本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)：

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是像時(shí)尚消費(fèi)電子和便攜式產(chǎn)品的快速發(fā)展，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)等功率器件的需求量越來(lái)越大。MOSFET主要分為橫向和縱向兩種，橫向MOSFET優(yōu)勢(shì)在于其具有較好的集成性，可以更容易地集成到現(xiàn)有技術(shù)的工藝平臺(tái)上。但由于其耐壓的漂移區(qū)在表面展開(kāi)，則暴露了其最大的不足，占用的面積較大，耐壓越高的器件，劣勢(shì)越明顯。而縱向MOSFET很好的避免了這一問(wèn)題，因此，超高壓的分立器件仍然以縱向MOSFET為主。如圖1所示為典型的縱向MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖，這種將承受耐壓的漏源兩極分別設(shè)置在器件的上下兩端，使電流在器件內(nèi)部垂直流通，增加了電流密度改善了導(dǎo)通電阻特性。

一個(gè)完整的分立器件MOSFET，如圖2所示，通常包含元胞區(qū)和終端區(qū)。圖2僅表示了部分終端結(jié)構(gòu)和一個(gè)最小元胞單元，虛線部分代表元胞的重復(fù)。元胞區(qū)是器件的核心，元胞區(qū)是由多個(gè)最小單元重復(fù)而成，每個(gè)最小元胞單元的源極與源極相連，柵極與柵極相連；而好的終端區(qū)設(shè)計(jì)可以起到對(duì)元胞區(qū)的保護(hù)作用，同時(shí)可以改善元胞區(qū)的導(dǎo)通和耐壓均勻性。

工作損耗是功率器件最重要的性能參數(shù)之一，工作損耗包括導(dǎo)通損耗、截止損耗和開(kāi)關(guān)損耗三部分。其中，導(dǎo)通損耗由導(dǎo)通電阻決定，截止損耗取決于反向漏電流大小，開(kāi)關(guān)損耗是指功率器件在導(dǎo)通和關(guān)斷的過(guò)程中寄生電容充放電帶來(lái)的損耗。為了滿足功率器件適應(yīng)高頻應(yīng)用的需求，降低功率器件的開(kāi)關(guān)損耗具有深遠(yuǎn)意義。影響開(kāi)關(guān)損耗的寄生電容包含柵源電容C_gs、柵漏電容C_gd以及漏源電容C_ds三大部分。其中柵漏電容C_gd對(duì)開(kāi)關(guān)損耗的影響最大。如圖3所示，為現(xiàn)有技術(shù)中各種寄生電容的組成要素，柵漏電容C_gd由柵極與漏極之間的氧化層電容C_gd(OX)和漏極區(qū)的耗盡電容C_gd(dep)兩部分組成，氧化層電容C_gd(OX)主要取決于氧化層的厚度，耗盡電容C_gd(dep)大小與工藝和器件結(jié)構(gòu)相關(guān)。

如何通過(guò)改進(jìn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)，減小柵漏電容，從而降低開(kāi)關(guān)損耗，提升場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能，使之更適用于高頻應(yīng)用，成為本領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種通過(guò)增加?xùn)怕╇娙萁橘|(zhì)層的厚度，及進(jìn)一步減少柵極與漏極覆蓋區(qū)域的面積，從而減小柵漏電容，降低開(kāi)關(guān)損耗，提升場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能，進(jìn)而使之更適用于高頻應(yīng)用的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有如下構(gòu)成：

該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括：作為漏極的襯底，作為源極的N+注入?yún)^(qū)，以及作為柵極的多晶硅。還包括形成于所述的襯底頂部一部分的P-體區(qū)；所述的N+注入?yún)^(qū)形成于所述的P-體區(qū)頂部的一部分；所述的多晶硅則形成于所述的襯底頂部的另一部分與所述的P-體區(qū)頂部的另一部分之上；同時(shí)，還包括形成于所述的多晶硅與所述的襯底之間的厚柵氧區(qū)。

該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，所述的厚柵氧區(qū)為熱氧化層或淺槽隔離層。

該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括：作為體區(qū)引出端的P+注入?yún)^(qū)，該P(yáng)+注入?yún)^(qū)形成于所述的P-體區(qū)頂部。

該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，所述的多晶硅覆蓋于所述的P-體區(qū)頂部未設(shè)置N+注入?yún)^(qū)和P+注入?yún)^(qū)的部分以及所述的有源區(qū)的頂部。

本發(fā)明還提供一種低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，其包括以下步驟：

(A)在作為漏極的襯底的頂部的一部分形成厚柵氧區(qū)；

(B)在所述厚柵氧區(qū)頂部及所述襯底頂部的一部分之上形成多晶硅作為柵極；

(C)在襯底頂部未被厚柵氧區(qū)或多晶硅覆蓋的部分形成P-體區(qū)；

(D)在所述的P-體區(qū)頂部的一部分形成N+注入?yún)^(qū)，作為源極。

該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法中，所述的步驟(A)具體為：在所述襯底的頂部表面利用氮化硅作為掩膜層形成作為厚柵氧區(qū)的熱氧化層或淺槽隔離層。

該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法中，所述的步驟(B)具體為：在所述有源區(qū)頂部以及所述襯底頂部?jī)烧弑舜讼噜彽奈恢玫闹闲纬傻亩嗑Ч?，作為柵極。

該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法中，所述的步驟(C)具體包括以下步驟：

(C1)利用自對(duì)準(zhǔn)工藝，以所述的多晶硅作為參考形成溝道；

(C2)在襯底頂部未被厚柵氧區(qū)或多晶硅覆蓋的部分進(jìn)行注入，形成P-體區(qū)；

(C3)根據(jù)需要進(jìn)行熱過(guò)程退火，使所述的P-體區(qū)形成特定的結(jié)深。

該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法中，所述的步驟(D)具體為：在所述的P-體區(qū)頂部的一部分形成N+注入?yún)^(qū)，作為源極；在該P(yáng)-體區(qū)頂部的另一部分形成P+注入?yún)^(qū)。

采用了該發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法，由于其首先在襯底的頂部形成厚柵氧區(qū)，并在該厚柵氧區(qū)之上形成作為柵極的多晶硅，從而利用該厚柵氧區(qū)增加了柵漏電容介質(zhì)層的厚度，同樣的還可以進(jìn)一步減少柵極與漏極覆蓋區(qū)域的面積，減小柵漏電容，降低開(kāi)關(guān)損耗，提升場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能，進(jìn)而使本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管更適用于高頻應(yīng)用，且該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方法簡(jiǎn)便，生產(chǎn)及應(yīng)用成本也較為低廉。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中典型的縱向MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中完整的分立器件MOSFET的元胞區(qū)和終端區(qū)示意圖。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中縱向MOSFET的寄生電容示意圖。

圖4為本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法的流程框圖。

圖6為本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的寄生電容示意圖。

圖7為本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法的工藝流程示意圖。

圖8為本發(fā)明的通過(guò)增加厚度降低柵漏電容的場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明的通過(guò)增加厚度同時(shí)減小面積降低柵漏電容的場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明的通過(guò)減小面積降低柵漏電容的場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖4所示，為本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

在一種實(shí)施方式中，該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括：作為漏極的襯底，作為源極的N+注入?yún)^(qū)，以及作為柵極的多晶硅。還包括形成于所述的襯底頂部一部分的P-體區(qū)；所述的N+注入?yún)^(qū)形成于所述的P-體區(qū)頂部的一部分；所述的多晶硅則形成于所述的襯底頂部的另一部分與所述的P-體區(qū)頂部的另一部分之上；同時(shí)，還包括形成于所述的多晶硅與所述的襯底之間的厚柵氧區(qū)。

本發(fā)明還提供一種低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，上述實(shí)施方式的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，如圖5所示，包括以下步驟：

(A)在作為漏極的襯底的頂部的一部分形成有源區(qū)和厚柵氧區(qū)

(B)在所述厚柵氧區(qū)頂部及所述襯底頂部的一部分之上形成多晶硅作為柵極；

(C)在襯底頂部未被厚柵氧區(qū)或多晶硅覆蓋的部分形成P-體區(qū)；

(D)在所述的P-體區(qū)頂部的一部分形成N+注入?yún)^(qū)，作為源極。

在較優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的厚柵氧區(qū)為熱氧化層或淺槽隔離層。

上述較優(yōu)選的實(shí)施方式的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法中，所述的步驟(A)具體為：在所述襯底的頂部表面利用氮化硅作為掩膜層形成作為厚柵氧區(qū)的熱氧化層或淺槽隔離層。

在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖9所示，所述的有源區(qū)的頂部靠近所述襯底頂部的部分區(qū)域以及所述襯底頂部靠近所述厚柵氧區(qū)的部分區(qū)域之上覆蓋有所述的多晶硅。

上述進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法中，所述的步驟(B)具體為：在所述厚柵氧區(qū)頂部以及所述襯底頂部?jī)烧弑舜讼噜彽奈恢玫闹闲纬傻亩嗑Ч?，作為柵極。

在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的步驟(C)具體包括以下步驟：

(C1)利用自對(duì)準(zhǔn)工藝，以所述的多晶硅作為參考形成溝道；

(C2)在襯底頂部未被厚柵氧區(qū)或多晶硅覆蓋的部分進(jìn)行注入，形成P-體區(qū)；

(C3)根據(jù)需要進(jìn)行熱過(guò)程退火，使所述的P-體區(qū)形成特定的結(jié)深。

在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括：作為體區(qū)引出端的P+注入?yún)^(qū)，該P(yáng)+注入?yún)^(qū)形成于所述的P-體區(qū)頂部。且所述的多晶硅覆蓋于所述的P-體區(qū)頂部未設(shè)置N+注入?yún)^(qū)和P+注入?yún)^(qū)的部分以及所述的有厚柵氧的頂部。

上述更優(yōu)選的實(shí)施方式的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法中，所述的步驟(D)具體為：在所述的P-體區(qū)頂部的一部分形成N+注入?yún)^(qū)，作為源極；在該P(yáng)-體區(qū)頂部的另一部分形成P+注入?yún)^(qū)。

在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明的元胞區(qū)的多晶硅柵極Poly Gate的下方的與襯底交疊的區(qū)域由柵氧化層改成了較厚的場(chǎng)氧(或者是STI)，終端區(qū)域仍然可以采用現(xiàn)有的終端技術(shù)。

如圖7所示，本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生產(chǎn)流程包括以下步驟：

1、定義有源區(qū)

利用SiN(氮化硅)作為hardmask(掩膜)，根據(jù)工藝能力形成熱氧化層(LOCOS)或者淺槽隔離(STI)來(lái)形成厚柵氧選擇區(qū)；傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的所有元胞區(qū)均是有源區(qū)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明為了降低柵漏電容，在柵結(jié)構(gòu)與漏極(襯底區(qū))交疊區(qū)形成厚氧(LOCOS或者STI)進(jìn)而減小柵漏電容。

2、柵氧化層生長(zhǎng)

根據(jù)柵極電壓的應(yīng)用生長(zhǎng)不同厚度的柵氧化層，由于柵與襯底區(qū)的交疊處的厚氧的存在，每一塊Poly結(jié)構(gòu)都帶有階梯結(jié)構(gòu)，即從硅表面爬到厚氧表面。

3、自對(duì)準(zhǔn)工藝形成溝道，P-Body注入

體區(qū)(P-Body)采用注入的方式，利用Poly作為參考采用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)形成溝道，可以避免光刻套偏帶來(lái)的負(fù)面影響，注入完成后，需要進(jìn)行必要的熱過(guò)程退火，形成特定的結(jié)深。

終端結(jié)構(gòu)中，為了節(jié)約成本，有的器件結(jié)構(gòu)也采用P-body作為終端環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)能量和劑量的優(yōu)化，同樣可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。

4、源漏注入

采用離子注入的方式進(jìn)行源極(N+)和體區(qū)引出端(P+)的注入，必要的高溫激活后進(jìn)行后段的金屬互連和底部的漏極的金屬化，形成完整的器件結(jié)構(gòu)。

圖6所示為本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的寄生電容示意圖。

根據(jù)電容計(jì)算公式：

C＝ε₀ε_rA/d

其中，ε₀為真空介電常數(shù)，ε_r為介質(zhì)材料的介電常數(shù)，A為電容結(jié)構(gòu)的面積，d為介質(zhì)層的厚度。

對(duì)應(yīng)到器件結(jié)構(gòu)中的柵漏電容中的氧化層電容分量C_gd(OX)，各參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

ε_r為SiO₂的介電常數(shù)，A為Poly柵與襯底的交疊區(qū)的面積，d為Poly柵與襯底的交疊區(qū)的氧化層厚度；

降低柵漏電容可采取的做法包含兩種，增大介質(zhì)層的厚度d，或者減少電容極板的面積A。因此，本發(fā)明的實(shí)施方法有三種組合方式：如圖8所示的增大厚度d，如圖9所示的同時(shí)增大厚度減小面積A，同樣的如圖10所示的僅減小面積A也可產(chǎn)生類似的技術(shù)效果。

采用了該發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法，由于其首先在襯底的頂部形成厚柵氧區(qū)，并在該厚柵氧區(qū)之上形成作為柵極的多晶硅，從而利用該厚柵氧區(qū)增加了柵漏電容介質(zhì)層的厚度，同時(shí)可以進(jìn)一步減少柵極與漏極覆蓋區(qū)域的面積，減小柵漏電容，降低開(kāi)關(guān)損耗，提升場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能，進(jìn)而使本發(fā)明的低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管更適用于高頻應(yīng)用，且該低柵漏電容的縱向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方法簡(jiǎn)便，生產(chǎn)及應(yīng)用成本也較為低廉。

在此說(shuō)明書(shū)中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說(shuō)明書(shū)和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的。