[发明专利]一种双层浅沟槽隔离结构、制备方法及横向扩散MOS管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种双层浅沟槽隔离结构、其制备方法，以及一种横向扩散MOS管。

背景技术

横向扩散金属氧化物半导体(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor，LDMOS)与双极型晶体管相比,LDMOS管的增益更高，LDMOS管的增益可达14dB以上，而双极型晶体管在5～6dB,采用LDMOS管的PA模块的增益可达60dB左右。这表明对于相同的输出功率需要更少的器件，从而增大功放的可靠性。LDMOS管有一个低且无变化的互调电平到饱和区，不像双极型晶体管那样互调电平高且随着功率电平的增加而变化。这种主要特性允许LDMOS晶体管执行高于双极型晶体管二倍的功率，且线性较好。LDMOS晶体管具有较好的温度特性温度系数是负数，因此可以防止热耗散的影响。这种温度稳定性允许幅值变化只有0.1dB，而在有相同的输入电平的情况下，双极型晶体管幅值变化从0.5-0.6dB,且通常需要温度补偿电路。拥有如此多的优势，LDMOS越来越受到人们的关注，并且由于其更容易与CMOS工艺兼容而被广泛采用。

通常，LDMOS器件结构，如图1所示，图1是传统横向扩散MOS管的结构示意图，LDMOS是一种双扩散结构的功率器件，在半导体衬底上设有外延层1’，在外延层1’上设有漂移区2’，以及在漂移区2’两端设有源区3’和漏区4’，其中，漂移区2是LDMOS设计的关键，漂移区2’的杂质浓度比较低时，当LDMOS接高压时，漂移区2’由于是高阻，能够承受更高的电压；另外，在漂移区2’上设有栅极5’，栅极5’延伸到漂移区2的上面，充当场极板，会弱化漂移区的表面电场，有利于提高击穿电压。为了增加击穿电压，因此在有源区3’和漏区4’之间设有一个漂移区2’。LDMOS中的漂移区2’是该类器件设计的关键，漂移区2’的杂质浓度比较低，因此，当LDMOS接高压时，漂移区2’由于是高阻，能够承受更高的电压。对LDMOS而言，通常采用增加漂移区2’的长度以提高击穿电压，但是这会增加芯片面积和导通电阻，然而，耐压和导通阻挡对于漂移区2’的浓度和长度的要求是矛盾的，增加漂移区2’长度并降低掺杂浓度方法可以有效提高击穿电压，却增加了导通电阻，增加了功耗。

单层浅沟槽隔离结构的LDMOS不仅可以增加漂移区2”有效长度，而且可以有效降低导通电阻，逐渐替代传统的LDMOS。请参阅图2，图2是单层横向扩散MOS管的结构示意图，单层浅沟槽隔离结构是在上述传统LDMOS半导体衬底的基础上设计的，在半导体衬底的漂移区2”上形成浅沟槽，然后在浅沟槽中填充绝缘介质7”，最后在衬底上形成栅极5”。单层浅沟槽隔离结构如图2所示，图2是单层浅沟槽隔离结构的LDMOS管示意图，在半导体衬底上设有外延层1”，在外延层1”上设有漂移区2”，以及在漂移区2”两端设有源区3”和漏区”4，在漂移区2”上设有单层浅沟槽隔离结构6”，在单层浅沟槽隔离结构”内填充有绝缘介质7”，以及在衬底表面设有栅极5”，栅极5”从源区3”延伸至漂移区2”。然而，单层浅沟槽隔离结构6”存在边缘易击穿，不仅不能有效消除鸟嘴效应，还导致浅沟槽隔离结构的抗压能力下降。

专利CN 102254946公开了一种横向扩散N型MOS管及其制造方法，其中所述的横向扩散N性MOS管中提出了一种阶梯浅沟槽隔离结构，请参阅图3，图3是含有阶梯浅沟槽隔离结构的横向扩散MOS管的结构示意图，在漂移区14上设有阶梯浅沟槽隔离结构，阶梯浅沟槽隔离结构包括位于漂移区14上的第二浅沟槽隔离结构142，以及位于第二浅沟槽隔离结构142上的第一浅沟槽隔离结构141，阶梯浅沟槽隔离结构内填充绝缘介质，如图3所示，采用两次刻蚀形成该阶梯浅沟槽隔离结构，采用的方法为湿法刻蚀，并且第一和第二浅沟槽隔离结构形成阶梯状，第一浅沟槽隔离结构141的侧壁与漂移区14表面的夹角为90度，第一浅沟槽隔离结构141的侧壁与第二浅沟槽隔离结构142的侧壁相平行，虽然能够可以增加漂移区12的长度，提高器件的抗压性能，但是，由于第一浅沟槽隔离结构141的侧壁与漂移区12表面的夹角为90度，不为钝角，在这样的边缘点附近的电场峰值还是相对于漂移区14的其他部分较大，鸟嘴效应依然存在。此外，该横向扩散N型MOS管中，在源区16和漂移区14之间设有栅氧层171，在栅氧层上覆盖有栅极17，其中，栅极17并没有延伸至阶梯浅沟槽隔离结构的上部区域。

因此，探索研究新型的浅沟槽隔离结构和制备方法是急需的，使其不仅能提高抗压能力，还能够消除鸟嘴效应以及降低导通电阻。

发明内容