全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應電晶體的製作方法

2023-07-20 02:28:21 3

專利名稱：全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應電晶體的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件及集成電路製造工藝技術領域，尤其涉及一種製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應電晶體(Vertical Double-diffUsionMOSFET， DMOS)的方法。
背景技術：
功率DMOS電晶體已廣泛應用於各種電子設備中。功率DMOS晶體 管具有開關速度快、輸入阻抗高、驅動功耗小、頻率特性好、跨導高度線 性等特點，而且具有負溫度係數，沒有雙極功率管的二次擊穿問題，安全 工作區大。因此，不論是開關應用，還是線性應用，DMOS電晶體都是理 想的功率器件。傳統的功率DMOS電晶體製作工藝中，以多晶矽邊界為對準點，通 過P-阱以及N+源自對準注入，實現整個晶片內的統一溝道長度。但是為 了形成良好的金屬與P-阱及N+源接觸，通常還另需兩塊光刻掩膜版(P-阱接觸注入掩模版、N+源注入掩模版)，共需要7 9塊掩模版，不利於芯 片面積的減小，工藝過程複雜，晶片成本高；同時以多晶矽作為柵極互連， 串聯電阻大，限制工作頻率的提高。發明內容(一) 要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種製作全自對準條型柵功率 垂直雙擴散場效應電晶體的方法，以簡化製作工藝，降低製作成本，提高 功率DMOS電晶體的工作頻率。(二) 技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種製作全自對準條型柵功率垂直雙
擴散場效應電晶體的方法，該方法包括A、 在襯底上生長外延，然後進行場區氧化，形成場氧化層；B、 刻蝕有源區的場氧化層，進行柵氧化，澱積多晶矽，對澱積的多晶矽進行摻雜；C、 對摻雜後的多晶矽進行光刻、刻蝕，硼注入，高溫推進形成P-阱區；D、 對多晶矽進行砷注入形成淺源區，然後澱積並反刻形成側牆；E、 對多晶矽進行硼注入，並澱積鈷膜，形成鈷的矽化物，利用鈷的 矽化物形成P-阱接觸；F、 進行硼磷矽玻璃澱積，光刻與刻蝕引線孔；G、 金屬濺射並進行光刻與刻蝕。上述方案中，所述步驟A包括在n+型Si襯底上，進行n-型Si外延 層生長，隨後進行場區氧化，在n-型Si外延層上形成場氧化層。上述方案中，所述步驟B包括利用場氧刻蝕掩模版在場氧化層上進 行有源區定義，定義出有源區後，刻蝕掉有源區的場氧化層，然後進行柵 氧化，並澱積多晶矽，隨後對多晶矽進行一次100(TC的高溫磷擴散，形成 小於10Q/sq的低電阻率n+型多晶矽。上述方案中，所述步驟C包括利用多晶矽刻蝕掩模版，刻蝕摻雜後 的多晶矽，然後對刻蝕後的多晶矽進行硼注入並進行1100。C的高溫推進， 形成P-阱區。上述方案中，步驟D中所述對多晶矽進行砷注入，是以多晶矽為掩模， 對整個矽片進行砷注入；步驟D中所述澱積並反刻形成側牆，是澱積一層正矽酸乙酯TEOS， 並對澱積的TEOS進行反刻形成側牆。上述方案中，所述步驟E包括對多晶矽進行90keV的大能量與2X 10"n/ci^的大劑量硼注入，大能量使注入的硼離子能透過N+源區，主要 分布於N+源下，大劑量使P-阱區形成高濃度的P+區，有利於形成歐姆接 觸；然後澱積鈷膜，67(TC快速退火5秒，使鈷與矽反應形成鈷的矽化物， 刻去側牆上未反應的鈷，然後80(TC快速退火10秒，使矽化物轉為16 18y Q.cm的低阻態；然後利用鈷的矽化物穿透淺源結結構的源區與下面
的P-阱形成接觸。上述方案中，所述步驟F包括進行硼磷矽玻璃澱積，並進行95(TC 的高溫回流，利用接觸孔刻蝕掩模版進行引線孔光刻並刻蝕出引線孔。上述方案中，所述步驟G包括濺射金屬層，利用金屬刻蝕掩模版對 金屬層進行光刻與腐蝕，形成全自對準的條型柵功率垂直雙擴散場效應晶 體管。(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、 本發明提供的這種製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應電晶體的方法，採用條型柵結構設計，條型柵DMOS是一種新型平面結構 的DMOS，它的多晶矽柵呈條狀分布。條形柵結構可以在單位有源區面積 內集成更大的溝道寬度，同時其源區接觸孔面積增大，柵面積降低，具有 導通電阻小、開關速度高及工作穩定性好等特點。2、 本發明提供的這種製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應晶 體管的方法，光刻掩模版少，共需4塊光刻掩模版，其中包括場氧刻蝕掩 模版、多晶矽刻蝕掩模版、接觸孔刻蝕掩模版、金屬刻蝕掩模版，大大簡 化了製作工藝，降低了製作成本。3、 本發明提供的這種製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應晶 體管的方法，採用N+淺源結，以便後面的矽化物可以穿透N+源區與下面 的P-阱接觸。4、 本發明提供的這種製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應晶 體管的方法，採用側牆工藝，在多晶矽刻蝕後，澱積一層正矽酸乙酯(TEOS)並反刻形成側牆，以便於進行下面的P-阱接觸注入。5、 本發明提供的這種製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應晶 體管的方法，P-阱接觸注入採用大能量與大劑量硼注入，大能量目的使硼 透過N+源區，主要集中在P-阱區內，大劑量的目的一方面可以使後面的 矽化物與P-阱形成良好的歐姆接觸，另一方面可以減小P-阱區PN結反向 耗盡寬度，提高器件反向耐壓。此步省去了傳統DMOS工藝中的P-阱接 觸注入掩模版，以側牆為掩模，形成P-阱區的接觸注入。
6、本發明提供的這種製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應電晶體的方法，採用鈷的矽化物。澱積鈷膜，670°C快速退火5秒，使鈷與 矽反應生成矽化物。刻去側牆上未反應的鈷，然後80(TC快速退火10秒， 使矽化物轉為低阻態。因為N+源區為淺源結結構，N+源區的鈷矽化物穿 透源區與下面的P-阱接觸。另外，鈷的採用同時使多晶矽柵形成低電阻率 的矽化物形態，降低了器件柵極的串聯電阻，有利於提高器件的開關速度 與工作頻率。


圖1為本發明提供的製作全自對準條型柵功率DMOS電晶體的方法 流程圖；圖2為依照本發明實施例製作全自對準條型柵功率DMOS電晶體版 圖的示意圖；圖3為依照本發明實施例製作全自對準條型柵功率DMOS電晶體工藝流程圖；其中，圖3-1為依照本發明實施例進行外延層生長及場區氧化的示意圖； 圖3-2為依照本發明實施例定義有源區刻蝕場氧化層柵氧化與澱積多晶矽的示意圖；圖3-3為依照本發明實施例刻蝕多晶矽及剩餘場氧化層的示意圖； 圖3-4為依照本發明實施例刻進行硼注入形成P-阱區的示意圖； 圖3-5為依照本發明實施例對矽片進行砷注入形成淺結N+源區的示 意圖；圖3-6為依照本發明實施例澱積正矽酸乙酯(TEOS)並反刻形成側牆 的示意圖；圖3-7為依照本發明實施例對多晶矽進行大能量與大劑量的硼注入的 示意圖；圖3-8為依照本發明實施例澱積鈷膜形成矽化物的示意圖； 圖3-9為依照本發明實施例硼磷矽玻璃澱積並光刻與刻蝕引線孔的示 意圖；圖3-10為依照本發明實施例金屬濺射並進行光刻與刻蝕的示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為本發明提供的製作全自對準條型柵功率DMOS電晶體的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟101:在襯底上生長外延，然後進行場區氧化，形成場氧化層； 步驟102:刻蝕有源區的場氧化層，進行柵氧化，澱積多晶矽，對澱積的多晶矽進行摻雜；步驟103:對摻雜後的多晶矽進行光刻、刻蝕，硼注入，高溫推進形成P-阱區；步驟104:對多晶矽進行砷注入形成淺源區，然後澱積並反刻形成側+血工回；步驟105:對多晶矽進行硼注入，並澱積鈷膜，形成鈷的矽化物，利 用鈷的矽化物形成P-阱接觸；步驟106:進行硼磷矽玻璃澱積，光刻與刻蝕引線孔； 步驟107:金屬濺射並進行光刻與刻蝕。基於圖1所示的製作全自對準條型柵功率DMOS電晶體的方法流程 圖，以下結合具體的實施例對本發明製作全自對準條型柵功率DMOS晶 體管的方法進一步詳細說明。本發明提供的這種製作全自對準條型柵功率DMOS電晶體的方法， 工藝簡單，光刻掩模版少，實現了P-阱注入、N+源注入、P-阱接觸注入的 全自對準。在本實施例中，採用條型柵結構，版圖樣式如圖2所示，圖2 為依照本發明實施例製作全自對準條型柵功率DMOS電晶體版圖的示意 圖。以下結合附圖3，對全自對準條型柵功率DMOS電晶體的製備方法進 一步說明如圖3-l所示，在n+型Si襯底上，進行n-型Si外延層生長，隨後進 行場區氧化，在n-型Si外延層上形成場氧化層。如圖3-2所示，利用第一塊掩模版(場氧刻蝕掩模版)在場氧化層上
進行有源區定義，定義出有源區後，刻蝕掉有源區的場氧化層，然後進行 柵氧化，並澱積多晶矽，隨後對多晶矽進行一次100(TC高溫的磷擴散，形成小於10Q/sq的低電阻率n+型多晶矽。如圖3-3所示，利用第二塊掩模版(多晶矽刻蝕掩模版)，刻蝕摻雜後 的多晶矽及剩餘的場氧化層。如圖3-4所示，對刻蝕後的多晶矽進行硼注入並進行110(TC的高溫推 進，形成P-阱區。如圖3-5所示，對矽片進行砷注入。此步進行砷注入，而不是傳統 DMOS工藝中的磷注入，目的是形成淺結N+源區，同時此步還去除了傳 統DMOS工藝中的N+源掩模版，僅以多晶矽為掩模，對整個矽片進行注 入。如圖3-6所示，澱積一層正矽酸乙酯(TEOS)並反刻形成側牆，以便 於進行下面的P-阱接觸注入。如圖3-7所示，對多晶矽進行卯keV的大能量與2X 1015n/cm2的大劑 量硼注入，大能量使注入的硼離子能透過N+源區，主要分布於N+源下， 大劑量使P-阱區形成高濃度的P+區，有利於形成良好歐姆接觸。如圖3-8所示，澱積鈷膜，67(TC快速退火5秒，使鈷與矽反應生成矽 化物。刻去側牆上未反應的鈷，然後800。C快速退火10秒，使矽化物轉為 16 18u Q.cm的低阻態。因為N+源區為淺源結結構，N+源區的鈷矽化 物穿透源區與下面的P-阱接觸。如圖3-9所示，硼磷矽玻璃澱積並進行95(TC的高溫回流，利用第三 塊掩模版(接觸孔刻蝕掩模版)進行引線孔光刻並刻蝕出引線孔。如圖3-10所示，最後濺射金屬層，並利用第四塊掩模版(金屬刻蝕掩 模版)對金屬層進行光刻與腐蝕。上述實施例中，採用條型柵結構設計，條型柵DMOS是一種新型平 面柵結構的DMOS，它的多晶矽柵呈條狀分布。P-阱、P-阱接觸注入、N+ 源注入均採用自對準工藝，無需增加光刻掩模版，僅需4塊掩模版，工藝 簡單，晶片加工成本降低。同時矽化物工藝的採用可以有效降低柵串聯電 阻，提高功率DMOS電晶體的工作頻率。省去了傳統DMOS工藝中的N+ 源掩模版，僅以多晶矽為掩模；進行砷注入，而不是傳統DMOS工藝中
的磷注入，目的是形成淺結N+源區。省去了傳統DMOS工藝中的P+阱接觸注入模版，以側牆為掩模。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而 己，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效應電晶體的方法，其特徵在於，該方法包括A、在襯底上生長外延，然後進行場區氧化，形成場氧化層；B、刻蝕有源區的場氧化層，進行柵氧化，澱積多晶矽，對澱積的多晶矽進行摻雜；C、對摻雜後的多晶矽進行光刻、刻蝕，硼注入，高溫推進形成P-阱區；D、對多晶矽進行砷注入形成淺源區，然後澱積並反刻形成側牆；E、對多晶矽進行硼注入，並澱積鈷膜，形成鈷的矽化物，利用鈷的矽化物形成P-阱接觸；F、進行硼磷矽玻璃澱積，光刻與刻蝕引線孔；G、金屬濺射並進行光刻與刻蝕。
2、 根據權利要求1所述的製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效 應電晶體的方法，其特徵在於，所述步驟A包括在n+型Si襯底上，進行n-型Si外延層生長，隨後進行場區氧化，在 n-型Si外延層上形成場氧化層。
3、 根據權利要求1所述的製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效 應電晶體的方法，其特徵在於，所述步驟B包括利用場氧刻蝕掩模版在場氧化層上進行有源區定義，定義出有源區 後，刻蝕掉有源區的場氧化層，然後進行柵氧化，並澱積多晶矽，隨後對 多晶矽進行一次100(TC的高溫磷擴散，形成小於10Q/sq的低電阻率n+ 型多晶矽。
4、 根據權利要求1所述的製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效 應電晶體的方法，其特徵在於，所述步驟C包括利用多晶矽刻蝕掩模版，刻蝕摻雜後的多晶矽，然後對刻蝕後的多晶 矽進行硼注入並進行110(TC的高溫推進，形成P-阱區。
5、 根據權利要求1所述的製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效 應電晶體的方法，其特徵在於，步驟D中所述對多晶矽進行砷注入，是以多晶矽為掩模，對整個矽片進行砷注入；步驟D中所述澱積並反刻形成側牆，是澱積一層正矽酸乙酯TEOS， 並對澱積的TEOS進行反刻形成側牆。
6、 根據權利要求1所述的製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效 應電晶體的方法，其特徵在於，所述步驟E包括對多晶矽進行90keV的大能量與2X 1015n/cm2的大劑量硼注入，大能 量使注入的硼離子能透過N+源區，主要分布於N+源下，大劑量使P-阱區形成高濃度的P+區，有利於形成歐姆接觸；然後澱積鈷膜，67(TC快速退火5秒，使鈷與矽反應形成鈷的矽化物， 刻去側牆上未反應的鈷，然後80(TC快速退火10秒，使矽化物轉為16 18 u Q.cm的低阻態；然後利用鈷的矽化物穿透淺源結結構的源區與下面的P-阱形成接觸。
7、 根據權利要求1所述的製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效 應電晶體的方法，其特徵在於，所述步驟F包括進行硼磷矽玻璃澱積，並進行95(TC的高溫回流，利用接觸孔刻蝕掩 模版進行引線孔光刻並刻蝕出引線孔。
8、 根據權利要求1所述的製作全自對準條型柵功率垂直雙擴散場效 應電晶體的方法，其特徵在於，所述步驟G包括濺射金屬層，利用金屬刻蝕掩模版對金屬層進行光刻與腐蝕，形成全 自對準的條型柵功率垂直雙擴散場效應電晶體。
全文摘要
本發明涉及半導體器件及集成電路製造工藝技術領域，公開了一種製作全自對準條型柵功率DMOS電晶體的方法，包括A.在襯底上生長外延，然後進行場區氧化，形成場氧化層；B.刻蝕有源區的場氧化層，進行柵氧化，澱積多晶矽，對澱積的多晶矽進行摻雜；C.對摻雜後的多晶矽進行光刻、刻蝕，硼注入，高溫推進形成P-阱區；D.對多晶矽進行砷注入形成淺源區，然後澱積並反刻形成側牆；E.對多晶矽進行硼注入，並澱積鈷膜，形成鈷的矽化物，利用鈷的矽化物形成P-阱接觸；F.進行硼磷矽玻璃澱積，光刻與刻蝕引線孔；G.金屬濺射並進行光刻與刻蝕。利用本發明，簡化了製作工藝，降低了製作成本，提高了功率DMOS電晶體的工作頻率。
文檔編號H01L21/336GK101399227SQ200710122480
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月26日 優先權日2007年9月26日
發明者王立新 申請人:中國科學院微電子研究所