此，在形成薄柵極導(dǎo)體的LDMOS時，采用形成LDMOS的現(xiàn)有工藝存在著產(chǎn)品良率低和可靠性差的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)晶體管及其制造方法，可以改善工藝窗口和產(chǎn)品可靠性。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種制造橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的方法，包括:形成第一摻雜類型的半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層的表面形成高壓柵極電介質(zhì)；在半導(dǎo)體層上形成至少一部分與高壓柵極電介質(zhì)相鄰的薄柵極電介質(zhì)；在薄柵極電介質(zhì)和高壓柵極電介質(zhì)上形成柵極導(dǎo)體；采用第一掩模圖案化柵極導(dǎo)體，限定柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁，其中，所述第一側(cè)壁位于所述薄柵極電介質(zhì)上方；采用第二掩模圖案化柵極導(dǎo)體，限定柵極導(dǎo)體的第二側(cè)壁，其中，所述第二側(cè)壁的至少一部分位于高壓柵極電介質(zhì)上方；形成第一摻雜類型的源區(qū)和漏區(qū)，其中，所述方法還包括經(jīng)由所述第一掩模來注入摻雜劑，形成第二摻雜類型的體區(qū)，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反。
[0009]優(yōu)選地，在所述方法中，在限定柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁的步驟之前執(zhí)行限定柵極導(dǎo)體的第二側(cè)壁的步驟，或者在限定柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁的步驟之后執(zhí)行限定柵極導(dǎo)體的第二側(cè)壁的步驟。
[0010]優(yōu)選地，所述方法還包括:在形成所述第二摻雜類型的體區(qū)之后，采用第一掩模注入第一摻雜類型的摻雜劑，以形成源鏈接區(qū)。
[0011]優(yōu)選地，在所述方法中，形成第一摻雜類型的半導(dǎo)體層包括:在半導(dǎo)體襯底中注入摻雜劑，形成第一摻雜類型的深阱區(qū)作為半導(dǎo)體層。
[0012]優(yōu)選地，在所述方法中，形成第一摻雜類型的半導(dǎo)體層包括:在半導(dǎo)體襯底上外延生長半導(dǎo)體層；以及在半導(dǎo)體層中注入第一摻雜類型的摻雜劑。
[0013]優(yōu)選地，在所述方法中，在形成半導(dǎo)體層的步驟之前，或者在形成半導(dǎo)體層的步驟和形成高壓柵極電介質(zhì)的步驟之間，還包括形成用于限定有源區(qū)的淺溝槽隔離。
[0014]優(yōu)選地，在所述方法中，在形成半導(dǎo)體層的步驟和形成高壓柵極電介質(zhì)的步驟之間，還包括形成用于限定有源區(qū)的場氧化物。
[0015]優(yōu)選地，在所述方法中，采用硅局部氧化形成高壓柵極電介質(zhì)。
[0016]優(yōu)選地，在所述方法中，高壓柵極電介質(zhì)在漏區(qū)側(cè)橫向延伸至柵極導(dǎo)體的邊緣以外。
[0017]優(yōu)選地，在所述方法中，在形成薄柵極電介質(zhì)、高壓柵極電介質(zhì)和柵極導(dǎo)體一起組成的柵疊層之后，還包括在柵極導(dǎo)體的側(cè)壁上形成柵極側(cè)墻。
[0018]優(yōu)選地，在所述方法中，在形成源區(qū)和漏區(qū)之后還包括:形成與源區(qū)相鄰的第二摻雜類型的體接觸區(qū)。
[0019]優(yōu)選地，在所述方法中，所述體接觸區(qū)相對于所述體區(qū)重摻雜。
[0020]優(yōu)選地，在所述方法中，形成與高壓柵極電介質(zhì)相鄰的第一摻雜類型的漂移區(qū)，其中，所述源區(qū)和漏區(qū)相對于所述漂移區(qū)重摻雜。
[0021]優(yōu)選地，在所述方法中，所述薄柵極電介質(zhì)和所述高壓柵極電介質(zhì)分別由選自氧化物、氮化物和高K電介質(zhì)中的至少一種組成。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種采用上述的方法制造的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括:第一摻雜類型的半導(dǎo)體層；位于半導(dǎo)體層中并且相互隔開的第二摻雜類型的體區(qū)和第一摻雜類型的漂移區(qū)，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；位于體區(qū)中的第一摻雜類型的源區(qū)；位于漂移區(qū)中的第一摻雜類型的漏區(qū)；位于源區(qū)和漏區(qū)之間的薄柵極電介質(zhì)和高壓柵極電介質(zhì)，所述薄柵極電介質(zhì)與所述源區(qū)相鄰，所述高壓柵極電介質(zhì)與所述漏區(qū)相鄰；以及位于薄柵極電介質(zhì)和高壓柵極電介質(zhì)上的柵極導(dǎo)體。
[0023]優(yōu)選地，所述橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管還包括用于限定有源區(qū)的淺溝槽隔離。
[0024]優(yōu)選地，在所述橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中，半導(dǎo)體層是選自位于半導(dǎo)體襯底中的深阱區(qū)和位于半導(dǎo)體襯底上的摻雜半導(dǎo)體層中的一種。
[0025]優(yōu)選地，在所述橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中，高壓柵極電介質(zhì)在漏區(qū)側(cè)橫向延伸至柵極導(dǎo)體的邊緣以外。
[0026]優(yōu)選地，所述橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管還包括:位于體區(qū)中且與源區(qū)相鄰的第二摻雜類型的體接觸區(qū)。
[0027]優(yōu)選地，在所述橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中，所述體接觸區(qū)相對于所述體區(qū)重摻雜。
[0028]優(yōu)選地，在所述橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中，所述源區(qū)和漏區(qū)相對于所述漂移區(qū)重摻雜。
[0029]優(yōu)選地，在所述橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中，所述薄柵極電介質(zhì)和所述高壓柵極電介質(zhì)分別由選自氧化物、氮化物和高K電介質(zhì)中的至少一種組成。
[0030]根據(jù)上述實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，在形成氧化物層和導(dǎo)體層后，通過兩次光刻工藝形成柵極導(dǎo)體，其中一次光刻工藝的掩模既用于限定柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁，又用于形成體區(qū)，從而實現(xiàn)柵極導(dǎo)體與體區(qū)的對準。離子注入的工藝窗口幾乎不會偏離預(yù)定的工藝窗口，在保障了半導(dǎo)體器件的性能的同時簡化了工藝步驟，提高了最終器件的可靠性。
[0031]在優(yōu)選的實施例中，采用淺溝槽隔離替代場氧化物，有利于減小場區(qū)的尺寸，從而進一步減小半導(dǎo)體器件的尺寸。并且由于可以獲得平整的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面，可以形成厚度均勻并且質(zhì)量良好的的薄柵極電介質(zhì)，進而可以提高半導(dǎo)體器件的良率和可靠性。在進一步優(yōu)選的實施例中，在形成半導(dǎo)體層之前形成淺溝槽隔離，從而與常規(guī)的CMOS工藝兼容。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中:
[0033]圖1a和Ib分別不出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的LDMOS晶體管的分解透視圖和截面圖；
[0034]圖2a和2b示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的制造LDMOS晶體管的方法的一部分階段的截面圖；
[0035]圖3a和3b分別示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的LDMOS晶體管的分解透視圖和截面圖；
[0036]圖4a至4j示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造LDMOS晶體管的方法的各階段的截面圖；以及
[0037]圖5a至5c示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的制造LDMOS晶體管的方法的一部分階段的截面圖。

【具體實施方式】
[0038]以下將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。為了簡明起見，可以在一幅圖中描述經(jīng)過數(shù)個步驟后獲得的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0039]應(yīng)當理解，在描述器件的結(jié)構(gòu)時，當將一層、一個區(qū)域稱為位于另一層、另一個區(qū)域“上面”或“上方”時，可以指直接位于另一層、另一個區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將器件翻轉(zhuǎn)，該一層、一個區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚印⒘硪粋€區(qū)域“下面”或“下方”。
[0040]如果為了描述直接位于另一層、另一個區(qū)域上面的情形，本文將采用“A直接在B上面”或“A在B上面并與之鄰接”的表述方式。在本申請中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A與B直接鄰接，而非A位于B中形成的摻雜區(qū)中。
[0041]在本申請中，術(shù)語“半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)”指在制造半導(dǎo)體器件的各個步驟中形成的整個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，包括已經(jīng)形成的所有層或區(qū)域。在下文中描述了本發(fā)明的許多特定的細節(jié)，例如器件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、處理工藝和技術(shù)，以便更清楚地理解本發(fā)明。但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節(jié)來實現(xiàn)本發(fā)明。
[0042]圖1a和Ib分別不出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的LDMOS晶體管的分解透視圖和截面圖。在圖1a中，為了清楚起見，將LDMOS晶體管的各個部分與半導(dǎo)體襯底分離示出。圖1b所示的截面圖沿著圖1a中的線AA截取。
[0043]如圖1a和Ib所示，LDMOS晶體管包括用于限定有源區(qū)的場氧化物105。LDMOS晶體管還包括:位于半導(dǎo)體襯底101上的第一摻雜類型的深阱區(qū)102 ;位于深阱區(qū)102中并且相互隔開的第二摻雜類型的體區(qū)109和第一摻雜類型的漂移區(qū)110 ;位于體區(qū)109中的第一摻雜類型的源區(qū)115和與之相鄰的第二摻雜類型的體接觸區(qū)118 ;位于漂移區(qū)110中的第一摻雜類型的漏區(qū)116 ;位于LDMOS晶體管的源區(qū)115和漏區(qū)116之間的薄柵氧化物107和高壓柵氧化物106，薄柵氧化物107與源區(qū)115相鄰，高壓柵氧化物106與漏區(qū)116相鄰；位于薄柵氧化物107和高壓柵氧化物106上的柵極導(dǎo)體108。高壓柵氧化物106在漏區(qū)116側(cè)橫向延伸至柵極導(dǎo)體108的邊緣以外。與體區(qū)109相比，體接觸區(qū)118的摻雜類型相同但摻雜濃度較高。此外，與漂移區(qū)110相比，源區(qū)115和漏區(qū)116的摻雜類型相同但摻雜濃度較高。第一摻雜類型與第二摻雜類型相反。例如，第一摻雜類型為N型，第二摻雜類型為P型，或反之。
[0044]采用LOCOS形成的場氧化物105的厚度在約4000埃至約5000埃之間，采用LOCOS形成的高壓柵氧化物106的厚度在約250埃至約1500埃，采用熱氧化形成的薄柵氧化物107的厚度在約100埃至約300埃之間。在LOCOS工藝中，由于氧原子的橫向擴散，場氧化物105在氮化物掩模下方橫向生長。同時，由于氧化層比消耗的硅更厚，場氧化物105相對于半導(dǎo)體襯底的表面抬高。因此，場氧化物105的截面形狀類似于“鳥嘴”。場氧化物105是限制功率開關(guān)的尺寸減小的關(guān)鍵因素，而且導(dǎo)致隨后形成的柵極導(dǎo)體的厚度不均，不僅導(dǎo)致蝕刻困難，而且引入可靠性問題。
[0045]圖2a和2b示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的制造LDMOS晶體管的方法的一部分階段的截面圖。在圖2a所示的步驟中，已經(jīng)在半導(dǎo)體襯底101上形成了深阱區(qū)102、場氧化物105、高壓柵氧化物106。進一步地，在形成薄氧化物層和導(dǎo)體層之后，采用光致抗蝕劑掩模PRl進行蝕刻，將薄氧化物層和導(dǎo)體層圖案化，分別形成薄柵氧化物107和柵極導(dǎo)體108。
[0046]然后去除光致抗蝕劑掩模PRl，重新在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成光致抗蝕劑掩模PR2。經(jīng)由光致抗蝕劑掩模PR2的離子注入在深阱區(qū)102中形成體區(qū)109。
[0047]盡管在理想的情形下，期望光致抗蝕劑掩模PR2與薄柵氧化物107和柵極導(dǎo)體108對準，從而在離子注入過程中作為掩模，然而，這種對準在工藝上難以實現(xiàn)。甚至，可能出現(xiàn)光致抗蝕劑掩模PR2超出柵極導(dǎo)體108的側(cè)面的情形，使得與柵極導(dǎo)體108相鄰的區(qū)域中沒有注入摻雜劑。
[0048]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在柵極導(dǎo)體108較厚的情形下，可以利用柵極導(dǎo)體108作為硬掩模形成體區(qū)109。為此，光致抗蝕劑掩模PR2中的開口暴露柵極導(dǎo)體108的側(cè)壁。在離子注入中，體區(qū)109的至少與柵極導(dǎo)體108相鄰的一部分是與柵極導(dǎo)體108自對準的。然而，在柵極導(dǎo)體108較薄的情形下，注入的離子可以穿過柵極導(dǎo)體108進入阱區(qū)102中，結(jié)果不能準確地限定體區(qū)109的準確位置。
[0049]圖3a和3b分別示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的LDMOS晶體管的分解透視圖和截面圖。在圖3a中，為了清楚起見，將LDMOS晶體管的各個部分與半導(dǎo)體襯底分離示出。圖3b所示的截面圖沿著圖3a中的線AA截取。
[0050]根據(jù)該實施例的LDMOS晶體管與圖2a和2b所示的現(xiàn)有技術(shù)的LDMOS晶體管的不同之處在于，采用淺溝槽隔離104代替場氧化物105限定有源區(qū)。
[0051]淺溝槽隔離104的形成與常規(guī)的CMOS工藝兼容，例如，可以采用蝕刻和沉積工藝形成，并且可以采用化學(xué)機械平面化整平，以便隨后形成均勻厚度的柵極導(dǎo)體108。與場氧化物105相比，淺溝槽隔離104可以具有明顯減少的芯片占用面積，實現(xiàn)功率開關(guān)的尺寸減小，并且可以形成厚度均勻的薄導(dǎo)體層，從而可以容易地圖案化形成柵極導(dǎo)體108，改善最終器件的可靠性。
[0052]根據(jù)該實施例的LDMOS晶體管的其他方面與圖2a和2b所示的現(xiàn)有技術(shù)的LDMOS
晶體管相同。
[0053]圖4a至4j示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造LDMOS晶體管的方法的各階段的截面圖。圖4a至4j所示的截面圖均沿著圖3a中的線AA截取。
[0054]該方法開始于半導(dǎo)體襯底101。在半導(dǎo)體襯底101中形成用于限定有源區(qū)的淺溝槽隔離104。用于形成淺溝槽隔離104的工藝與常規(guī)的CMOS工藝兼容，并且可以與CMOS器件的淺溝槽隔離同時形成。
[0055]例如，形成淺溝槽隔離104的步驟包括在半導(dǎo)體襯底101上形成光致抗蝕劑層。采用光刻限定淺溝槽隔離104的圖案，即在光致抗蝕劑層與淺溝槽隔離104相對應(yīng)的部分形成開口，形成光致抗蝕劑掩模(圖中未示出)。然后，從光致抗蝕劑掩模中的開口向下蝕亥IJ，在半導(dǎo)體襯底101中形成開口。通過控制蝕刻的時間，使得半導(dǎo)體襯底101中的開口達到期望的深度，形成淺溝槽。然后，沉積絕緣材料填充淺溝槽，形成淺溝槽隔離?？蛇x地，采用化學(xué)機械平面化去除位于淺溝槽外部的部分。
[0056]上述的蝕刻可以采用干法蝕刻，如離子銑蝕亥IJ、等離子蝕亥IJ、反應(yīng)離子蝕亥IJ、激光燒蝕，或者通過使用蝕刻劑溶液的選擇性的濕法蝕刻。在蝕刻后，通過在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑掩模。上述的沉積工藝例如是選自電子束蒸發(fā)(EBM)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、濺射的一種。
[0057]然后，在半導(dǎo)體襯底101上形成具有第一體積和第一表面區(qū)的深阱區(qū)102。其中，深阱區(qū)102具有第一摻雜類型。半導(dǎo)體襯底101例如由硅組成。在本申請中，第一摻雜類型與第二摻雜類型相反。例如，第一摻雜類型是N型和P型中的一種，第二摻雜類型是N型和P型中的另一種。
[0058]例如，形成深阱區(qū)102的步驟包括在半導(dǎo)體襯底101上形成光致抗蝕劑層。采用光刻限定深阱區(qū)102的圖案，即在光致抗蝕劑層與深阱區(qū)102相對應(yīng)的部分形成開口，形成光致抗蝕劑掩模(圖中未示出)。隨后，采用常規(guī)的體注入和驅(qū)入技術(shù)，進行離子注入，在半導(dǎo)體襯底101中形成深阱區(qū)102。
[0059]為了形成N型半導(dǎo)體層或區(qū)域，可以在半導(dǎo)體層和區(qū)域中注入N型摻雜劑(例如P、As)。為了形成P型半導(dǎo)體層或區(qū)域，可以在半導(dǎo)體層和區(qū)域中摻入P型摻雜劑(例如B)。
[0060]通過控制離子注入的參數(shù)，例如注入能量和劑量，可以達到所需的深度和獲得所需的摻雜濃度。采用附加的光致抗蝕劑掩模，可以控制深阱區(qū)102的橫向延伸區(qū)域。
[0061]接著，通過使用LOCOS工藝，在深阱區(qū)102由淺溝槽隔離104限定的有源區(qū)的一部分表面形成高壓柵氧化物106，如圖4b所示。所述高壓柵氧化物106將從柵極導(dǎo)體下方延伸至與漏區(qū)相鄰。在本實施例中，優(yōu)選地，高壓柵氧化物106為氧化物層。
[0062]LOCOS工藝例如包括在深阱區(qū)102的表面形成氮化物保護層；在氮化物保護層中形成開口，以暴露深阱區(qū)102的一部分表面；進行熱氧化，使得深阱區(qū)的暴露表面生長氧化物層，從而形成高壓柵氧化物106。
[0063]進一步地，在所述在深阱區(qū)102表面形成氧化物層107。形成氧化物層107可以采用熱氧化或者上述已知的沉積工藝。氧化物層107可以是氧化物層、氮化物、氧氮化物、硅酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽。優(yōu)選地，在本實施例中，氧化物層107為氧化物層。優(yōu)選地，在本實施例中，氧化物層107的厚度小于高壓柵氧化物106。例如，高壓柵氧化物106的厚度約1000埃，采用熱氧化形成的氧化物層107的厚度在約100埃至約300埃之間。
[0064]然后，在氧化物層107表面形成導(dǎo)體層108，如圖4c所示。形成導(dǎo)體層108可以采用上述已知的沉積工藝。導(dǎo)體層108可以是例如金屬層、摻雜多晶硅層、或包括金屬層和摻雜多晶硅層的疊層?xùn)艠O導(dǎo)體或者是其他導(dǎo)電材料，例如為TaC、TiN, TaSiN, HfSiN, TiSiN,TiCN, TaAlC, TiAlN, TaN, PtSix, Ni3S1、Pt、Ru、W、和所述各種導(dǎo)電材料的組合。優(yōu)選地，在本實施例中，導(dǎo)電層為多晶娃層。
[0065]進一步地，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑掩模PRl。該光致抗蝕劑掩模PRl限定體區(qū)109的圖案，即在光致抗蝕劑層與體區(qū)109相對應(yīng)的部分形成開口。然后，從光致抗蝕劑掩模中的開口向下蝕刻，以去除導(dǎo)體層108的暴露部分。由于蝕刻的選擇性，該蝕刻可以停止在氧化物層107的表面。但在實際中，氧化物層107暴露部分的表面層會被過蝕刻一小部分，以確保導(dǎo)體層108完全被蝕刻。該蝕刻形成柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁，如圖4d所示。在蝕刻后，仍然保留光致抗蝕劑掩模PRl。
[0066]進一步地，采用常規(guī)的體注入和驅(qū)入技術(shù)，經(jīng)由光致抗蝕劑掩模PRl進行離子注入，在深阱區(qū)102中形成第二摻雜類型的體區(qū)109，如圖4e所示。在離子注入之后，通過在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑掩模PRl。
[0067]由于在圖4d和4e所示的步驟中，采用同一個光致抗蝕劑掩模PRl進行蝕刻和離子注入，因此柵極導(dǎo)體的至少一部分側(cè)壁與體區(qū)109對準。
[0068]進一步優(yōu)選地，在形成所述第二摻雜類型的體區(qū)109之后，采用光致抗蝕劑掩模PRl注入第一摻雜類型的摻雜劑，以形成源鏈接區(qū)。
[0069]進一步地，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑掩模PR2。該光致抗蝕劑掩模PR2限定柵極導(dǎo)體的圖案并且遮擋體區(qū)109，即保留光致抗蝕劑層與柵極導(dǎo)體和體區(qū)109相對應(yīng)的部分。
[0070]然后，從光致抗蝕劑掩模PR2中的開口向下蝕刻，以去除導(dǎo)體層108的暴露部分。由于蝕刻的選擇性，該蝕刻可以停止在氧化物層107和高壓柵氧化物106的表面。但在實際中，氧化物層107和高壓柵氧化物106暴露部分的表面層會被過蝕刻一小部分，以確保導(dǎo)體層108完全被蝕刻。該蝕刻形成柵極導(dǎo)體的第二側(cè)壁，如圖4f所示。在蝕刻后，通過在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑掩模PR2。
[0071]進一步地，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑掩模PR3。該光致抗蝕劑掩模PR3限定漂移區(qū)110的圖案，即在光致抗蝕劑層與漂移區(qū)110相對應(yīng)的部分形成開口。
[0072]然后，采用常規(guī)的體注入和驅(qū)入技術(shù)，經(jīng)由光致抗蝕劑掩模PR3進行離子注入，在深阱區(qū)102中形成第一摻雜類型的漂移區(qū)110，如圖4g所示。在離子注入之后，通過在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑掩模PR3。
[0073]進一步地，通過上述已知的沉積工藝，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上形成共形的氮化物層。通過各向異性的蝕刻工藝(例如，反應(yīng)離子蝕刻)，去除氮化物層的橫向延伸的部分，使得氮化物層位于柵極導(dǎo)體108的側(cè)面上的垂直部分保留，從而形成柵極側(cè)墻112，如圖4h所示。在一個示例中，柵極側(cè)墻112為厚度約5-20nm的氮化硅層。
[0074]進一步地，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑掩模PR4。該光致抗蝕劑掩模PR4限定源區(qū)115和漏區(qū)116的圖案，即在光致抗蝕劑層與源區(qū)115和漏區(qū)116相對應(yīng)的部分形成開口。在本實施例中，優(yōu)選地，該開口還暴露柵極導(dǎo)體108和柵極側(cè)墻112。
[0075]然后，采用常規(guī)的體注入和驅(qū)入技術(shù)，經(jīng)由光致抗蝕劑掩模PR4進行離子注入，分別在體區(qū)109中形成源區(qū)115，在漂移區(qū)110中形成漏區(qū)116，如圖4i所示。在離子注入之后，通過在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑掩模PR4。
[0076]在離子注入中，如果光致抗蝕劑掩模PR4的開口還暴露柵極導(dǎo)體108和柵極側(cè)墻112，則柵極導(dǎo)體108和柵極側(cè)墻112可以作為硬掩模，與光致抗蝕劑掩模PR4 —起限定源區(qū)115和漏區(qū)116。柵極導(dǎo)體108和柵極側(cè)墻112作為硬掩模，可以減小光致抗蝕劑掩模PR4的復(fù)雜度和對準難度。
[0077]可以采用雙擴散工藝形成源區(qū)115和/或漏區(qū)116。在雙擴散工藝中，在相同的區(qū)域注入兩次以及進行高溫推進過程。例如，在LDMOS晶體管的導(dǎo)電類型為N型時，為了形成源區(qū)115，第一次離子注入的摻雜劑例如是砷，并且摻雜濃度較高，第二次離子注入的摻雜劑例如是硼，并且摻雜濃度較低。在兩次離子注入之后的高溫推進過程中，由于硼擴散比砷擴散快，硼在水平方向上比砷擴散更遠，從而使得低摻雜區(qū)的橫向延伸距離大于高摻雜區(qū)的橫向延伸距離，形成橫向的濃度梯度。在圖4i中為了簡明起見，并未示出源區(qū)115和漏區(qū)116在柵極導(dǎo)體108下方橫向延伸的部分。
[0078]進一步地，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑掩模PR5。該光致抗蝕劑掩模PR5限定體接觸區(qū)118的圖案，即在光致抗蝕劑層與體接觸區(qū)118相對應(yīng)的部分形成開口。
[0079]然后，采用常規(guī)的體注入和驅(qū)入技術(shù)，經(jīng)由光致抗蝕劑掩模PR5進行離子注入，在體區(qū)109中與源區(qū)115相鄰的部分中形成體接觸區(qū)118，如圖4j所示。在離子注入之后，通過在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑掩模PR5。
[0080]圖5a至5c示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的制造LDMOS晶體管的方法的一部分階段的截面圖。圖5a至5c所示的截面圖均沿著圖3a中的線AA截取。
[0081]在該方法中，替代圖4d至4f所示的步驟，執(zhí)行圖5a至5c所示的步驟。
[0082]在形成圖4c所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之后，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑掩模PR1。該光致抗蝕劑掩模PRl限定柵極導(dǎo)體的圖案并且遮擋體區(qū)，即保留光致抗蝕劑層與柵極導(dǎo)體和體區(qū)相對應(yīng)的部分。
[0083]然后，從光致抗蝕劑掩模PRl中的開口向下蝕刻，以去除導(dǎo)體層108的暴露部分。由于蝕刻的選擇性，該蝕刻可以停止在氧化物層107的表面。但在實際中，氧化物層107和高壓柵氧化物106暴露部分的表面層會被過蝕刻一小部分，以確保導(dǎo)體層108完全被蝕刻。該蝕刻形成柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁，即與漏區(qū)相鄰的側(cè)壁，如圖5a所示。該蝕刻可以暴露高壓柵氧化物106。在蝕刻后，通過在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑掩模PRl。
[0084]進一步地，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方形成光致抗蝕劑掩模PR2。該光致抗蝕劑掩模PR2限定體區(qū)109的圖案，即在光致抗蝕劑層與體區(qū)109相對應(yīng)的部分形成開口。然后，從光致抗蝕劑掩模中的開口向下蝕刻，以去除導(dǎo)體層108的暴露部分。由于蝕刻的選擇性，該蝕刻可以停止在氧化物層107的表面。但在實際中，氧化物層107暴露部分的表面層會被過蝕刻一小部分，以確保導(dǎo)體層108完全被蝕刻。該蝕刻形成柵極導(dǎo)體的與體區(qū)109對準的的第二側(cè)壁。在蝕刻后，仍然保留光致抗蝕劑掩模PR2。
[0085]進一步地，采用常規(guī)的體注入和驅(qū)入技術(shù)，經(jīng)由光致抗蝕劑掩模PR2進行離子注入，在深阱區(qū)102中形成第二摻雜類型的體區(qū)109，如圖5c所示。在離子注入之后，通過在溶劑中溶解或灰化去除光致抗蝕劑掩模PR2。
[0086]由于在圖5b和5c所示的步驟中，采用同一個光致抗蝕劑掩模PR2進行蝕刻和離子注入，因此柵極導(dǎo)體的至少至少一部分側(cè)壁與體區(qū)109對準。
[0087]進一步優(yōu)選地，在形成所述第二摻雜類型的體區(qū)109之后，采用光致抗蝕劑掩模PR2注入第一摻雜類型的摻雜劑，以形成源鏈接區(qū)。
[0088]在圖5c所示的步驟之后,繼續(xù)圖4g至圖4j所示的步驟。
[0089]在上述實施例的方法中，在形成源區(qū)和漏區(qū)之后，可以在所得到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上去除薄柵氧化物107的位于接觸區(qū)上方的部分以暴露接觸區(qū)，然而形成層間絕緣層、穿透層間絕緣層到達接觸區(qū)的通孔、位于層間絕緣層上表面的布線或電極，從而完成LDMOS晶體管的其他部分。
[0090]應(yīng)當注意，在上述實施例的方法中，各個摻雜區(qū)的形成順序是不限定的，且具有相同摻雜類型的摻雜區(qū)可以同時形成。上述實施例示意性地列出各個步驟的順序，但不僅僅局限于本實施例列出的各個步驟的順序。在替代的實施例中，可以任意增加在工藝上可以相兼容的晶體管及其他器件。
[0091]在一個替代的實施例中，可以采用摻雜的外延半導(dǎo)體層替代半導(dǎo)體襯底101中的深阱區(qū)102，可以采用場氧化物替代淺溝槽隔離104，可以省去柵極側(cè)墻112，和/或可以使用氮化物或高K電介質(zhì)材料以替代薄柵氧化物107和高壓氧化物106。
[0092]在另一個替代的實施例中，代替在形成深阱區(qū)102之前形成淺溝槽隔離104的步驟，可以在形成深阱區(qū)102和高壓柵氧化物106的步驟之間，形成場氧化物替代淺溝槽隔離104。
[0093]在另一個替代的實施例中，代替在各個步驟中使用的光致抗蝕劑掩模，可以采用諸如氧化物或氮化物的硬掩模。
[0094]在以上的描述中，對于各層的構(gòu)圖、蝕刻等技術(shù)細節(jié)并沒有做出詳細的說明。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以通過各種技術(shù)手段，來形成所需形狀的層、區(qū)域等。另外，為了形成同一結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以設(shè)計出與以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，盡管在以上分別描述了各實施例，但是這并不意味著各個實施例中的措施不能有利地結(jié)合使用。
[0095]以上對本發(fā)明的實施例進行了描述。但是，這些實施例僅僅是為了說明的目的，而并非為了限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價物限定。不脫離本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種替代和修改，這些替代和修改都應(yīng)落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制造橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的方法，包括: 形成第一摻雜類型的半導(dǎo)體層； 在半導(dǎo)體層的表面形成高壓柵極電介質(zhì)； 在半導(dǎo)體層上形成至少一部分與高壓柵極電介質(zhì)相鄰的薄柵極電介質(zhì)； 在薄柵極電介質(zhì)和高壓柵極電介質(zhì)上形成柵極導(dǎo)體； 采用第一掩模圖案化柵極導(dǎo)體，限定柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁，其中，所述第一側(cè)壁位于所述薄柵極電介質(zhì)上方； 采用第二掩模圖案化柵極導(dǎo)體，限定柵極導(dǎo)體的第二側(cè)壁，其中，所述第二側(cè)壁的至少一部分位于高壓柵極電介質(zhì)上方； 形成第一摻雜類型的源區(qū)和漏區(qū)， 其中，所述方法還包括經(jīng)由所述第一掩模來注入摻雜劑，形成第二摻雜類型的體區(qū)，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在限定柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁的步驟之前執(zhí)行限定柵極導(dǎo)體的第二側(cè)壁的步驟，或者在限定柵極導(dǎo)體的第一側(cè)壁的步驟之后執(zhí)行限定柵極導(dǎo)體的第二側(cè)壁的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括: 在形成所述第二摻雜類型的體區(qū)之后，采用第一掩模注入第一摻雜類型的摻雜劑，以形成源鏈接區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成第一摻雜類型的半導(dǎo)體層包括:在半導(dǎo)體襯底中注入摻雜劑，形成第一摻雜類型的深阱區(qū)作為半導(dǎo)體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成第一摻雜類型的半導(dǎo)體層包括: 在半導(dǎo)體襯底上外延生長半導(dǎo)體層；以及 在半導(dǎo)體層中注入第一摻雜類型的摻雜劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在形成半導(dǎo)體層的步驟之前，或者在形成半導(dǎo)體層的步驟和形成高壓柵極電介質(zhì)的步驟之間，還包括形成用于限定有源區(qū)的淺溝槽隔離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在形成半導(dǎo)體層的步驟和形成高壓柵極電介質(zhì)的步驟之間，還包括形成用于限定有源區(qū)的場氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中采用硅局部氧化形成高壓柵極電介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中高壓柵極電介質(zhì)在漏區(qū)側(cè)橫向延伸至柵極導(dǎo)體的邊緣以外。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在形成薄柵極電介質(zhì)、高壓柵極電介質(zhì)和柵極導(dǎo)體一起組成的柵疊層之后，還包括在柵極導(dǎo)體的側(cè)壁上形成柵極側(cè)墻。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在形成源區(qū)和漏區(qū)之后還包括:形成與源區(qū)相鄰的第二摻雜類型的體接觸區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述體接觸區(qū)相對于所述體區(qū)重摻雜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，形成與高壓柵極電介質(zhì)相鄰的第一摻雜類型的漂移區(qū)，其中，所述源區(qū)和漏區(qū)相對于所述漂移區(qū)重摻雜。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述薄柵極電介質(zhì)和所述高壓柵極電介質(zhì)分別由選自氧化物、氮化物和高K電介質(zhì)中的至少一種組成。
15.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，包括: 第一摻雜類型的半導(dǎo)體層； 位于半導(dǎo)體層中并且相互隔開的第二摻雜類型的體區(qū)和第一摻雜類型的漂移區(qū)，第二摻雜類型與第一摻雜類型相反； 位于體區(qū)中的第一摻雜類型的源區(qū)； 位于漂移區(qū)中的第一摻雜類型的漏區(qū)； 位于源區(qū)和漏區(qū)之間的薄柵極電介質(zhì)和高壓柵極電介質(zhì)，所述薄柵極電介質(zhì)與所述源區(qū)相鄰，所述高壓柵極電介質(zhì)與所述漏區(qū)相鄰；以及 位于薄柵極電介質(zhì)和高壓柵極電介質(zhì)上的柵極導(dǎo)體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括用于限定有源區(qū)的淺溝槽隔離。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中半導(dǎo)體層是選自位于半導(dǎo)體襯底中的深阱區(qū)和位于半導(dǎo)體襯底上的摻雜半導(dǎo)體層中的一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中高壓柵極電介質(zhì)在漏區(qū)側(cè)橫向延伸至柵極導(dǎo)體的邊緣以外。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，還包括:位于體區(qū)中且與源區(qū)相鄰的第二摻雜類型的體接觸區(qū)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中所述體接觸區(qū)相對于所述體區(qū)重摻雜。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中所述源區(qū)和漏區(qū)相對于所述漂移區(qū)重摻雜。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的橫向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中所述薄柵極電介質(zhì)和所述高壓柵極電介質(zhì)分別由選自氧化物、氮化物和高K電介質(zhì)中的至少一種組成。
【文檔編號】H01L29/78GK104241384SQ201410489590
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】游步東, 王猛, 呂政
申請人:矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)(杭州)有限公司