一種場效應(yīng)管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的場效應(yīng)管的制備方法，先在柵極氧化層上形成圖案化的第一光刻膠層，以第一光刻膠層為掩膜進(jìn)行離子注入以形成P+體區(qū)；再形成柵極，以柵極為掩膜形成P-體區(qū)；這就能夠通過第一光刻膠層的圖案控制P+體區(qū)在整個P體區(qū)中的相對面積，從而降低反向電流沖擊時P體區(qū)的壓降，使得此壓降小于寄生三極管的開啟電壓，進(jìn)而提高所述場效應(yīng)管的性能，工藝簡單，制備成本低。
【專利說明】
_種場效應(yīng)管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種垂直雙擴(kuò)散場效應(yīng)管的制備方法以及 該方法制備的場效應(yīng)管。
【背景技術(shù)】
[0002] 垂直雙擴(kuò)散場效應(yīng)管（vertical double-diffusion metal oxide semiconductor，VDMOS)在1979年由H. W. Collins等人提出后，由于其獨(dú)特的高輸入阻抗、 低驅(qū)動功率、高開關(guān)速度、優(yōu)越的頻率特性，以及很好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于開關(guān) 電源、照明驅(qū)動、汽車電子、馬達(dá)驅(qū)動、工業(yè)控制、不間斷電源等領(lǐng)域，逐漸改變了整個功率 半導(dǎo)體器件的面貌。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中VDMOS的剖視圖，如圖1所示，包括層疊設(shè)置的N型襯底100與N型外 延層101 ;由所述N型外延層101遠(yuǎn)離所述N型襯底100的表面深入其內(nèi)部，且沿溝道方向 依次設(shè)置的兩個凹形P體區(qū)102 ;由所述N型外延層101遠(yuǎn)離所述N型襯底100的表面深 入其內(nèi)部，且沿溝道方向依次設(shè)置的兩個的凹形P+體區(qū)103,由所述N型外延層101遠(yuǎn)離所 述N型襯底100的表面深入其內(nèi)部，且沿溝道方向依次設(shè)置的四個凹形N +源區(qū)104 ;所述N + 源區(qū)104、所述P+體區(qū)103形成在所述P體區(qū)103內(nèi)，沿溝道方向，所述N+源區(qū)104分別設(shè) 置在所述P +體區(qū)103兩側(cè)，且設(shè)置在同一所述P+體區(qū)103兩側(cè)的所述N+源區(qū)104在所述 N型襯底100上的投影與所述P+體區(qū)103在所述N型襯底100上的投影均部分重合。所述 VDMOS還包括設(shè)置在所述N型外延層101遠(yuǎn)離所述N型襯底100的表面的若干柵極氧化層 105,相鄰所述柵極氧化層105間的區(qū)域暴露所述P +體區(qū)103以及所述N+源區(qū)104部分區(qū) 域；在所述柵極氧化層105上設(shè)置的若干柵極106,所述柵極106上直接形成有覆蓋所述柵 極106上表面與側(cè)壁的介質(zhì)層107 ;所述介質(zhì)層107上還形成有覆蓋所述介質(zhì)層107上表 面與側(cè)壁，并通過相鄰所述柵極氧化層105間的區(qū)域形成與所述P+體區(qū)103以及所述N +源 區(qū)104接觸連接的源極108。
[0004] 從上述結(jié)構(gòu)可以看出，所述N+源區(qū)104、所述P+體區(qū)103、所述P體區(qū)102以及所 述N型外延層101形成了一個寄生的NPN三極管。當(dāng)所述VDMOS器件關(guān)斷時，由于設(shè)置在 芯片兩側(cè)的源極108與漏極（圖中未示出）間的反向電流會流經(jīng)所述P體區(qū)102,從而產(chǎn) 生壓降，如果此壓降大于寄生三極管的開啟電壓，則該反向電流會因?yàn)槿龢O管的放大作用 將寄生三極管導(dǎo)通，此時，由于柵極電壓已經(jīng)不能關(guān)斷所述VDM0S，從而導(dǎo)致所述VDMOS器 件失效。為了防止器件失效的產(chǎn)生，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用減少P +體區(qū)103電阻以避免寄生 三極管的形成，或者增大P+體區(qū)103面積以降低反向電流沖擊P體區(qū)的壓降，使得此壓降 小于寄生三極管開啟電壓，以避免寄生三極管導(dǎo)通。
[0005] 然而，現(xiàn)有技術(shù)中（如中國專利文獻(xiàn)CN102184958A)所述P+體區(qū)103通常采用自 對準(zhǔn)注入工藝實(shí)現(xiàn)，即以所述柵極106為掩膜，在所述P體區(qū)102中注入離子以形成所述 P+體區(qū)103。這就意味著所述P +體區(qū)103的面積受限于相鄰所述柵極106的間距，而相鄰 所述柵極106的間距關(guān)系到整個VDMOS器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如若希望增大P +體區(qū)103面積， 則需要從新設(shè)計器件結(jié)構(gòu)，研發(fā)投入大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為此，本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有解決VDMOS器件失效的方法研發(fā)投入大的問題， 從而提供一種工藝簡單，能夠顯著提高器件性能的場效應(yīng)管的制備方法，以及該方法制備 的場效應(yīng)管。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 本發(fā)明所述的一種場效應(yīng)管的制備方法，包括如下步驟：
[0009] Sl、在N型襯底上依次形成層疊設(shè)置的N型外延層和柵極氧化層，在所述柵極氧化 層上形成第一光刻膠層；
[0010] S2、對所述第一光刻膠層進(jìn)行圖案化，并以圖案化后的第一光刻膠層為掩膜在所 述N型外延層注入離子形成P+體區(qū)；
[0011] S3、在所述柵極氧化層上形成柵極；
[0012] S4、以所述柵極為掩膜在所述N型外延層注入離子形成P體區(qū)；
[0013] S5、在所述N型外延層形成第二光刻膠層并圖案化，以圖案化后的所述第二光刻 膠層以及所述柵極為掩膜在所述N型外延層注入離子形成N +源區(qū)；
[0014] S6、在所述柵極上直接形成覆蓋所述柵極遠(yuǎn)離所述N型襯底的表面以及側(cè)面的介 質(zhì)層；
[0015] S7、在所述介質(zhì)層上直接形成覆蓋所述介質(zhì)層以及所述N型外延層的源極。
[0016] 優(yōu)選地，步驟S2中還包括對所述注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟，驅(qū)入溫度為 1000。。~1200。。。
[0017] 優(yōu)選地，步驟S4中還包括對所述注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟，驅(qū)入溫度為 1000。。~1200。。。
[0018] 優(yōu)選地，步驟S4之后還包括對所述P+體區(qū)以及所述P體區(qū)中的所述注入離子進(jìn) 行熱驅(qū)入的步驟，驅(qū)入溫度均為l〇〇〇°C~1200°C。
[0019] 優(yōu)選地，步驟S2中所述注入離子為BF2+，劑量為I X IO15~5X 10 15/cm2。
[0020] 優(yōu)選地，步驟S4中所述注入離子為B3+，劑量為I X IO13~8 X 10 13/cm2。
[0021] 優(yōu)選地，步驟S5中所述注入離子為P5+和/或As 5+，劑量為5 X IO15~I X 10 16/cm2。
[0022] 本發(fā)明所述的一種場效應(yīng)管的制備方法，還包括在所述N型襯底遠(yuǎn)離所述N型外 延層的一面形成漏極的步驟。
[0023] 優(yōu)選地，所述柵極為N型多晶硅層，厚度為3000A~8000 A ;所述柵極氧化層 為氧化硅層，厚度為IOOA~150:0 A
[0024] 本發(fā)明所述場效應(yīng)管的制備方法所制備的場效應(yīng)管。
[0025] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 本發(fā)明所述的場效應(yīng)管的制備方法，先在柵極氧化層上形成圖案化的第一光刻膠 層，以第一光刻膠層為掩膜進(jìn)行離子注入以形成P +體區(qū)；再形成柵極，以柵極為掩膜形成 P體區(qū)；這就能夠通過第一光刻膠層的圖案控制P +體區(qū)在整個P體區(qū)中的相對面積，從而 降低反向電流沖擊時P體區(qū)的壓降，使得此壓降小于寄生三極管的開啟電壓，進(jìn)而提高所 述場效應(yīng)管的性能，工藝簡單，制備成本低。
【附圖說明】
[0027] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合 附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0028] 圖1是現(xiàn)有VDMOS的剖視圖；
[0029] 圖2-1~圖2-7是本發(fā)明所述的場效應(yīng)管在制備過程中的剖視圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明所述的場效應(yīng)管的制備方法的流程圖。
[0031] 圖中附圖標(biāo)記表示為：100-N型襯底、101-N型外延層、102-P體區(qū)、103-P+體區(qū)、 104-N+源區(qū)、105-柵極氧化層、106-柵極、107-介質(zhì)層、108-源極層、201-第一光刻膠層、 202-第二光刻膠層。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí) 施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0033] 本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實(shí)施例。 相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給 本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來限定。在附圖中，為了清晰起見，會夸大層和區(qū) 域的尺寸和相對尺寸。
[0034] 應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)元件例如層、區(qū)域或基板被稱作"形成在"或"設(shè)置在"另一元件 "上"時，該元件可以直接設(shè)置在所述另一元件上，或者也可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件 被稱作"直接形成在"或"直接設(shè)置在"另一元件上時，不存在中間元件。
[0035] 實(shí)施例
[0036] 本實(shí)施例提供一種場效應(yīng)管如圖2-7所示，包括層疊設(shè)置的N型襯底100與N型 外延層101 ;由所述N型外延層101遠(yuǎn)離所述N型襯底100的表面深入其內(nèi)部，且沿溝道方 向依次設(shè)置的兩個凹形P體區(qū)102 ;由所述N型外延層101遠(yuǎn)離所述N型襯底100的表面 深入其內(nèi)部，且沿溝道方向依次設(shè)置的兩個的凹形P+體區(qū)103,由所述N型外延層101遠(yuǎn)離 所述N型襯底100的表面深入其內(nèi)部，且沿溝道方向依次設(shè)置的四個凹形N +源區(qū)104;所 述N+源區(qū)104、所述P +體區(qū)103形成在所述P體區(qū)102內(nèi)，且所述P +體區(qū)103面積占所述 P體區(qū)102與所述P+體區(qū)103面積之和的比例為70%;沿溝道方向，所述N+源區(qū)104分別 設(shè)置在所述P +體區(qū)103兩側(cè)，且設(shè)置在同一所述P+體區(qū)103兩側(cè)的所述N+源區(qū)104在所 述N型襯底100上的投影與所述P +體區(qū)103在所述N型襯底100上的投影均部分重合。
[0037] 所述場效應(yīng)管還包括設(shè)置在所述N型外延層101遠(yuǎn)離所述N型襯底100的表面的 若干柵極氧化層105,相鄰所述柵極氧化層105間的區(qū)域暴露所述P +體區(qū)103以及所述N + 源區(qū)104部分區(qū)域；在所述柵極氧化層105上設(shè)置的若干柵極106,所述柵極106上直接形 成有覆蓋所述柵極106上表面與側(cè)壁的介質(zhì)層107 ;所述介質(zhì)層107上還形成有覆蓋所述 介質(zhì)層107上表面與側(cè)壁，并通過相鄰所述柵極氧化層105間的區(qū)域形成與所述P+體區(qū)103 以及所述N +源區(qū)104接觸連接的源極108。
[0038] 本實(shí)施例所述的場效應(yīng)管中，所述P+體區(qū)103在所述P體區(qū)102占比較大，這就 能夠通過第一光刻膠層的圖案控制P+體區(qū)103在整個P體區(qū)（包括P體區(qū)102和P +體區(qū) 103)中的相對面積，從而降低反向電流沖擊時P體區(qū)的壓降，使得此壓降小于寄生三極管 的開啟電壓，進(jìn)而提尚所述場效應(yīng)管的性能。
[0039] 所述場效應(yīng)管的制備方法，包括如下步驟：
[0040] S1、如圖2-1所示，在N型襯底100上依次形成層疊設(shè)置的N型外延層101和柵極 氧化層105,在所述柵極氧化層105上形成第一光刻膠層201。
[0041] 所述N型襯底100選自但不限于通過直拉法、區(qū)熔法等方法生長的硅襯底，厚度通 常為600 μ m，本實(shí)施例優(yōu)選為厚度為600 μ m娃片；
[0042] 所述N型外延層101選自但不限于摻N型雜質(zhì)的N型外延層，厚度為 5000 ~20000人，本實(shí)施例優(yōu)選為通過外延工藝制備的摻N型雜質(zhì)P5+的N型外延層。由 于外延層厚度主要與器件耐壓大小有關(guān)，電壓越高、外延層越后。本實(shí)施例中所述器件電壓 為600V，厚度為54μπι。
[0043] 所述柵極氧化層105選自但不限于氧化硅層，厚度為Κ)〇Α~1500 Α，根據(jù)器件 耐壓性能選取，本實(shí)施例中所述柵極氧化層105為1 〇〇〇 A;
[0044] 所述第一光刻膠層201選自但不限于現(xiàn)有技術(shù)中的所有光刻膠，制備方法同現(xiàn)有 技術(shù)。
[0045] S2、如圖2-2所示，通過光刻工藝對所述第一光刻膠層201進(jìn)行圖案化，并以圖案 化后的第一光刻膠層201為掩膜在所述N型外延層101注入離子形成P +體區(qū)103。
[0046] 所述注入離子選自但不限于BF2+，劑量為I X IO15~5 X 10 1Vcm2，注入能量為 50KeV-150KeV，本實(shí)施例優(yōu)選 3 X IO1Vcm2;
[0047] 作為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，本步驟還包括對所述注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟， 驅(qū)入溫度為IlOO cC ;作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，所述注入離子的驅(qū)入溫度為1000°C~ 1200°C，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0048] S3、如圖2-3所示，除去第一光刻膠層201，通過化學(xué)氣相沉積工藝在所述柵極氧 化層105上形成柵極106 ;
[0049] 本實(shí)施例中所述柵極106為N型多晶硅層，厚度為6000 A，作為本發(fā)明的可變換 實(shí)施例，所述柵極106不限于此，厚度為300(^~8000人，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0050] S4、如圖2-4所示，以所述柵極106為掩膜在所述N型外延層101注入離子形成 P體區(qū)102。
[0051 ] 所述注入離子選自但不限于B3+，劑量為I X IO13~8 X 10 13/cm2，注入能量為 50KeV-150KeV ;本實(shí)施例優(yōu)選為5X 1013/cm2;作為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，本步驟還包括 對所述注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟，驅(qū)入溫度為I l〇〇°C，作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，所述 驅(qū)入溫度還可以為1000 °C~1200 °C。
[0052] S5、如圖2-5所示，在所述N型外延層101形成第二光刻膠層202并圖案化，以圖 案化后的所述第二光刻膠層202以及所述柵極106為掩膜在所述N型外延層101注入離子 形成N+源區(qū)104 ;然后清除所述第二光刻膠層202。
[0053] 所述第二光刻膠層202選自但不限于現(xiàn)有技術(shù)中的所有光刻膠，制備方法同現(xiàn)有 技術(shù)。
[0054] 所述注入離子選自但不限于B3+，劑量為I X IO13~8 X 10 13/cm2，注入能量為 50KeV-150KeV ;本實(shí)施例優(yōu)選為 5X IO1Vcm2;
[0055] 作為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，本步驟還包括對所述注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟， 驅(qū)入溫度為1150Γ ;作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，所述注入離子的驅(qū)入溫度為1000°C~ 1200°C，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0056] S6、如圖2-6所示，通過低壓力化學(xué)氣相沉積法（LPCVD)工藝在所述柵極106上直 接形成覆蓋所述柵極106遠(yuǎn)離所述N型襯底100的表面以及側(cè)面的介質(zhì)層107 ;
[0057] 本實(shí)施例中所述介質(zhì)層107為I. 1 μπι的氧化硅層，作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例， 所述介質(zhì)層107還可以氮化硅層等其他介質(zhì)層，厚度為1 μπι~1. 2 μπι，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明 的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0058] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本步驟前還包括通過刻蝕工藝對所述柵極氧化層105 圖案化的步驟，以暴露所述N型外延層101部分區(qū)域的步驟。
[0059] S7、如圖2-7所示，通過磁控派射和金屬互聯(lián)工藝在所述介質(zhì)層107上直接形成覆 蓋所述介質(zhì)層107以及所述N型外延層101的源極108 ;
[0060] 本實(shí)施例中所述源極108為4 μ m摻雜有Si、Cu的Al層，作為本發(fā)明的可變換實(shí) 施例，所述源極108還可以其它導(dǎo)電材料層，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
[0061] 所述場效應(yīng)管的制備方法，還包括在所述N型襯底100遠(yuǎn)離所述N型外延層101 的一面形成漏極的步驟；
[0062] 本實(shí)施例中所述漏極為依次層疊設(shè)置的Ti層/Ni層/Ag層，厚度為1000 AZ2000A/1 μπι,其中，Ti層靠近所述N型襯底100設(shè)置。作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例， 所述漏極還可以其它導(dǎo)電材料層，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0063] 作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，步驟S2中所述P+體區(qū)103的所述注入離子進(jìn)行熱 驅(qū)入步驟以及步驟S5中所述P體區(qū)102中所述注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟，均可以在步 驟S5之后進(jìn)行，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0064] 顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或 變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或 變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 在N型襯底（100)上依次形成層疊設(shè)置的N型外延層（101)和柵極氧化層（105)， 在所述柵極氧化層（105)上形成第一光刻膠層（201); 52、 對所述第一光刻膠層（201)進(jìn)行圖案化，并W圖案化后的第一光刻膠層（201)為掩 膜在所述N型外延層（101)注入離子形成P+體區(qū)（103); 53、 在所述柵極氧化層（105)上形成柵極（106); 54、 W所述柵極（106)為掩膜在所述N型外延層（101)注入離子形成P體區(qū)（102); 55、 在所述N型外延層（101)形成第二光刻膠層（202)并圖案化，W圖案化后的所述第 二光刻膠層（202) W及所述柵極（106)為掩膜在所述N型外延層（101)注入離子形成N+源 區(qū)（104); 56、 在所述柵極（106)上直接形成覆蓋所述柵極（106)遠(yuǎn)離所述N型襯底（100)的表 面W及側(cè)面的介質(zhì)層（107); 57、 在所述介質(zhì)層（107)上直接形成覆蓋所述介質(zhì)層（107) W及所述N型外延層（101) 的源極（108)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，步驟S2中還包括對所述 注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟，驅(qū)入溫度為l〇〇〇°C~1200°C。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，步驟S4中還包括對所述 注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟，驅(qū)入溫度為l〇〇〇°C~1200°C。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，步驟S4之后還包括對所 述P+體區(qū)（103) W及所述P體區(qū)（102)中的所述注入離子進(jìn)行熱驅(qū)入的步驟，驅(qū)入溫度均 為 IOOCTC ~120(TC。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，步驟S2中所述注入離子 為 BFz+,劑量為 lXl〇i5~5X10 i5/cm2。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，步驟S4中所述注入離子 為 B3+，劑量為 IX 10"~8X10 "/cm2。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，步驟S5中所述注入離子 為 P5邢 / 或 As 5+，劑量為 5 X l〇is~1 X 10 le/cm2。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，還包括在所述N 型襯底（100)遠(yuǎn)離所述N型外延層（101)的一面形成漏極的步驟。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，所述柵極（106)為 N型多晶娃層，厚度為3000A~期)0:0 A ;所述柵極氧化層（105)為氧化娃層，厚度為 IOOA ~1500 A。10. -種權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述場效應(yīng)管的制備方法所制備的場效應(yīng)管。
【文檔編號】H01L29/423GK106033774SQ201510112044
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月13日
【發(fā)明人】趙圣哲
【申請人】北大方正集團(tuán)有限公司, 深圳方正微電子有限公司