本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種具有槽形結(jié)構(gòu)的n型橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(nldmos)。

背景技術(shù)：

目前功率集成電路的集成度不斷提高，也促進(jìn)功率開關(guān)模塊及其相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，隨著工作頻率越來(lái)越高，其對(duì)電路及器件工作頻率的要求越來(lái)越高。在射頻功率器件中，ldmos(橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)器件相比其它功率器件，展現(xiàn)了高可靠性，高線性度等優(yōu)良電學(xué)特性，以及與傳統(tǒng)的cmos工藝兼容的優(yōu)點(diǎn)成為射頻功率器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，從而如何提高ldmos器件的頻率、導(dǎo)通電阻等電學(xué)特性成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

在射頻功率器件中，ldmos(橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)器件發(fā)揮著重要的作用。對(duì)于ldmos器件，降低器件的導(dǎo)通電阻，提高器件頻率特性的方法主要有溝道工程。溝道工程即通過(guò)對(duì)器件溝道長(zhǎng)度的縮短、溝道的改進(jìn)提高溝道載流子遷移率，進(jìn)而提高器件的跨導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)能力，從而提高器件頻率。其中，提高溝道載流子遷移率的主要方法之一就是向溝道中引入應(yīng)力。向溝道引入應(yīng)力比較常見的方式有以下兩種：氮化硅蓋帽技術(shù)和應(yīng)變弛豫鍺硅緩沖層技術(shù)。其中，應(yīng)變弛豫鍺硅緩沖層技術(shù)首先在硅基襯底上生長(zhǎng)一層較厚的漸變鍺硅緩沖層，鍺組分的含量從零逐漸增加，再在漸變鍺硅緩沖層上外延弛豫鍺硅層，最后在弛豫鍺硅層上制作應(yīng)變層，而禁帶寬度較窄的鍺硅層在漂移區(qū)時(shí)其臨界擊穿電場(chǎng)較低，從而會(huì)導(dǎo)致漂移區(qū)可承受耐壓降低，導(dǎo)致ldmos擊穿電壓降低；并且應(yīng)變弛豫鍺硅緩沖層技術(shù)工藝復(fù)雜，成本較高。氮化硅蓋帽技術(shù)也稱作接觸刻蝕阻擋層(contactetchstoplayer，cesl)技術(shù)，其工藝較為簡(jiǎn)單，采用化學(xué)氣相淀積(cvd)工藝在器件表面淀積一層氮化硅應(yīng)力膜向器件引入應(yīng)力。

傳統(tǒng)ldmos器件如圖1所示，作為一種nmos器件，可通過(guò)覆蓋張應(yīng)變氮化硅膜以獲得對(duì)電子遷移率有利的張應(yīng)變溝道，但這種方式將會(huì)向漂移區(qū)中引入壓應(yīng)力；覆蓋張應(yīng)變氮化硅膜的傳統(tǒng)ldmos器件表面應(yīng)力分布如圖2所示，漂移區(qū)引入與溝道相反性質(zhì)的應(yīng)力，使得漂移區(qū)和溝道區(qū)只有一個(gè)區(qū)域載流子遷移率能夠獲得有效提升，而另一個(gè)區(qū)域載流子遷移率不能獲得有效提升甚至被降低，那么就無(wú)法有效的改善器件的跨導(dǎo)、輸出電流以及導(dǎo)通電阻等特性。為改善溝道區(qū)和漂移區(qū)應(yīng)力性質(zhì)相反的情況，于是有文獻(xiàn)(中國(guó)發(fā)明專利，201410430928.3)提出淀積兩種性質(zhì)的應(yīng)變氮化硅膜，這兩種性質(zhì)的應(yīng)變膜分別向溝道和漂移區(qū)引入張應(yīng)力，使得兩個(gè)區(qū)域的應(yīng)力性質(zhì)達(dá)到一致，改進(jìn)了淀積一種應(yīng)變膜帶來(lái)的缺點(diǎn)，但是這種改善方法使得工藝變得復(fù)雜。另外，雙應(yīng)變氮化硅膜技術(shù)提升了器件的跨導(dǎo)、輸出電流等特性，但是器件的耐壓特性沒(méi)有改善。

目前已有一種利用槽形漂移區(qū)提高ldmos器件耐壓特性的技術(shù)，典型結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括半導(dǎo)體襯底1，溝道摻雜區(qū)2，漂移區(qū)3，源區(qū)4，漏區(qū)5，柵介質(zhì)6，柵7，溝道襯底重?fù)诫s區(qū)8，側(cè)墻9以及漂移區(qū)槽形結(jié)構(gòu)，其中漂移區(qū)內(nèi)的槽形結(jié)構(gòu)增加了漂移區(qū)的有效長(zhǎng)度從而提高了器件的耐壓，但是該結(jié)構(gòu)提高耐壓的同時(shí)也增大了器件的導(dǎo)通電阻。如果發(fā)展一種應(yīng)變結(jié)構(gòu)使得擁有較高耐壓的同時(shí)又能夠有效的抑制導(dǎo)通電阻的增大，這將大大提高器件的性能。

另一方面，在cmos集成電路中，由于空穴遷移率一般低于電子遷移率，相同尺寸的nmos和pmos，pmos的一些電學(xué)性能要比nmos弱，pmos性能構(gòu)成集成電路性能瓶頸。常規(guī)的cesl技術(shù)下，pmos需要覆蓋壓應(yīng)變氮化硅膜以獲得對(duì)空穴遷移率有利的壓應(yīng)變溝道，而nmos需要覆蓋張應(yīng)變氮化硅膜以獲得對(duì)電子遷移率有利的張應(yīng)變溝道。作為一種nmos器件，常規(guī)n型ldmos需要覆蓋張應(yīng)變氮化硅膜以提升溝道電子遷移率，而壓應(yīng)變氮化硅膜反而會(huì)降低包括n型ldmos在內(nèi)的nmos的性能，但是，對(duì)cmos集成電路中的pmos和nmos分別覆蓋壓應(yīng)變氮化硅膜和張應(yīng)變氮化硅膜的dsl(雙應(yīng)力線)技術(shù)在工藝上有比較復(fù)雜，如果發(fā)展一種應(yīng)變結(jié)構(gòu)使得壓應(yīng)變氮化硅膜也可提高nldmos性能，這將有利nldmos與pmos集成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在問(wèn)題或不足，本發(fā)明提供了一種具有槽形結(jié)構(gòu)的應(yīng)變nldmos器件。以提高器件的跨導(dǎo)、輸出電流以及頻率特性；且避開dsl工藝，簡(jiǎn)化工藝步驟，利于nldmos與pmos集成。

該具有槽形結(jié)構(gòu)的應(yīng)變nldmos器件，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括半導(dǎo)體襯底、溝道摻雜區(qū)、漂移區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)、柵介質(zhì)、柵、溝道襯底重?fù)诫s區(qū)、側(cè)墻、輕摻雜漏區(qū)和壓應(yīng)變氮化硅膜。

所述源區(qū)與溝道襯底重?fù)诫s區(qū)之間和漂移區(qū)還各設(shè)有一個(gè)槽；且壓應(yīng)變氮化硅膜直接覆蓋在槽的表面，兩者之間不填充介質(zhì)；槽的上表面到下表面的垂直距離大于漂移區(qū)厚度的一半，與柵的水平最小距離均不超過(guò)0.15μm；源區(qū)與溝道襯底重?fù)诫s區(qū)之間的槽與源區(qū)相接。

進(jìn)一步的，所述槽為矩形、梯形或v形。

進(jìn)一步的，所述側(cè)墻材料為氮化硅或二氧化硅，或采用無(wú)側(cè)墻結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述壓應(yīng)變刻蝕阻擋層即壓應(yīng)變氮化硅膜的厚度為10nm-300nm，且其厚度不超過(guò)槽口寬度的二分之一。

進(jìn)一步的，所述柵介質(zhì)的材料為二氧化硅或高k介質(zhì)；二氧化硅對(duì)應(yīng)的柵為多晶硅柵，高k介質(zhì)對(duì)應(yīng)的柵為金屬柵。

進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體襯底選用001晶向的硅襯底。

在一般情況下，對(duì)于常規(guī)結(jié)構(gòu)的cesl應(yīng)變器件而言，pmos需要覆蓋壓應(yīng)變氮化硅膜以獲得對(duì)空穴遷移率有利的壓應(yīng)變溝道，而nmos需要覆蓋張應(yīng)變氮化硅膜以獲得對(duì)電子遷移率有利的張應(yīng)變溝道。作為一種nmos器件，常規(guī)n型ldmos需要覆蓋張應(yīng)變氮化硅膜以提升溝道電子遷移率。但與之不同的是，本發(fā)明采用了壓應(yīng)變氮化硅膜作為n型ldmos的應(yīng)力源，再利用槽型結(jié)構(gòu)使得溝道內(nèi)應(yīng)力反轉(zhuǎn)，由對(duì)電子遷移率不利的壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)電子遷移率有利的張應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)了只需要用壓應(yīng)變氮化硅膜就能提升本發(fā)明的槽形結(jié)構(gòu)的ldmos器件的性能，從而，在cmos集成電路中可以使用一種壓應(yīng)變氮化硅膜技術(shù)同時(shí)提升ldmos和pmos的性能，避開了dsl工藝，大大降低了工藝難度，簡(jiǎn)化了工藝步驟，這將有利ldmos與pmos集成。

傳統(tǒng)ldmos器件施加壓應(yīng)變氮化硅膜時(shí)其結(jié)構(gòu)如圖5所示，本發(fā)明槽形結(jié)構(gòu)的應(yīng)變nldmos器件溝道內(nèi)的應(yīng)力分布如圖6所示。本發(fā)明槽形結(jié)構(gòu)的應(yīng)變nldmos在溝道實(shí)現(xiàn)了較大的張應(yīng)力。對(duì)于淀積應(yīng)變cesl的傳統(tǒng)ldmos器件而言，通常將應(yīng)變cesl對(duì)溝道應(yīng)力的貢獻(xiàn)分為三部分：柵極上方部分、側(cè)墻外側(cè)部分及柵兩側(cè)部分。溝道應(yīng)力被柵極兩側(cè)即源漏、漂移區(qū)區(qū)域上方的應(yīng)變氮化硅膜所主導(dǎo)。該處的應(yīng)變氮化硅膜通過(guò)其下方的物質(zhì)向溝道傳遞應(yīng)力。如果漂移區(qū)和源區(qū)外側(cè)引入不填充介質(zhì)的槽，器件將與槽外的區(qū)域在力學(xué)上相互隔離。這將改變器件結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)平衡。當(dāng)引入槽形結(jié)構(gòu)時(shí)，溝道內(nèi)的力學(xué)平衡發(fā)生改變使得溝道內(nèi)壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閺垜?yīng)力，從而溝道和漂移區(qū)的應(yīng)力性質(zhì)均為張應(yīng)力，提高了器件整體的遷移率。其中，源端槽主要是配合漂移區(qū)槽使溝道表面應(yīng)力完全反型，單獨(dú)的漂移區(qū)槽只能是溝道內(nèi)應(yīng)力部分反型或者不反型，這樣就達(dá)不到提升載流子遷移率的效果。

綜上所述，本發(fā)明提高了器件整體的遷移率，從而提高器件的跨導(dǎo)、輸出電流以及頻率特性；且避開了dsl工藝，簡(jiǎn)化了工藝步驟，有利nldmos與pmos集成。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)ldmos器件沿源漏方向剖面圖；

圖2傳統(tǒng)ldmos器件溝道和漂移區(qū)表面的應(yīng)力分布圖；

圖3漂移區(qū)槽形結(jié)構(gòu)的ldmos器件沿源漏方向剖面圖；

圖4為本發(fā)明的梯形槽應(yīng)變nldmos器件剖面圖；

圖5為傳統(tǒng)ldmos器件施加壓應(yīng)變氮化硅膜時(shí)器件剖面圖；

圖6為傳統(tǒng)ldmos器件施加壓應(yīng)變氮化硅膜時(shí)與本發(fā)明槽形應(yīng)變nldmos的溝道內(nèi)應(yīng)力分布圖；

圖7為實(shí)施例1的梯形槽應(yīng)變ldmos器件溝道表面的應(yīng)力分布；

圖8為實(shí)施例1的梯形槽結(jié)構(gòu)的nldmos施加應(yīng)力和無(wú)應(yīng)力時(shí)轉(zhuǎn)移曲線；

圖9為實(shí)施例1的梯形槽結(jié)構(gòu)的nldmos施加應(yīng)力和無(wú)應(yīng)力時(shí)跨導(dǎo)曲線；

圖10為實(shí)施例1的梯形槽結(jié)構(gòu)的nldmos施加應(yīng)力和無(wú)應(yīng)力時(shí)輸出曲線；

圖11為實(shí)施例1的梯形槽結(jié)構(gòu)的nldmos施加應(yīng)力和無(wú)應(yīng)力時(shí)擊穿曲線；

圖12為實(shí)施例1的梯形槽結(jié)構(gòu)的nldmos晶體管繪制的工藝流程示意圖；

圖13為實(shí)施例2的矩形槽應(yīng)變nldmos器件剖面圖；

圖14為實(shí)施例2的v形槽應(yīng)變nldmos器件剖面圖；

附圖標(biāo)記：1-半導(dǎo)體襯底，2-溝道摻雜區(qū)，3-漂移區(qū)，4-源區(qū)，5-漏區(qū)，6-柵介質(zhì)，7-柵，8-溝道襯底重?fù)诫s區(qū)，9-氮化硅側(cè)墻，10-壓應(yīng)變氮化硅膜，11-輕摻雜漏區(qū)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。

一種槽形結(jié)構(gòu)的n型橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(nldmos)，包括半導(dǎo)體襯底1，溝道摻雜區(qū)2，漂移區(qū)3，源區(qū)4，漏區(qū)5，柵介質(zhì)6，柵7，溝道襯底重?fù)诫s區(qū)8，側(cè)墻9，壓應(yīng)變氮化硅膜10和輕摻雜漏區(qū)11。所述槽設(shè)置在源區(qū)與溝道襯底重?fù)诫s區(qū)之間和漂移區(qū)上，與柵的水平最小距離均不超過(guò)0.15μm；源區(qū)與溝道襯底重?fù)诫s區(qū)之間的槽與源區(qū)相接，槽使溝道內(nèi)應(yīng)力反型。

實(shí)施例1

本實(shí)施例是針對(duì)圖4所示的能使溝道應(yīng)力反型的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ldmos)器件。以n型ldmos為例，氮化硅應(yīng)力膜為壓應(yīng)力膜。

本實(shí)施例1所述的梯形槽橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ldmos)如圖4所示包括半導(dǎo)體襯底1，溝道摻雜區(qū)2，漂移區(qū)3，源區(qū)4，漏區(qū)5，柵介質(zhì)6，柵7，溝道襯底重?fù)诫s區(qū)8，側(cè)墻9，壓應(yīng)變氮化硅膜10，輕摻雜漏區(qū)11和沿源漏方向的槽，其中柵以及柵介質(zhì)材料別為二氧化硅、多晶硅。

步驟1、在(001)晶向的n型硅片上分區(qū)形成p型深阱，如圖12a所示。光刻膠覆蓋，光刻形成n阱區(qū)域，在p阱內(nèi)注磷形成n阱，保證摻雜濃度為1e17cm^-3量級(jí)，結(jié)果如圖12b所示。

步驟2、氧化，形成15nm的柵氧化層，接著淀積多晶硅，然后擴(kuò)磷摻雜，刻蝕形成柵電極，如圖12c所示。

步驟3、在柵電極p型區(qū)一側(cè)注入硼雜質(zhì)，橫向擴(kuò)散、自對(duì)準(zhǔn)形成溝道，保證摻雜濃度為2e18cm^-3量級(jí)，如圖12d所示。

步驟4、在柵左端形成n型輕摻雜漏區(qū)(ldd)以及柵兩側(cè)的側(cè)墻，如圖12e所示。

步驟5、在多晶硅p區(qū)一側(cè)、n阱右側(cè)部分注入磷雜質(zhì)以形成源、漏區(qū)和漂移區(qū)，如圖12f所示。

步驟6源電極外側(cè)注入硼雜質(zhì)以形成溝道襯底重?fù)诫s區(qū)，如圖12g所示。

步驟7、最后分別在源區(qū)與溝道襯底重?fù)诫s區(qū)之間和漂移區(qū)上刻蝕一個(gè)梯形槽結(jié)構(gòu)，如圖12h所示槽垂直深度為0.25μm，槽口寬度為0.2μm，槽底的寬度為0.1μm，且漂移區(qū)的槽和源區(qū)外側(cè)槽與柵的水平最小距離都不超過(guò)0.15μm。

步驟8、通過(guò)化學(xué)氣相淀積在圖12h所示的基礎(chǔ)上淀積一層壓應(yīng)力氮化硅膜，得到如圖4所示結(jié)構(gòu)。

當(dāng)器件淀積60nm的氮化硅應(yīng)力膜，其中施加2gpa的壓應(yīng)力，其器件表面的應(yīng)力分布如圖7所示，溝道內(nèi)應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閺垜?yīng)力；槽形應(yīng)變nldmos器件的電學(xué)特性如圖8-11所示，器件的跨到、輸出電流都有比較明顯的提升，且應(yīng)力對(duì)器件的擊穿電壓影響不大。

另外如圖13、14所示的矩形、v形槽同樣有改變溝道內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的能力，提高器件性能。

通過(guò)上述實(shí)施例可以得出，本發(fā)明具有用一種氮化硅應(yīng)力膜就可以有效的提升器件性能的技術(shù)特點(diǎn)，主要是由于槽形結(jié)構(gòu)對(duì)溝道區(qū)域應(yīng)力的調(diào)制作用。