本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及制造橫向擴(kuò)散型金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS，Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)器件的方法。

背景技術(shù)：

LDMOS器件因其高擊穿電壓、大電流及良好的溫度特性而廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、服務(wù)器和DC/DC電壓轉(zhuǎn)換電路。

如圖1所示，LDMOS器件包括阱區(qū)16、漏極接觸區(qū)11、源極區(qū)12、柵極13、體區(qū)14以及體接觸區(qū)15。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，阱區(qū)16也稱作漏極漂移區(qū)。出于對(duì)性能和成本的考慮，現(xiàn)在許多應(yīng)用場(chǎng)合都要求封裝更小的功率器件。為了得到更小的功率器件，大量的研究關(guān)注于減小漏極區(qū)尺寸的工藝，例如降低表面電場(chǎng)RESURF(Reduced Surface Field)及梯度摻雜漏極(Graded Dope Drain)等。而有一部分研究則關(guān)注于減小源極區(qū)的工藝。如圖1所示，源極/體區(qū)內(nèi)包括位于中心的體接觸區(qū)15和分布在體接觸區(qū)兩邊的源極區(qū)12，從而形成一個(gè)N+/P+/N+區(qū)域，減小該N+/P+/N+區(qū)域可減小源極區(qū)。但N+/P+/N+的最小面積通常會(huì)受到光掩模設(shè)備性能的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工藝，該工藝采用側(cè)壁間隔和化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)替代光掩模工序來(lái)定義N+/P+/N+區(qū)域，以得到更小的源極區(qū)。同時(shí)，本發(fā)明采用的一道掩膜工序中，形成了自對(duì)準(zhǔn)的源極區(qū)和體接觸區(qū)。因此，本發(fā)明減小了LDMOS器件的源極區(qū)，并且有效降低了制造LDMOS器件的成本。

本發(fā)明的實(shí)施例旨在提供一種制造LDMOS器件的工藝流程，其中該LDMOS器件位于半導(dǎo)體襯底中的具有第一摻雜類型的阱區(qū)，包括：在阱區(qū)上形成薄柵氧層；在薄柵氧層上形成多晶硅層；在多晶硅層上形成阻隔層，該阻隔層的刻蝕速度比薄柵氧層的刻蝕速度快；通過(guò)在阻隔層之上的第一掩膜層的體區(qū)窗口，對(duì)阻隔層和多晶硅層進(jìn)行刻蝕，暴露出一個(gè)通向阱區(qū)的窗口；通過(guò)第一掩膜層的體區(qū)窗口，向阱區(qū)注入具有第二摻雜類型的雜質(zhì)，形成體區(qū)；形成間隔，該間隔包裹刻蝕后所形成的多晶硅層窗口內(nèi)側(cè)的側(cè)壁；通過(guò)間隔所形成的體接觸區(qū)窗口，向體區(qū)注入具有第二摻雜型的雜質(zhì)，形成體接觸區(qū)；將多晶硅淀積于間隔所形成的體接觸區(qū)窗口之內(nèi)，形成多晶硅區(qū)塊；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，暴露出位于多晶硅區(qū)塊和多晶硅層之間的間隔；通過(guò)刻蝕移除間隔和阻隔層；通過(guò)經(jīng)刻蝕移除間隔后所暴露出的源極區(qū)窗口，向體區(qū)注入具有第一摻雜類型的雜質(zhì)，形成源極區(qū)；通過(guò)刻蝕移除多晶硅區(qū)塊；通過(guò)第二掩膜層的窗口，對(duì)多晶硅層進(jìn)行刻蝕，形成柵極；以及通過(guò)第三掩膜層的窗口，向阱區(qū)注入具有第一摻雜類型的雜質(zhì)，形成漏極接觸區(qū)。

本發(fā)明的實(shí)施例旨在描述一種制造LDMOS器件的方法，包括：通過(guò)定義體區(qū)的窗口，對(duì)半導(dǎo)體襯底中的阱區(qū)之上的多晶硅層進(jìn)行刻蝕；通過(guò)定義體區(qū)的窗口，向阱區(qū)內(nèi)注入具有第二摻雜類型的雜質(zhì)，形成體區(qū)；以及在刻蝕后所形成的多晶硅層窗口內(nèi)側(cè)的側(cè)壁處形成間隔，以定義源極區(qū)在體區(qū)內(nèi)的位置。

本發(fā)明的實(shí)施例旨在進(jìn)一步描述一種制造LDMOS器件的工藝流程，包括：在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成阱區(qū)；在阱區(qū)上形成薄柵氧層；在薄柵氧層上形成多晶硅層；在多晶硅層上按順序依次形成柵極密封層、氮化硅層和第一掩膜層，其中第一掩膜層包括至少一個(gè)通向氮化硅層表面的窗口；通過(guò)第一掩膜層的窗口，對(duì)氮化硅層、柵極密封層和多晶硅層進(jìn)行刻蝕，暴露出阱區(qū)中對(duì)應(yīng)于體區(qū)的窗口；通過(guò)對(duì)應(yīng)于體區(qū)的窗口，向阱區(qū)注入P型雜質(zhì)，在阱區(qū)內(nèi)形成體區(qū)，并移除第一掩膜層；對(duì)刻蝕多晶硅層后所形成的多晶硅窗口內(nèi)側(cè)的側(cè)壁進(jìn)行氧化；在多晶硅層被氧化的側(cè)壁處形成間隔；將多晶硅填充進(jìn)間隔所形成的窗口內(nèi)，形成多晶硅區(qū)塊；進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，暴露出位于多晶硅區(qū)塊和多晶硅層之間的間隔；通過(guò)刻蝕移除氮化硅層和間隔，暴露出對(duì)應(yīng)于源極區(qū)的窗口；通過(guò)源極區(qū)窗口，向阱區(qū)注入N型雜質(zhì)，形成源極區(qū)；通過(guò)刻蝕移除多晶硅區(qū)塊；在柵極密封層上形成第二掩膜層，其中第二掩膜層具有位置預(yù)定的窗口；通過(guò)第二掩膜層的窗口，對(duì)柵極密封層和多晶硅層進(jìn)行刻蝕，形成柵極，隨后移除第二掩膜層；在柵極和薄柵氧層上形成第三掩膜層，該第三掩膜層包含對(duì)應(yīng)于漏極接觸區(qū)的窗口；以及通過(guò)第三掩膜層的窗口，向阱區(qū)注入N型雜質(zhì)，形成漏極接觸區(qū)，隨后移除第三掩膜層。

附圖說(shuō)明

為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。這些附圖僅用于示意說(shuō)明，相似的部分具有相似的數(shù)字標(biāo)號(hào)。附圖僅示出器件的部分特征，并且不一定按照比例進(jìn)行繪制，附圖的尺寸和比例可能與實(shí)際的尺寸和比例不一致。

圖1示出了現(xiàn)有的LDMOS器件的剖面圖；

圖2示出了現(xiàn)有的制造LDMOS器件的工藝流程概要圖；

圖3a-3j示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的制造具有小源極區(qū)的LDMOS器件的制程；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于制造圖3a-3j所示出的LDMOS器件的工藝流程概要圖。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施例只用于舉例說(shuō)明，并不用于限制本發(fā)明。相反地，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)涵蓋替代、修改和等效等方式，這些方式可能在附加的權(quán)利要求所定義的精神和范圍之內(nèi)。另外，在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是：不必采用這些特定細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中表示方位的用語(yǔ)，例如“左““右”“里”“外”“前”“后”“上”“下”“頂部”“底部”“正上方”“正下方”等，只用于描述，并不意味著這些相對(duì)位置是永久不變的。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上術(shù)語(yǔ)在適當(dāng)?shù)那闆r下是可以互換的，從而使得相應(yīng)的實(shí)施例可以在其它方向上正常工作。

圖2示出了現(xiàn)有的制造LDMOS器件的工藝流程概要圖。該現(xiàn)有工藝可能包括以下步驟：前端工序、薄柵氧層形成、多晶硅層淀積、柵極區(qū)掩膜工序、多晶硅層刻蝕、掩膜層移除、多晶硅柵氧化、體區(qū)掩膜工序、體區(qū)注入、掩膜層移除、N+區(qū)掩膜工序、源極/漏極區(qū)注入、掩膜層移除、P+區(qū)掩膜工序、體接觸區(qū)注入、掩膜層移除和后端工序。前端工序可包括：準(zhǔn)備初始襯底、形成N型埋層、生長(zhǎng)外延層和定義有源區(qū)。在一些應(yīng)用中，前端工序還包括形成厚柵氧層。后端工序可包括：形成源極區(qū)電極、形成漏極區(qū)電極、形成體接觸區(qū)電極、形成柵極電極和分布金屬層。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，掩膜工序(例如“柵極區(qū)掩膜工序”)，意味著形成具有若干窗口的掩膜層，這些窗口對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底上表面的特定區(qū)域。例如，體區(qū)掩膜工序包括以下步驟：在半導(dǎo)體襯底的上表面形成掩膜層；對(duì)掩膜層進(jìn)行顯影，暴露出通向體區(qū)的窗口。掩膜可包括光刻膠。

由圖2可知，體區(qū)、體接觸區(qū)和源極/漏極區(qū)通過(guò)傳統(tǒng)的光掩模和離子注入工藝形成。因此，源極/體區(qū)的窗口大小，即圖1中所示出的N+/P+/N+區(qū)顯然會(huì)受到光掩膜設(shè)備性能的限制。

圖3a-3j示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的制造具有小源極區(qū)的LDMOS器件的制程。

圖3a示出了半導(dǎo)體襯底301。所述半導(dǎo)體襯底301包括初始襯底318、N型埋層(NBL)319、外延層320和阱區(qū)321，其中阱區(qū)321也被稱作漏極漂移區(qū)。初始襯底318可以為N型、P型或本征半導(dǎo)體材料；N型埋層319可以用其他結(jié)構(gòu)替代；外延層320可以為N型、P型或本征半導(dǎo)體材料。阱區(qū)321可以是輕摻雜的高壓阱區(qū)。所述LDMOS器件形成于阱區(qū)321之內(nèi)。半導(dǎo)體襯底301還可能集成其他電路、器件或系統(tǒng)。例如，在BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工藝中，雙極型晶體管(BJT，Bipolar Junction Transistor)、互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體器件(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)等其他多種器件會(huì)與LDMOS器件一起集成于同一襯底內(nèi)。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底301可能具有其他構(gòu)造，或不具有上述的部分區(qū)域。

圖3a中，薄柵氧層302形成于半導(dǎo)體襯底301的上表面。隨后，多晶硅層303通過(guò)淀積形成于薄柵氧層302之上。在后續(xù)工序中，該多晶硅層303將被刻蝕成LDMOS器件的多晶硅柵。接下來(lái)，在多晶硅層303的上表面進(jìn)行氧化工序或氧化物淀積工序，形成柵極密封層304的一部分。隨后，氮化硅層305通過(guò)淀積形成于柵極密封層304之上。接下來(lái)，第一掩膜層306通過(guò)掩膜工序形成于氮化硅層305之上。第一掩膜層306包括至少一個(gè)通向氮化硅層305的窗口OP1，該窗口可通過(guò)對(duì)第一掩膜層306進(jìn)行曝光后溶解第一掩膜層306上特定的區(qū)域而形成。窗口OP1也被稱作源極/體區(qū)窗口或者體區(qū)窗口。在一個(gè)實(shí)施例中，窗口OP1的寬度d1為0.3微米到0.5微米。

薄柵氧層302被用作介電層，而多晶硅層303被用作LDMOS器件的柵極的導(dǎo)電層。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，薄柵氧層302和多晶硅層303可用其他合適的材料替代。

在圖3b至圖3j中，為清晰起見(jiàn)，初始襯底318、N型埋層319和外延層320未被示出。

圖3b中，窗口OP1下的氮化硅層305、柵極密封層304和多晶硅303層被刻蝕，從而暴露出由薄柵氧層302所覆蓋著的阱區(qū)321中對(duì)應(yīng)源極/體區(qū)的區(qū)域表面。接下來(lái)，P型雜質(zhì)通過(guò)窗口OP1注入至阱區(qū)321，形成體區(qū)307。隨后，第一掩膜層306被移除。

圖3c中，氧化工序被實(shí)施以形成柵極密封側(cè)壁303S，來(lái)包裹窗口OP1內(nèi)側(cè)裸露的多晶硅層303的側(cè)壁。柵極密封側(cè)壁303S構(gòu)成了柵極密封層304的一部分。

圖3d中，形成氮化硅間隔308，以包裹柵極密封側(cè)壁303S。氮化硅間隔308定義了源極區(qū)在體區(qū)307內(nèi)的位置，即氮化硅間隔308正下方的區(qū)域。另外，間隔308構(gòu)成窗口OP2，用于在體區(qū)307中定義體接觸區(qū)309，窗口OP2也被稱作體接觸區(qū)窗口。P型雜質(zhì)通過(guò)窗口OP2注入至體區(qū)307，在體區(qū)307內(nèi)形成體接觸區(qū)309。在此過(guò)程中，氮化硅層305和間隔308被用作P型雜質(zhì)注入的掩膜層。P型雜質(zhì)以高能量和高濃度注入至體區(qū)307形成體接觸區(qū)309。因此，體接觸區(qū)309具有比體區(qū)307更高的摻雜濃度。

在圖3d所示的實(shí)施例中，由于氮化硅層305和間隔308被用作掩膜層，故形成體接觸區(qū)309不再需要額外的掩膜層，例如光刻膠層。氮化硅層305也稱作阻隔層。在一些實(shí)施例中，其他刻蝕速度比薄柵氧層302的刻蝕速度更快的材料可用來(lái)替代氮化硅形成阻隔層305。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖3d所示出的每個(gè)間隔308的厚度d2的范圍為0.1微米到0.15微米。

圖3e中，多晶硅淀積于LDMOS器件所在的整片晶圓上，以填充窗口OP2。

圖3f中，化學(xué)機(jī)械拋光工序被用于拋光晶圓。氮化硅層305和間隔308被用作化學(xué)機(jī)械拋光的阻層。在經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工序之后，間隔308的頂部、填充窗口OP2的多晶硅的頂部及氮化硅層305的頂部被暴露出來(lái)。如圖3f所示，填充窗口OP2的多晶硅形成了一個(gè)多晶硅區(qū)塊310。

圖3g中，間隔308和氮化硅層305被刻蝕以暴露出窗口OP3，來(lái)定義體區(qū)307中的源極區(qū)311。窗口OP3也稱作源極區(qū)窗口。隨后，N型雜質(zhì)通過(guò)窗口OP3注入至體區(qū)307，形成源極區(qū)311。在一個(gè)實(shí)施例中，窗口OP3的寬度范圍為0.1微米到0.15微米。

圖3h中，多晶硅區(qū)塊310被刻蝕移除，形成包括體區(qū)307、源極區(qū)311和體接觸區(qū)309在內(nèi)的源極/體區(qū)。

圖3i中，第二掩膜層312通過(guò)掩膜工序形成于柵極密封層304之上。該第二掩膜層312包含特定的窗口，用于定義柵極的位置。第二掩膜層312的窗口下的多晶硅層被刻蝕后形成柵極322。隨后，第二掩膜層312被移除。之后，額外的氧化工序可能會(huì)被實(shí)施以形成完整的柵極密封層304。

圖3j中，第三掩膜層313通過(guò)掩膜工序形成于柵極322和薄柵氧層302之上，該第三掩膜層313包含特定的窗口OP4，以定義漏極區(qū)314的位置。第三掩膜層313也可同時(shí)被用于制作NMOS的N+源極區(qū)和漏極區(qū)，以及其他N+層，例如NPN雙極晶體管的射極區(qū)和集極區(qū)。N型雜質(zhì)通過(guò)窗口OP4注入至阱區(qū)321，形成漏極接觸區(qū)314。隨后，第三掩膜層313被移除。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于制造圖3a-3j所示出的LDMOS器件的工藝流程概要圖。相較于圖2所示出的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例在源極/體區(qū)窗口內(nèi)側(cè)的多晶硅層側(cè)壁形成間隔，以定義源極區(qū)。在一些實(shí)施例中，該間隔厚度d2的范圍為0.1微米到0.15微米。因此源極區(qū)寬度的范圍可被控制在0.1微米到0.15微米，遠(yuǎn)小于依現(xiàn)有工藝所制造的LDMOS器件源極區(qū)的寬度。本發(fā)明采用間隔和化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)形成較窄的N+/P+/N+源極/體區(qū)，這是傳統(tǒng)的光掩膜設(shè)備所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，每個(gè)區(qū)域的摻雜類型可以替換，例如N型摻雜區(qū)可以用P型摻雜區(qū)替代，與此同時(shí)P型摻雜區(qū)用N型摻雜區(qū)替代。在如權(quán)利要求書(shū)所述的一個(gè)實(shí)施例中，第一摻雜類型為N型而第二摻雜類型為P型。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一摻雜類型為P型而第二摻雜類型為N型。

N型雜質(zhì)可在以下物質(zhì)中擇一：氮、磷、砷、銻、鉍以及它們的組合。同時(shí)，P型雜質(zhì)可在以下物質(zhì)中擇一：硼、鋁、鎵、銦、鉈以及它們的組合。

根據(jù)以上教導(dǎo)，本發(fā)明的許多更改和變型方式顯然也是可行的。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以不用按照上述特定的描述來(lái)實(shí)施。同樣應(yīng)當(dāng)理解的是，上述公開(kāi)只涉及到本發(fā)明一些優(yōu)選實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明作出更改。當(dāng)只有一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例被公開(kāi)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不難想到改型并將其付諸于實(shí)施，而不脫離于本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神與范圍。