一種DMOS器件有源區的製作方法及DMOS器件與流程
2023-10-07 01:40:15
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種DMOS器件有源區的製作方法及DMOS器件。
背景技術：
DMOS器件是使用擴散來形成電晶體區域的一種MOSFET。MOSFET是廣泛應用的功率開關器件，其具有輸入阻抗高、低損耗、開關速度快、無二次擊穿、安全工作區寬、動態性能好等優點。
在現有的一些要求反向電流流過有源開關器件的功率開關電路中，MOSFET必須反嚮導通，例如，用於調速電機驅動的直流到交流的逆變器開關電源，以及用於電動機控制的、具有再生制動的直流變換器等。
然而，傳統工藝製造的MOSFET器件的漂移區的壽命比較長，且P阱區內有大量的反向恢復電荷，導致反向恢復時間較長。當功率MOSFET用來做要求反向電流流過有源開關器件的功率開關電路中的功率開關器件時，由於其反向恢復很慢，很容易造成功率器件失效，甚至損壞電路的現象。
綜上，在高頻應用中，採用現有技術所製作的DMOS器件由於反向恢復時間較長，表現出較低的開關速度，導致出現各種不良情況。
技術實現要素：
本發明實施例提供一種DMOS器件有源區的製作方法及DMOS器件，用以解決採用現有技術所製作的DMOS器件由於反向恢復時間較長，表現出較低的開關速度，導致出現各種不良情況的技術問題。
本發明實施例提供的一種DMOS器件有源區的製作方法，包括：
在N型襯底上依次形成N型外延層、柵氧化層和摻雜的多晶矽層；
刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成柵極區域和凹槽；所述柵極區域為相鄰凹槽間的所述摻雜的多晶矽層和位於所述摻雜的多晶矽層下方的所述柵氧化層；
注入P型離子在所述凹槽對應的N型外延層內形成P型體區；
注入N型離子在所述P型體區內形成N型源區；
至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域；
澱積第一金屬層，在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區；
形成源極和漏極。
較佳地，所述刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成柵極區域及凹槽，包括：
形成交替設置的多個柵極區域和多個凹槽；
將所述多個凹槽中相鄰的兩個凹槽歸入一組，每個溝槽僅屬於一組；
至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域，包括：
刻蝕每組凹槽間的柵極區域，形成肖特基接觸區域。
較佳地，所述至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域之前，包括：
澱積介質層；
所述至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域，包括：
刻蝕所述介質層至所述N型外延層，形成源極接觸區域及肖特基接觸區域；
所述第一金屬層在所述源極接觸區域形成源極。
較佳地，所述澱積第一金屬層，在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區之後，包括：
在所述第一金屬層上澱積第二金屬層；
在所述N型襯底背向所述N型外延層一側澱積第三金屬層，形成漏極。
較佳地，所述刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成凹槽，包括：
在所述摻雜的多晶矽層上澱積掩膜層；
確定需要形成所述凹槽的區域；
對所述凹槽區域的掩膜層進行刻蝕，使得掩膜層上形成初始凹槽；
刻蝕所述初始凹槽區域的所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成凹槽。
較佳地，所述在N型襯底上依次形成N型外延層、柵氧化層和摻雜的多晶矽層，包括：
在所述N型外延層上生長初始氧化層；
去除所述有源區區域的所述初始氧化層。
本發明實施例提供一種雙擴散金屬氧化物半導體DMOS器件，包括終端區和有源區，所述有源區至少包括：
設置於所述N型襯底上的N型外延層，所述N型外延層內形成有P型體區及位於所述P型體區內的N型源區；
設置於所述N型外延層上的柵極區域；兩個相鄰的柵極區域構成一個柵極組，至少一個柵極組內的兩個柵極區域間設置有肖特基接觸區；
設置於所述N型外延層和所述柵極區域之上的第一金屬層以及設置於所述柵極區域和所述第一金屬層之間的介質層；所述第一金屬層在所述N型源區上形成源極，所述第一金屬層在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區。
較佳地，每個柵極組內的兩個柵極區域間均設置有肖特基接觸區。
較佳地，還包括：
設置於所述第一金屬層上的第二金屬層；設置於所述N型襯底背向所述N型外延層一側的第三金屬層，形成漏極。
較佳地，所述第一金屬層為鎳、鈷、鈦、鉑或其任意組合的合金。
本發明實施例中通過在N型襯底上形成N型外延層、柵氧化層和摻雜的多晶矽層，刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成柵極區域及凹槽，所述柵極區域為相鄰凹槽間的所述摻雜的多晶矽層和位於所述摻雜的多晶矽層下方的所述柵氧化層；向所述凹槽注入P型離子在所述N型外延層內形成P 型體區；向所述凹槽注入N型離子在所述P型體區內形成N型源區；至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域；澱積金屬層，在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區，形成源極和漏極。本發明實施例中在向凹槽注入N型離子形成N型源區的過程中，省略光罩，採用全面注入的方式，從而能夠在後續步驟中通過至少刻蝕一個柵極區域，使得金屬層與N型外延層形成肖特基接觸區。當DMOS器件工作在正嚮導通時，肖特基接觸區與二極體區分流，形成多數載流子電流，因此減少了在漂移區的存儲電荷，以及反向恢復電荷；當DMOS器件處在反向阻斷狀態時，肖特基接觸區受到相鄰P型體區的電場保護，由於相鄰P型體區的耗盡層擴展，肖特基接觸面下的N-區被夾斷，因此降低了肖特基接觸的電場，提升了肖特基接觸擊穿電壓和減小了漏電流，從而使此結構的DMOS器件滿足應用時的擊穿電壓和漏電要求。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種DMOS器件有源區的製作方法所對應的流程示意圖；
圖2-圖8本發明實施例提供的DMOS器件有源區製作過程中的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做 出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1為本發明實施例提供的一種DMOS器件有源區的製作方法所對應的流程示意圖，該方法包括：
步驟101，在N型襯底上依次形成N型外延層、柵氧化層和摻雜的多晶矽層；
步驟102，刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成柵極區域和凹槽；所述柵極區域為相鄰凹槽間的所述摻雜的多晶矽層和位於所述摻雜的多晶矽層下方的所述柵氧化層；
步驟103，注入P型離子在所述凹槽對應的N型外延層內形成P型體區；
步驟104，注入N型離子在所述P型體區內形成N型源區；
步驟105，至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域；
步驟106，澱積第一金屬層，在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區；
步驟107，形成源極和漏極。
本發明實施例中的DMOS器件包括有源區和終端區，步驟101中，在N型襯底上依次形成N型外延層、柵氧化層和摻雜的多晶矽層，包括：在所述N型外延層上生長初始氧化層；去除所述有源區區域的初始氧化層，保留所述終端區區域的初始氧化層。
具體地，在步驟102中，刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成凹槽，包括：在所述摻雜的多晶矽層上澱積掩膜層；確定需要形成所述凹槽的區域；對所述凹槽區域的掩膜層進行刻蝕，使得掩膜層上形成初始凹槽；刻蝕所述初始凹槽區域的所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成凹槽。
較佳地，在步驟102中，通過刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成交替設置的多個柵極區域和多個凹槽；將所述多個凹槽中相鄰的兩個凹槽歸入一組，每個溝槽僅屬於一組；相應地，在步驟105中，至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域，包括：刻蝕每組凹槽間的柵極區域，形成肖特基接觸區域。
本發明實施例中，在步驟105之前，所述至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域之前，還包括：澱積一層介質層；相應地，在步驟105中，所述至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域，包括：刻蝕所述介質層至所述N型外延層，形成源極接觸區域及肖特基接觸區域；其中，第一金屬層在所述源極接觸區域形成源極。
進一步地，在步驟106中澱積第一金屬層，在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區之後，還包括：在第一金屬層上澱積第二金屬層；在所述N型襯底背向所述N型外延層一側澱積第三金屬層，形成漏極。
本發明實施例中通過在N型襯底上形成N型外延層、柵氧化層和摻雜的多晶矽層，刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成柵極區域及凹槽，所述柵極區域為相鄰凹槽間的所述摻雜的多晶矽層和位於所述摻雜的多晶矽層下方的所述柵氧化層；向所述凹槽注入P型離子在所述N型外延層內形成P型體區；向所述凹槽注入N型離子在所述P型體區內形成N型源區；至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域；澱積金屬層，在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區，形成源極和漏極。本發明實施例中在向凹槽注入N型離子形成N型源區的過程中，省略光罩，採用全面注入的方式，從而能夠在後續步驟中通過至少刻蝕一個柵極區域，使得金屬層與N型外延層形成肖特基接觸區。當DMOS器件工作在正嚮導通時，肖特基接觸區與二極體區分流，形成多數載流子電流，因此減少了在漂移區的存儲電荷，以及反向恢復電荷；當DMOS器件處在反向阻斷狀態時，肖特基接觸區受到相鄰P型體區的電場保護，由於相鄰P型體區的耗盡層擴展，肖特基接觸面下的N-區被夾斷，因此降低了肖特基接觸的電場，提升了肖特基接觸擊穿電壓和減小了漏電流，從而使此結構的DMOS器件滿足應用時的擊穿電壓和漏電要求。
為了更清楚地理解本發明，下面結合具體實施例進行詳細說明。
需要說明的是，該實施例中描述的僅為相鄰的兩個凹槽間的處理方式。然而，本發明實施例中並不限定在相鄰的兩個凹槽間形成肖特基接觸區，例如， 也可以是對不相鄰的兩個凹槽進行處理，從而在該不相鄰的兩個凹槽間形成一個或一個以上的肖特基接觸區。
如圖2所示，在N型襯底201上形成N型外延層202；在N型外延層202上生長初始氧化層203。
本發明實施例中的DMOS器件包括有源區和終端區，初始氧化層203生長完畢後，打開有源區，剝掉有源區的初始氧化層，保留終端區的初始氧化層。本發明實施例針對有源區的製作方法進行改進，為便於描述，此處及後續步驟中均省略終端區結構。
如圖3所示，在N型外延層202上生長一層起絕緣作用的柵氧化層204，柵氧化層204的材料可以為二氧化矽，然後在柵氧化層204上生長一層用作柵極的摻雜的多晶矽層205。
如圖4所示，在摻雜的多晶矽層205上澱積掩膜層，確定出需要形成凹槽的區域，對凹槽區域的掩膜層進行刻蝕，使得掩膜層上形成初始凹槽，露出摻雜的多晶矽層；對摻雜的多晶矽層和柵氧化層進行刻蝕，刻蝕至N型外延層202，並去除摻雜的多晶矽層205上的掩膜層，形成柵極區域2061、柵極區域2062、柵極區域2063以及凹槽2071、凹槽2072。
本發明實施例中，在形成凹槽的過程中，也可以僅刻蝕摻雜的多晶矽層至柵氧化層，從而在後續刻蝕介質層的過程中，刻蝕掉凹槽底部的柵氧化層。本發明實施例對此不做具體限制。
如圖5所示，向凹槽2071、凹槽2072注入P型離子，並進行驅入，進而在N型外延層202內形成P型體區209，向凹槽2071、凹槽2072注入N型離子，並進行退火工藝，進而在P型體區209內形成N型源區210。其中，N型源區210為N型重摻雜區域。
本發明實施例中，在向凹槽2071、凹槽2072注入N型離子形成N型源區的過程中，省略光罩，採用全面注入的方式，從而能夠在後續步驟中通過至少刻蝕一個柵極區域，使得金屬層與N型外延層形成肖特基接觸區。
如圖6所示，澱積介質層211。
如圖7所示，通過光刻刻蝕凹槽2071和凹槽2072所在區域的部分介質層、凹槽2071和凹槽2072之間的柵極區域以及位於該柵極區域上的介質層，形成肖特基接觸區域212以及源區接觸區域213。
可選地，若在上述刻蝕形成凹槽的過程中，保留有柵氧化層，則在本步驟中應通過光刻刻蝕凹槽2071和凹槽2072底部的柵氧化層、凹槽2071和凹槽2072所在區域的部分介質層、凹槽2071和凹槽2072之間的柵極區域以及位於該柵極區域上的介質層。
需要說明的是，在該實施例中，是通過先澱積一層介質層，然後光刻刻蝕形成肖特基接觸區域，然而本發明實施例並不限定於此，例如，也可以在形成N型源區210之後，便進行光刻刻蝕，去除凹槽2071和凹槽2072之間的柵極區域，然後澱積一層介質層，並對該介質層進行刻蝕，進而形成肖特基接觸區域212。相對來講，前一種實施方式中，只需進行一次光刻刻蝕，便形成肖特基接觸區域，工藝簡單，節約了器件的製作成本，而後一種實施方式則需進行兩次光刻刻蝕，較為複雜。故本發明實施例中，優選先澱積介質層，然後光刻刻蝕形成肖特基接觸區域的實施方式。
如圖8所示，澱積第一金屬層214和第二金屬層215，第一金屬層214在肖特基接觸區域212形成肖特基接觸區，在源區接觸區域213形成源極。在N型襯底201背向N型外延層202的一側澱積第三金屬層216，形成漏極。
優選地，本發明實施例中的金屬層214為鎳、鈷、鈦、鉑或其任意組合的合金從而能夠在肖特基接觸區域形成肖特基二極體，當DMOS器件工作在正嚮導通時，肖特基接觸區與二極體區分流，形成多數載流子電流，減少了在漂移區的存儲電荷，以及反向恢復電荷；當DMOS器件處在反向阻斷狀態時，肖特基接觸區受到相鄰P型體區的電場保護，由於相鄰P型體區的耗盡層擴展，肖特基接觸面下的N-區被夾斷，因此降低了肖特基接觸的電場，提升了肖特基接觸擊穿電壓和減小了漏電流，從而使此結構的DMOS器件滿足應用時的擊 穿電壓和漏電要求。
本發明實施例提供一種雙擴散金屬氧化物半導體DMOS器件，包括終端區和有源區，其中，所述有源區至少包括：
設置於所述N型襯底上的N型外延層，所述N型外延層內形成有P型體區及位於所述P型體區內的N型源區；
設置於所述N型外延層上的柵極區域；兩個相鄰的柵極區域構成一個柵極組，至少一個柵極組內的兩個柵極區域間設置有肖特基接觸區；
設置於所述N型外延層和所述柵極區域之上的第一金屬層以及設置於所述柵極區域和所述第一金屬層之間的介質層；所述第一金屬層在所述N型源區上形成源極，所述第一金屬層在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區。
較佳地，每個柵極組內的兩個柵極區域間均設置有肖特基接觸區。
較佳地，還包括：
設置於所述第一金屬層上的第二金屬層；設置於所述N型襯底背向所述N型外延層一側的第三金屬層，形成漏極。
較佳地，所述第一金屬層為鎳、鈷、鈦、鉑或其任意組合的合金。
從上述內容可以看出：本發明實施例中通過在N型襯底上形成N型外延層、柵氧化層和摻雜的多晶矽層，刻蝕所述摻雜的多晶矽層和所述柵氧化層，形成柵極區域及凹槽，所述柵極區域為相鄰凹槽間的所述摻雜的多晶矽層和位於所述摻雜的多晶矽層下方的所述柵氧化層；向所述凹槽注入P型離子在所述N型外延層內形成P型體區；向所述凹槽注入N型離子在所述P型體區內形成N型源區；至少刻蝕所述凹槽間的一個柵極區域，形成肖特基接觸區域；澱積金屬層，在所述肖特基接觸區域形成肖特基接觸區，形成源極和漏極。本發明實施例中在向凹槽注入N型離子形成N型源區的過程中，省略光罩，採用全面注入的方式，從而能夠在後續步驟中通過至少刻蝕一個柵極區域，使得金屬層與N型外延層形成肖特基接觸區。當DMOS器件工作在正嚮導通時，肖特基接觸區與二極體區分流，形成多數載流子電流，因此減少了在漂移區的存儲 電荷，以及反向恢復電荷；當DMOS器件處在反向阻斷狀態時，肖特基接觸區受到相鄰P型體區的電場保護，由於相鄰P型體區的耗盡層擴展，肖特基接觸面下的N-區被夾斷，因此降低了肖特基接觸的電場，提升了肖特基接觸擊穿電壓和減小了漏電流，從而使此結構的DMOS器件滿足應用時的擊穿電壓和漏電要求。
儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。