專利名稱：N溝道耗盡型功率mosfet器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
N溝道耗盡型功率MOSFET器件技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種N溝道耗盡型功率MOSFET器件。
技術(shù)背景[0002]MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)可以分為增強(qiáng)型和耗盡型，其中增強(qiáng)型是指當(dāng)VGS (柵源電壓)為O時(shí)，管子呈截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)加上合適的VGS后，多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而使多晶柵極下的載流子增強(qiáng)，形成導(dǎo)電溝道，這種MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。 耗盡型是指當(dāng)VGS=O時(shí)，即存在溝道，加上合適的VGS時(shí)，能使多數(shù)載流子流出溝道，載流子耗盡管子轉(zhuǎn)向截止。N溝道耗盡型功率MOSFET在VGS=O時(shí)，漏源之間的溝道已經(jīng)存在，所以只要加上VDS (漏源電壓)，就有ID (電流)流通。如果增加正向柵源電壓VGS，柵極與襯底之間的電場(chǎng)將使溝道中感應(yīng)更多的電子，溝道變厚，溝道的電導(dǎo)增大。如果在柵極加負(fù)電壓，即VGS < O，就會(huì)在對(duì)應(yīng)的器件表面感應(yīng)出正電荷，這些正電荷抵消N溝道中的電子，從而在襯底表面產(chǎn)生一個(gè)耗盡層，使溝道變窄，溝道電導(dǎo)減小。當(dāng)負(fù)柵壓增大到某一電壓Vp 時(shí)，耗盡區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)溝道，溝道完全被夾斷(即耗盡)，這時(shí)即使VDS仍存在，也不會(huì)產(chǎn)生漏極電流，即ID=0。則Vp稱為夾斷電壓或閾值電壓，其值通常在-1V -1OV之間。一般制作耗盡型MOSFET工藝方法是在溝道區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行一次離子注入來(lái)形成溝道。[0003]如何進(jìn)一步提高提高M(jìn)OSFET器件的性能成為業(yè)界關(guān)注的問(wèn)題。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠使N溝道耗盡型功率MOSFET器件具有較短的反向恢復(fù)時(shí)間的結(jié)構(gòu)。[0005]本實(shí)用新型提供一種N溝道耗盡型功率MOSFET器件，包括半導(dǎo)體襯底和位于其上的外延層，所述外延層包括分壓環(huán)形成區(qū)和有源區(qū)；柵極，形成于所述有源區(qū)上；P型阱區(qū)，形成于在所述柵極之間的有源區(qū)中；P型接觸區(qū)和P型接觸區(qū)旁的N+源區(qū)，均形成于所述P型阱區(qū)中；還包括耗盡層，所述耗盡層形成于相鄰的兩個(gè)P型阱區(qū)中相臨近的兩N+源區(qū)之間。[0006]進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體襯底和所述外延層為N型。[0007]進(jìn)一步的，所述柵極包括柵氧化層，形成于所述有源區(qū)上；柵導(dǎo)電層，形成于所述柵氧化層上。[0008]進(jìn)一步的，所述柵氧化層的厚度為4000埃 8000埃。[0009]進(jìn)一步的，N溝道耗盡型功率MOSFET器件還包括，介質(zhì)層，覆蓋于所述外延層上； 引線孔窗口，形成于所述介質(zhì)層中；正面金屬引線，形成于所述介質(zhì)層上。[0010]進(jìn)一步的，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為硼磷硅玻璃。[0011 ] 進(jìn)一步的，所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件還包括，背面金屬層，所述背面金屬層形成于所述半導(dǎo)體襯底上與所述外延層相對(duì)的一面。綜上所述，本實(shí)用新型所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件的結(jié)構(gòu)通過(guò)形成耗盡層，所述耗盡層形成于相鄰的兩個(gè)P型阱區(qū)中相臨近的兩N+源區(qū)之間，使形成的MOSFET器件具有較短的反向恢復(fù)時(shí)間，進(jìn)而提升了產(chǎn)品的性能。此外，本實(shí)用新型所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件的形成方法可以通過(guò)對(duì)功率MOSFET制作工藝過(guò)程中，在所述柵極之間的有源區(qū)中形成P型阱區(qū)的過(guò)程中，并且在進(jìn)行離子注入和退火工藝的步驟之間，進(jìn)行氧化工藝，所述氧化工藝使外延層表面形成二氧化硅和硅的交界面，從而在后續(xù)進(jìn)行電子輻照工藝的步驟中，使在器件的二氧化硅和硅的交界面及其附近的二氧化硅層中產(chǎn)生缺陷和陷阱，通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娮虞椪展に嚕浑娮虞椪债a(chǎn)生的電子在器件的硅表面形成電子導(dǎo)通溝道，即形成耗盡層，從而使空穴耗盡制造出N溝道耗盡型功率MOSFET器件，使形成的MOSFET器件具有較短的反向恢復(fù)時(shí)間，進(jìn)而提升了產(chǎn)品的性能。同時(shí)由于采用電子輻照工藝，N溝道耗盡型功率MOSFET器件的元胞結(jié)構(gòu)形成過(guò)程和常規(guī)過(guò)程一致，不需要單獨(dú)增加版來(lái)調(diào)節(jié)溝道雜質(zhì)劑量，同時(shí)，增加電子輻照工藝的方法與常規(guī)功率MOSFET器件的制造工藝相兼容，進(jìn)而增加了工藝靈活性，節(jié)省了工藝流程和生產(chǎn)成本。

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例中N溝道耗盡型功率MOSFET器件的制造方法的流程示意圖。圖2 圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例中N溝道耗盡型功率MOSFET器件的制造過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本 實(shí)用新型并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本實(shí)用新型利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。結(jié)合圖7，本實(shí)用新型提供一種N溝道耗盡型功率MOSFET器件，包括半導(dǎo)體襯底10和位于其上的外延層12，所述外延層12包括分壓環(huán)形成區(qū)100和有源區(qū)200 ;柵極4，形成于所述有源區(qū)200上；P型阱區(qū)5，形成于在所述柵極4之間的有源區(qū)200中；P型接觸區(qū)6和P型接觸區(qū)6旁的N+源區(qū)7，均形成于所述P型阱區(qū)5中；還包括耗盡層13，所述耗盡層13形成于相鄰的兩個(gè)P型阱區(qū)5中相臨近的兩N+源區(qū)7之間。所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件的結(jié)構(gòu)通過(guò)形成耗盡層，所述耗盡層形成于相鄰的兩個(gè)P型阱區(qū)中相臨近的兩N+源區(qū)7之間，使形成的MOSFET器件具有較短的反向恢復(fù)時(shí)間，進(jìn)而提升了產(chǎn)品的性能。在較佳的實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底10和所述外延層12為N型。所述柵極4包括柵氧化層4-1，形成于所述有源區(qū)200上；柵導(dǎo)電層4-2，形成于所述柵氧化層4-1上。進(jìn)一步的，所述柵氧化層4-1較佳的厚度為4000埃 8000埃。在較佳的實(shí)施例中，所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件還包括，介質(zhì)層8、引線孔窗口和正面金屬引線9，所述介質(zhì)層8覆蓋于所述外延層上；所述引線孔窗口形成于所述介質(zhì)層8中；所述正面金屬引線9形成于所述介質(zhì)層8上。其中所述介質(zhì)層8較佳的材質(zhì)為硼磷硅玻璃。本實(shí)用新型所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件可以采用前述制造方法形成。在較佳的實(shí)施例中，背面金屬層14，所述背面金屬層14形成于所述半導(dǎo)體襯底10上與所述外延層12相對(duì)的一面。所述背面金屬層14用于半導(dǎo)體襯底10背面的信號(hào)引出。圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例中N溝道耗盡型功率MOSFET器件的制造方法的流程示意圖。本實(shí)用新型所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件的制造方法，可以包括以下步驟步驟SlOl :提供半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延層，所述外延層包括分壓環(huán)形成區(qū)和有源區(qū)； 步驟S 102 :在所述有源區(qū)中進(jìn)行離子場(chǎng)注入工藝和退火工藝，以減小導(dǎo)通電阻；步驟S103 :在所述有源區(qū)上形成柵極；步驟S104 :進(jìn)行離子注入和退火工藝，以在所述柵極之間的有源區(qū)中形成P型阱區(qū)，并且在進(jìn)行離子注入和退火工藝的步驟之間，進(jìn)行氧化工藝；步驟S105 :在所述P型阱區(qū)中形成P型接觸區(qū)及P型接觸區(qū)旁的N+源區(qū)；以及步驟S106 :進(jìn)行電子輻照工藝，以在相鄰的兩個(gè)P型阱區(qū)中相臨近的兩N+源區(qū)之間形成耗盡層。圖2 圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例中N溝道耗盡型功率MOSFET器件的制造過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合圖1 圖7，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件的制造方法。如圖2所示，在步驟SlOl中，所述半導(dǎo)體襯底10和所述外延層12為N型。其中較佳地選擇重?fù)诫sN型〈100〉晶向方向的半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100生長(zhǎng)一層N型的外延層12，具體外延層12厚度和電阻率規(guī)格根據(jù)產(chǎn)品耐壓和導(dǎo)通電阻規(guī)格具體選定。所述外延層12包括分壓環(huán)形成區(qū)100和有源區(qū)200，然后在所述分壓環(huán)形成區(qū)100中形成P型環(huán)1-1，以及在所述P型環(huán)1-ι周圍的分壓環(huán)形成區(qū)100上形成場(chǎng)氧化層1-2。接著，如圖3所示，在步驟S102中，在所述有源區(qū)200中進(jìn)行離子場(chǎng)注入工藝和退火工藝，形成用以減小導(dǎo)通電阻的場(chǎng)注入?yún)^(qū)3，具體地，進(jìn)行磷離子的場(chǎng)注入工藝，較佳的注入能量為60 180KEV，所述磷離子場(chǎng)注入?yún)^(qū)3能夠進(jìn)一步減小器件的導(dǎo)通電阻，提高器件的性能。在較佳的實(shí)施例中，在所述有源區(qū)200中進(jìn)行離子場(chǎng)注入工藝和退火工藝的步驟中，所述退火工藝的退火溫度為1100°C 1200°C，退火時(shí)間為60 180分鐘。接著如圖4所示，在步驟S 103中，在所述有源區(qū)200上形成柵極4，所述柵極4包括柵氧化層4-1和柵導(dǎo)電層4-2，在所述有源區(qū)200上形成柵極4的步驟具體包括在所述有源區(qū)200上形成柵氧化層4-1 ;在所述柵氧化層4-1上沉積多晶硅層(圖中未標(biāo)示)；對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行光刻和刻蝕，以形成柵導(dǎo)電層4-2。其中，所述柵氧化層4-1較佳的厚度為4000埃 8000埃。在沉積形成多晶硅層和形成柵導(dǎo)電層的步驟之間，還包括對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行離子摻雜，對(duì)多晶硅層進(jìn)行離子摻雜能夠提高后續(xù)形成的柵導(dǎo)電層的性能。其中，較佳地三氯氧磷(P0CL3)擴(kuò)散或磷離子注入。結(jié)合圖5，在步驟S104中，進(jìn)行離子注入和退火工藝，以在所述柵極之間的有源區(qū)200中形成P型阱區(qū)5，并且在進(jìn)行離子注入和退火工藝的步驟之間，進(jìn)行氧化工藝，其中在形成P型阱區(qū)5的步驟中，可以采用硼離子注入，注入能量為60 180KEV，注入劑量為1. 0E12 5. 0E13。進(jìn)一步的，在形成P型阱區(qū)5的步驟中，所述氧化工藝的氧化溫度為 1000°C 1100°C，氧化時(shí)間為60 180分鐘。進(jìn)一步的，在形成P型阱區(qū)5的步驟中，所述退火工藝在1000°C 1150°C的氮?dú)夥諊羞M(jìn)行退火，退火時(shí)間為60 180分鐘。[0035]繼續(xù)參考圖5，在步驟S105中，在所述P型阱區(qū)5中形成P型接觸區(qū)6及P型接觸區(qū)6旁的N+源區(qū)7，所述N+源區(qū)7即為N型重?fù)诫s源區(qū)。進(jìn)一步的，所述P型接觸區(qū)6的形成步驟包括進(jìn)行硼離子注入，注入能量為60 150KEV，注入劑量為1E15 1E16 ;接著進(jìn)行退火工藝，退火溫度為800°C 1000°C，退火時(shí)間為30 180分鐘。而所述N+源區(qū)7 的形成過(guò)程包括進(jìn)行砷離子注入，注入能量為60 150KEV，注入劑量為1E15 2E16 ;接著進(jìn)行退火工藝，800°C 1000°C，退火時(shí)間為30 180分鐘。[0036]如圖6所示，在步驟S105和步驟S106之間，即在形成P型接觸區(qū)6、N+源區(qū)7的步驟和進(jìn)行電子輻照的工藝步驟之間，還包括，在所述外延層12上覆蓋介質(zhì)層8 ;接著，在所述介質(zhì)層8中形成引線孔窗口 ；在所述介質(zhì)層8上進(jìn)行正面金屬化工藝，以形成正面金屬引線9，所述金屬引線9通過(guò)引線孔窗口將所述P型接觸區(qū)6引出。所述介質(zhì)層的材質(zhì)較佳的為硼磷硅玻璃。[0037]繼續(xù)參考圖6，在步驟S106中，進(jìn)行電子輻照工藝，以在相鄰的兩個(gè)P型阱區(qū)7中相臨近的兩N+源區(qū)之間形成耗盡層13。進(jìn)一步的，在進(jìn)行電子輻照工藝的步驟中，輻照能量為 IMeV IOMeV,劑量為 IMrad 50Mrad (兆拉德)。電子福照(Electron irradiation) 就是采用高能電子束來(lái)照射材料、以改善材料性能的一種技術(shù)。在微電子技術(shù)中，電子輻照即是用高能電子照射半導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)控制少數(shù)載流子壽命的目的。由于高能電子輻照能引起晶體原子位移而產(chǎn)生出深能級(jí)的復(fù)合中心，故電子輻照可用來(lái)控制載流子壽命。例如，電子輻照可在硅中產(chǎn)生兩個(gè)能級(jí)，一個(gè)是在價(jià)帶頂以上O. 4eV的受主型能級(jí)，另一個(gè)是在導(dǎo)帶底以下O. 36eV的施主型能級(jí)。[0038]其后，如圖7所示，在進(jìn)行電子輻照工藝的步驟之后，還包括，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底 10進(jìn)行背面減薄和背面金屬化工藝，以在所述半導(dǎo)體襯底的背面，并在真空合金爐中進(jìn)行退火，其中退火溫度為250°C 360°C，退火時(shí)間為30 90分鐘，即在與所述外延層所在相對(duì)的一面上形成背面金屬層14。[0039]綜上所述，本實(shí)用新型所述N溝道耗盡型功率MOSFET器件的制造方法，通過(guò)對(duì)功率MOSFET制作工藝過(guò)程中，在所述柵極之間的有源區(qū)中形成P型阱區(qū)的過(guò)程中，并且在進(jìn)行離子注入和退火工藝的步驟之間，進(jìn)行氧化工藝，所述氧化工藝使外延層表面形成二氧化硅和硅的交界面，從而在后續(xù)進(jìn)行電子輻照工藝的步驟中，使在器件的二氧化硅和硅的交界面及其附近的二氧化硅層中產(chǎn)生缺陷和陷阱，電子輻照工藝能夠在二氧化硅中激發(fā)出電子空穴對(duì)，電子很快遷移出二氧化娃進(jìn)入娃表面，空穴一部分也被遷移出二氧化娃，而一部分被二氧化硅中的空穴陷阱俘獲成為正的電荷。通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娮虞椪展に?，被電子輻照產(chǎn)生的電子在器件的硅表面形成電子導(dǎo)通溝道，即耗盡層，從而使空穴耗盡制造出N溝道耗盡型功率MOSFET器件，并且結(jié)合氧化工藝，能夠更進(jìn)一步提高耗盡層的結(jié)合，從而使形成的MOSFET器件具有較短的反向恢復(fù)時(shí)間，進(jìn)而提升了產(chǎn)品的性能。[0040]同時(shí)由于采用電子輻照工藝，N溝道耗盡型功率MOSFET器件的元胞結(jié)構(gòu)形成過(guò)程和常規(guī)過(guò)程一致，不需要單獨(dú)增加版來(lái)調(diào)節(jié)溝道雜質(zhì)劑量，同時(shí)，增加電子輻照工藝的方法 與常規(guī)功率MOSFET器件的制造工藝相兼容，進(jìn)而增加了工藝靈活性，節(jié)省了工藝流程和生產(chǎn)成本。 雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本實(shí)用新型的·保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種N溝道耗盡型功率MOSFET器件，包括半導(dǎo)體襯底和位于其上的外延層，所述外延層包括分壓環(huán)形成區(qū)和有源區(qū)；柵極，形成于所述有源區(qū)上；P型阱區(qū)，形成于在所述柵極之間的有源區(qū)中；P型接觸區(qū)和P型接觸區(qū)旁的源區(qū)，均形成于所述P型阱區(qū)中；其特征在于，還包括耗盡層，所述耗盡層形成于相鄰的兩個(gè)P型阱區(qū)中相臨近的兩N+源區(qū)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的N溝道耗盡型功率MOSFET器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底和所述外延層為N型。
3.如權(quán)利要求1所述的N溝道耗盡型功率MOSFET器件，其特征在于，所述柵極包括 柵氧化層，形成于所述有源區(qū)上；柵導(dǎo)電層，形成于所述柵氧化層上。
4.如權(quán)利要求3所述的N溝道耗盡型功率MOSFET器件，其特征在于，所述柵氧化層的厚度為4000埃 8000埃。
5.如權(quán)利要求1所述的N溝道耗盡型功率MOSFET器件，其特征在于，還包括，介質(zhì)層，覆蓋于所述外延層上；引線孔窗口，形成于所述介質(zhì)層中；正面金屬引線，形成于所述介質(zhì)層上。
6.如權(quán)利要求5所述的N溝道耗盡型功率MOSFET器件，其特征在于，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為硼磷硅玻璃。
7.如權(quán)利要求5所述的N溝道耗盡型功率MOSFET器件，其特征在于，還包括，背面金屬層，所述背面金屬層形成于所述半導(dǎo)體襯底上與所述外延層相對(duì)的一面。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種N溝道耗盡型功率MOSFET器件，包括半導(dǎo)體襯底和位于其上的外延層，所述外延層包括分壓環(huán)形成區(qū)和有源區(qū)；柵極，形成于所述有源區(qū)上；P型阱區(qū)，形成于在所述柵極之間的有源區(qū)中；P型接觸區(qū)和P型接觸區(qū)旁的源區(qū)，均形成于所述P型阱區(qū)中；其特征在于，還包括耗盡層，所述耗盡層形成于相鄰的兩個(gè)P型阱區(qū)中相臨近的兩N+源區(qū)之間。所述耗盡層使形成的MOSFET器件具有較短的反向恢復(fù)時(shí)間，進(jìn)而提升了產(chǎn)品的性能；同時(shí)，形成耗盡層的方法與常規(guī)功率MOSFET器件的制造工藝相兼容，并不需要增加單獨(dú)的版來(lái)進(jìn)行溝道注入工藝，進(jìn)而節(jié)約工藝步驟，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)H01L29/78GK202888189SQ20122062338
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者聞?dòng)老? 趙金波, 王維建, 曹俊 申請(qǐng)人:杭州士蘭集成電路有限公司