摘 要： 场板的制备工艺与特性研究对提高RF LDMOS大功率器件的可靠性与耐高压性有重要意义。文中制备了一种“Si衬底 -SiO₂-多晶一硅化钛-金属”结构的场板，分析了其工艺条件对特性的影响，并优化其工艺条件。实验表明：PESiO₂加200nm的多晶介质层具有较好的BT CV稳定性，多晶注入后退火温度与硅化钛退火温度的提高不利于场板电阻与平带电压的稳定性。优化后的工艺条件下，该场板结构具有较好的可靠性与耐高压性。
关键词： 硅化钛；场板； CV 特性；稳定性
中图分类号： TN305.6 文献标识码： A 文章编号：1681-1070(2013)10-0033-03
A Study on Process Conditions and Properties of TiSi Field Plate
XU Shuai, XU Zheng, WU Xiaodong
(China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute, Wuxi 214035, China)
Abstract: The study of process and property of filed plate on the reliability and high voltage resistance of high power RF LDMOS device is significant. In this paper, a field plate with the structure of"Si-SiO₂-POLY- TiSi-Metal"was fabricated, the effects of process conditions on properties of field plate were analyzed, and the process conditions were optimized. The experiment results show that, dielectric of PESIO₂ with 200 nm poly have better BT CV stability, the raising of annealing temperature after poly implantation and TiSi can weaken the stability of resistance and flat belt voltage. The field plate fabricated in the optimized process conditions has excellent reliability and high voltage resistance.
Key words: TiSi; field plate; CV property; stability
1 引 言
LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)因其理想的开关特性和较高的击穿电压，被广泛地应用于P、L、S波段的功率器件中[。场板是高压LDMOS设计中常用的一种终端技术，LDMOS加场板的目的主要是为了提高器件的击穿电压和降低反馈电容。在PN 结上的场氧化层制备一个场极板结构，场极板产生垂直于表面的电场分布，和漏端产生的电场一起作用，改变曲面部分径向分布的电力线，从而减小了曲面部分的电力线密度，降低了PN 结曲面部分的峰值电场强度，进而达到提高耐压的目的[23]。
类似于LDMOS的漂移区，场板对其结构以及工艺参数也非常灵敏。研究场板结构的特性以及优化其工艺参数，对提高LDMOS器件的可靠性以及耐高压性都具有极其重要的意义。本文研究了一种硅化钛场板结构的特性，并对工艺参数进行了研究与优化。
2 不同工艺条件下场板特性的研究
本文采用的场板电容结构为Si衬底-SiO₂-多晶-硅化钛-金属。针对该结构的特点，分析其不同工艺条件下电容特性、BT CV特性、电阻特性的变化，可以更深入地了解该场板结构的内部性质，从而对工艺进行条件优化，达到产品设计的需求。
2.1 SiO2层制备工艺、多晶层厚度对场板CV 特性的影响
2.1.1 样品制备
采用N<100> 5-9Ω ·cm为衬底材料片，分别采用LPCVD与PECVD进行100nm的SiO₂淀积，再完成40nm与200nm的LPCVD多晶硅淀积；然后再用PVD淀积金属Ti,金属Ti在RTP退火后生成硅化钛；再完成Al-Si-Cu的金属淀积并刻蚀出测试图形，最后在氧化炉进行N₂/H,退火。
2.1.2 测试方法
样品制备完成后，使用CV测试仪测试其BT CV 特性，温度偏压为250℃,扫描电压为-4~3V,测试频率为1MHz。
2.1.3 结果与分析
相同测试条件下，样品c(PESiO₂+200nm多晶)所对应的BT CV曲线在积累区与反型区均变化平稳，图形较好，因此“Si衬底-PESiO₂-200nm多晶-硅化钛-金属”的结构更稳定。
2.2 多晶掺杂退火工艺、硅化钛退火工艺对场板特性的影响
2.2.1 样品制备
采用N<100>5-92·cm为衬底材料片，采用
PECVD淀积200nm的SiO₂,再完成200nm的LPCVD多晶硅淀积并注入P进行多晶注入掺杂，多晶注入掺杂后进行RTP退火激活杂质；然后再用PVD淀积金属Ti并在RTP退火后生成硅化钛，生成硅化钛后在RTP进行第二次退火，再完成Al-Si-Cu的金属淀积并刻蚀出测试图形，最后在氧化炉进行N/H,退火。
其中多晶注入后的RTP退火温度从900℃至1000℃设定不同温度点。硅化钛在RTP进行第二次退火的温度从900℃至1000℃设定不同温度点。
2.2.2 测试方法
在多晶注入退火并生成硅化钛后、硅化钛第二次退火后分别测试样品的方块电阻。
样品制备完成后，逐场扫描读90PF对应栅压，测试样品的平带电压。使用CV 测试仪测试其BT CV 特性，温度为250℃,偏压为±35V,扫描电压为-10~10V,测试频率为1MHz。使用KEITHLEY测试 其击穿电压，扫描电压为0~180V。
随着注入后退火温度与硅化钛退火温度的升高，硅化钛的方块电阻与均匀性均有增大的趋势，同时均在900~925℃范围内电阻与均匀性变化平稳。温度升高至950℃后，电阻的均匀性急剧增大，不利于工艺稳定，如硅化钛后退火温度为975℃时，电阻的均匀性高达13%。(a:注入后退火900℃+硅化钛后退火900℃;b:注入后退火925℃+硅化钛后退火900℃;c:注入后退火950℃+硅化钛后退火900℃;d:注入后退火975℃+硅化钛后退火925℃;e:注入后退火1000℃+硅化钛后退火925℃)随着退火温度的增加，该结构平带电压与均匀性呈增大趋势，其中条件a与条件b的平带电压均匀性与稳定性较好。
因此，多晶注入后退火温度为900~925℃、硅化钛后退火温度为900℃的工艺条件下，硅化钛场板的电阻与平带电压均有较好的均匀性，有利于器件的稳定。
2.3 硅化钛场板工艺条件优化
综上所述，优化后的“Si衬底-SiO₂-多晶一硅化钛-金属”场板工艺条件如下：中间介质层为PESiO₂与200nm多晶，多晶注入后退火温度为900~925℃,硅化钛后退火温度为900℃。
在±35V的偏压下，该场板结构的平带漂移约为±0.4V,可以满足产品的使用，且曲线平稳，具有较高的可靠性。
本实验制备的200nm的PESiO₂介质的击穿电压大于120V,具有较好的耐高压性。因此，优化工艺条件下制备的场板结构均有较好的可靠性与耐高压型。
3 结论
“Si衬底 -SiO₂-多晶一硅化钛-金属”场板结构的制备工艺对其电容特性、电阻特性、BT CV特性等有较大的影响。中间介质层为PESiO,加200nm多晶条件下的BT CV具有较好的稳定性。多晶注入后退火温度与硅化钛退火温度的提高不利于场板电阻的稳定性与平带电压的稳定性。优化后的工艺条件下，场板结构具有较好的可靠性与耐高压性。
参考文献：
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[3]刘磊，高珊，陈军宁，等.高压LDMOS场极板的分析与 设计[J].半导体技术，2006,31(10):782-786.
[4]孙智林，孙伟锋，易扬波，等.LDMOSFET 漂移区参数 灵敏度分析[J].微电子学，2004,32(2):198-202.
作者简介：
许 帅(1984一),男，湖北咸宁人，硕士研究生，主要研究方向为电子材料及器件，现为中国电子科技集团公司第58研究所工艺工程师，主要从事氧化扩散工艺工作。
