CN103280409A

CN103280409A - 一种结型场效应晶体管的制造方法

Info

Publication number: CN103280409A
Application number: CN2013101799055A
Authority: CN
Inventors: 李泽宏; 宋文龙; 邹有彪; 宋洵奕; 吴明进; 张金平; 任敏
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China; Institute of Electronic and Information Engineering of Dongguan UESTC
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-09-04

Abstract

一种结型场效应晶体管的制作方法，属于半导体器件领域。传统结型场效应晶体管的制作工艺中，栅源隔离氧化层由于作为扩散工艺的掩蔽层，制作过程中会在隔离氧化层里面引入许多杂质以及缺陷，会降低结型场效应晶体管的抗总剂量辐照效应能力。本发明提供的结型场效应晶体管的制造方法，在接触孔刻蚀之前，采用氢氟酸完全刻蚀掉原有的氧化层，然后重新生长氧化层，这样可以保证重新生成的更加致密、缺陷更少的高质量氧化层，从而提高所制造的结型场效应晶体管的抗总剂量辐照效应能力。此外，本发明无需增加掩膜版，而且只需要在刻蚀接触孔前用氢氟酸刻蚀正面全部氧化层、生长高质量新氧化层，简单易行，尽量降低了新增工艺步骤带来的附加成本。

Description

一种结型场效应晶体管的制造方法

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及半导体器件的制造工艺。

背景技术

结型场效应晶体管（Junction Field Effect Transistor）是一种通过栅电压改变栅区PN结耗尽层的宽度，以达到调制导电沟道横截面积，从而有效控制沟道电流的多子导电场效应半导体器件。结型场效应晶体管由W.B.Shockley在1952年提出可避免表面态影响的，用PN结作栅的体内导电沟道结构，之后经G.C.Dacey和I.M.Ross的发展，成为第一种达到实用化程度的场效应晶体管。

结型场效应晶体管是依靠多数载流子工作的体内导电器件，这使其具有许多优点：没有少子存贮效应，适于高频和高速工作；噪声系数低，适于要求高灵敏度、低噪声的场合，如检测各种微弱信号的医疗器械等；抗辐照能力强，适用于航天器等承受强烈核辐射、宇宙射线辐射的设备中；具有负的电流温度系数（由迁移率决定），可以避免热奔（Thermal runaway）和二次击穿等问题，从而适合制造功率器件。

结型场效应晶体管的制造工序少、工艺相对简单，有利于提高产品合格率、降低成本。同时，其结构多样，诸如：双扩散结构、外延扩散结构、条形栅结构、垂直沟道隐埋栅结构等，这使其提高跨导等性能参数时，可供选择的途径较多，容易获得成功。而且它属于电压控制器件，直流输入阻抗高，驱动电路简单。

鉴于以上的优点，结型场效应晶体管自进入半导体器件领域后，得到广泛的应用，例如：小信号放大器、电流限制器、电压控制电阻器、开关电路、混频器和振荡器等。目前，硅基结型场效应晶体管的工作频率可达到450MHz以上，跨导在3000μS以上。为进一步提升性能，一些国外半导体公司引入SiC取代硅材料，相继推出SiC基结型场效应晶体管产品。

相比于双极型晶体管，结型场效应晶体管具有高抗辐照能力。然而在核电站的核辐射、太空中的宇宙射线等高强度辐照环境下，考虑到应用电路稳定工作的可靠性，结型场效应晶体管的抗辐照能力要求也随之提高。在描述半导体器件的辐射效应时，总是围绕3种主要辐射进行讨论，分别是：中子注量、总剂量、剂量率，其中中子注量是指在给定的时间间隔内进入空间某点为中心小球体的中子数除以球体最大截面积的商，总剂量是指样品在受辐射期间内吸收的累积剂量，剂量率是指样品在单位时间内吸收的剂量。结型场效应晶体管抗辐射能力的界定采用总剂量效应，对应的射线源采用一般用于模拟核爆炸γ累积总剂量对器件和电路产生的电离辐射损伤的钴（⁶⁰Co）γ源。

传统结型场效应晶体管的制造工艺中，栅源隔离氧化层由于作为扩散工艺的掩蔽层，制作过程中会在隔离氧化层里面引入许多杂质以及缺陷，会降低结型场效应晶体管的抗总剂量辐照效应能力。

发明内容

针对传统结型场效应晶体管的制造工艺中，由于栅源隔离氧化层作为扩散工艺的掩蔽层，制作过程中会在隔离氧化层里面引入许多杂质以及缺陷，会降低结型场效应晶体管的抗总剂量辐照效应能力的技术问题，本发明提供一种结型场效应晶体管的制造方法，通过工艺的调整与改善，能够增强所制造的结型场效应晶体管的抗总剂量辐照效应能力。

本发明的技术方案如下：

一种结型场效应晶体管的制造方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：器件材料准备。所述器件材料为P+衬底9，且P+衬底9表面应具有4～6um厚的N^—外延层8；

步骤2：氧化层生长。在N^—外延层8表面生长一层氧化层；

步骤3：隔离区光刻与扩散。采用隔离区光刻版，光刻氧化层，露出需要进行隔离区离子扩散的N^—外延层8，然后采用离子扩散工艺在N^—外延层8中形成P+隔离区7，再在P+隔离区7表面重新生成一层氧化层；

步骤4：栅区光刻与扩散。采用栅区光刻版，光刻氧化层，露出需要进行栅区离子扩散的N^—外延层8，然后采用离子扩散工艺进行栅区离子扩散，形成P^—栅区5，再在P^—栅区5表面重新生成一层氧化层；

步骤5：漏源区光刻与扩散。采用漏源区光刻版，光刻氧化层，露出需要进行漏源区离子扩散的N^—外延层8，然后采用离子扩散工艺进行漏源区离子扩散，分别形成N+源区4和N+漏区5，再在N+源区4和N+漏区5表面重新生成一层氧化层；

步骤6：刻蚀并重新生成氧化层。采用氢氟酸完全刻蚀掉器件正面的氧化层，然后在器件正面重新生成氧化层；

步骤7：包括接触孔刻蚀、金属化在内的后续工艺。

本发明的实质是在刻蚀接触孔前，刻蚀掉器件正面的全部氧化层，然后重新生长氧化层，然后再进行后续工艺。由于总剂量辐照效应会使结型场效应晶体管的栅源隔离氧化层中的SiO₂价键断裂，产生电子空穴对。由于电子在SiO₂的迁移率远大于空穴，所以在氧化层电场作用下，辐射诱生的电子总是做定向运动，最终被扫出氧化层，留下来的空穴被SiO₂中的空穴陷阱俘获，形成正的空间电荷，使氧化层正电荷密度增加，表面缺陷增多。在反向栅源电压作用下（辐射时加偏置电压），由表面缺陷形成的边缘寄生漏电通道增大了栅源漏电流。同时由于寄生漏电的影响，使得栅源击穿电流降低。在传统工艺中，栅源隔离氧化层由于分别作为隔离区扩散、栅区扩散、漏源区扩散的掩蔽层，在氧化层里会引入许多杂质以及缺陷。在电离辐照的影响下，这些氧化层中的大量杂质与缺陷带来更多的如氧化层正电荷的表面缺陷，降低结型场效应晶体管的抗总剂量辐照效应能力。因此，本发明提供的结型场效应晶体管的制造方法，在接触孔刻蚀之前，采用氢氟酸完全刻蚀掉原有的氧化层，然后重新生长氧化层，这样可以保证重新生成的更加致密、缺陷更少的高质量氧化层，从而提高所制造的结型场效应晶体管的抗总剂量辐照效应能力。

需要说明的是：步骤6在刻蚀并重新生成氧化层时，可先采用氢氟酸刻蚀器件正面全部氧化层，然后采用王水（体积比为1∶3的硝酸和盐酸的混合酸）和电子级去离子水（电阻率大于10MΩ·cm的去离子水）顺序冲洗，确保器件正面图形的洁净程度，然后在含有1～10%体积氯化氢气体的空气气氛和850～1100℃炉温的环境下重新生长氧化层。

本发明提供的结型场效应晶体管的制造方法，在接触孔刻蚀之前，采用氢氟酸完全刻蚀掉原有的氧化层，然后重新生长氧化层，这样可以保证重新生成的更加致密、缺陷更少的高质量氧化层，从而提高所制造的结型场效应晶体管的抗总剂量辐照效应能力。此外，本发明无需增加掩膜版，而且只需要在刻蚀接触孔前用氢氟酸刻蚀正面全部氧化层、生长高质量新氧化层，简单易行，尽量降低了新增工艺步骤带来的附加成本。

附图说明

图1是本发明提供的结型场效应晶体管制造方法的工艺流程图。

图2是“隔离区光刻与扩散”工艺后器件的纵向结构图。

图3是“栅区光刻与扩散”工艺后器件的纵向结构图。

图4是“漏源区的光刻与扩散”工艺后器件的纵向结构图。

图5是“高质量新氧化层的生长”工艺后器件的纵向结构图。

图6是“金属化”工艺后器件的纵向结构图，即：完整的器件纵向结构图。

图2至图6中：1为栅极，2为源极，3为漏极，4为N⁺源区，5为P^—栅区，6为N⁺漏区，7为P⁺隔离区，8为N^—外延层，9为P⁺衬底，10为光刻窗口，11为新氧化层。

具体实施方式

现以一种具有隔离区的N型沟道结型场效应晶体管（其结构图如图6所示）的制作工艺为例讲述提出的一种结型场效应晶体管的制作方法，其具体工艺过程如下：400～450um的P⁺型衬底与4～6um的N^—层材料的制备，氧化层的生长，隔离区的光刻，隔离区硼扩散的预沉积，隔离区硼扩散的再分布与二次氧化（对应的结构图如图2所示），栅区的光刻，栅区硼扩散的预沉积，栅区硼扩散的再分布与二次氧化（对应的结构图如图3所示），漏源区的光刻，漏源区磷扩散的预沉积，漏源区磷扩散的再分布与二次氧化（对应的结构图如图4所示），氢氟酸将正面的氧化层全部刻蚀，王水、电子级去离子水顺序的冲洗，高质量新氧化层在含1～10%体积氯化氢气体的空气气氛和850～1100℃炉温的环境下生长（对应的结构图如图5所示），刻蚀接触孔，背面减薄至200～220um，蒸发1～4um的铝层，反刻铝层，500～550℃炉温、700～1000ml/min高纯氮气环境下进行合金（对应的结构图如图6所示），沉积钝化层，钝化层的光刻，300～320℃炉温、500～700ml/min纯氮气环境下进行低温退火。

Claims

1.一种结型场效应晶体管的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：器件材料准备；所述器件材料为P+衬底9，且P+衬底9表面应具有4～6um厚的N^—外延层8；

步骤2：氧化层生长；在N^—外延层8表面生长一层氧化层；

步骤3：隔离区光刻与扩散；采用隔离区光刻版，光刻氧化层，露出需要进行隔离区离子扩散的N^—外延层8，然后采用离子扩散工艺在N^—外延层8中形成P+隔离区7，再在P+隔离区7表面重新生成一层氧化层；

步骤4：栅区光刻与扩散；采用栅区光刻版，光刻氧化层，露出需要进行栅区离子扩散的N^—外延层8，然后采用离子扩散工艺进行栅区离子扩散，形成P^—栅区5，再在P^—栅区5表面重新生成一层氧化层；

步骤5：漏源区光刻与扩散；采用漏源区光刻版，光刻氧化层，露出需要进行漏源区离子扩散的N^—外延层8，然后采用离子扩散工艺进行漏源区离子扩散，分别形成N+源区4和N+漏区5，再在N+源区4和N+漏区5表面重新生成一层氧化层；

步骤6：刻蚀并重新生成氧化层；采用氢氟酸完全刻蚀掉器件正面的氧化层，然后在器件正面重新生成氧化层；

步骤7：包括接触孔刻蚀、金属化在内的后续工艺。

2.根据权利要求1所述的结型场效应晶体管的制造方法，其特征在于，步骤6在刻蚀并重新生成氧化层时，先采用氢氟酸刻蚀器件正面全部氧化层，然后采用王水和电子级去离子水顺序冲洗，确保器件正面图形的洁净程度，然后在含有1～10%体积氯化氢气体的空气气氛和850～1100℃炉温的环境下重新生长氧化层。