CN106206300A - 垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管及加工方法，该垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管包括：自下而上依次设置的衬底、外延层、栅极氧化层、多晶栅极和金属层，其中金属层和多晶栅极之间设置有介质层，外延层内形成有体区，体区内部还形成有间隔的源区，且穿透介质层、栅极氧化层和多晶栅极的所在层形成过孔，金属层贯穿过孔与源区连接，其中，金属层包括延伸至体区内部且相互分离的第一部分和第二部分，且第一部分与一源区连接，第二部分与另一源区连接。本发明的方案，采用多个沟槽填充金属的方式，增大了源区和体区的接触面积，大大提升了器件的单脉冲雪崩能量。

Description

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管及加工方法

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造领域，尤其涉及垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管及加工方法。

背景技术

平面垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)有一个非常重要的参数，单脉冲雪崩能量(EAS)，定义为单次雪崩状态下器件能够消耗的最大能量。在源极和漏极会产生较大电压尖峰的应用环境下，必须要考虑器件的雪崩能量。EAS能力也是衡量VDMOS器件的一个非常重要的参数。

一般器件的EAS失效有两种模式，热损坏和寄生三极管导通损坏。寄生三极管导通损坏是指器件本身存在一个寄生的三极管，即在外延层、体区、源区之间构成的寄生三极管。当器件关断时，源漏间的反向电流流经体区时，产生压降，如果此压降大于寄生三极管的开启电压，则此反向电流会因为三极管的放大作用将寄生三极管导通，导致失控，此时，栅极电压已不能关断VDMOS。

从原理上来说，为防止失效产生，关键是防止寄生的三极管导通，则必须要减小体区电阻或者增大源区和体区的短接面积。然而，目前的制作方法中，由于源区位于多晶栅极之间，源区和体区的接触面积受到限制，很难做的很大，因此给器件的EAS能力提升带来了很大的困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管及加工方法，采用多个沟槽填充金属方式，使得源区和体区的接触面积不受多晶栅极之间面积的影响，大大提升器件的EAS能力。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提供了一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，包括：

自下而上依次设置的衬底、外延层、栅极氧化层、多晶栅极和金属层，其中所述金属层和所述多晶栅极之间设置有介质层，所述外延层内形成有体区，所述体区内部还形成有间隔的源区，且穿透所述介质层、所述栅极氧化层和所述多晶栅极的所在层形成过孔，所述金属层贯穿所述过孔与所述源区连接，其特征在于，所述金属层包括延伸至所述体区内部且相互分离的第一部分和第二部分，且所述第一部分与一源区连接，所述第二部分与另一源区连接。

其中，所述第一部分和所述第二部分的深度均大于所述源区的深度，且小于所述体区的深度。

其中，所述衬底为N型衬底，所述外延层为N型外延层，所述体区为P型体区，所述源区为N型源区，或所述衬底为P型衬底，所述外延层为P型外延层，所述体区为N型体区，所述源区为P型源区。

其中，所述介质层为掺杂有预设浓度的硼和预设浓度的磷的二氧化硅层。

依据本发明的另一个方面，还提供了一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法，包括生成VDMOS器件的衬底以及衬底上依次生成外延层、体区、栅极氧化层、多晶栅极、源区以及介质层的步骤，其中，所述体区的上方，贯穿所述介质层、所述栅极氧化层、所述多晶栅极的所在层形成有过孔，使体区内的部分源区露出，其中，在形成所述介质层之后所述加工方法还包括步骤：

在所述体区内刻蚀形成与所述过孔连通的第一沟槽和第二沟槽，其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述体区内相分离，且所述第一沟槽与其中一个所述源区连接，所述第二沟槽与另一个所述源区连接；

在所述介质层的上方、所述过孔内、所述第一沟槽和第二沟槽中填充金属，形成金属层。

其中，所述依次生成外延层、体区、栅极氧化层、多晶栅极、源区以及介质层的步骤，具体包括：

在所述衬底表面生长外延层；

在所述外延层内形成体区；

在所述外延层和所述体区表面生长栅极氧化层；

在所述栅极氧化层上，所述体区之间和两侧形成多晶栅极；

在所述多晶栅极之间，进行光刻，并在光刻胶和所述多晶栅极之间进行源极注入，形成位于所述体区内且相间隔的源区；

去除所述光刻胶，并在所述多晶栅极和所述栅极氧化层表面进行介质层淀积，形成介质层；

在所述多晶栅极之间，对所述介质层的预定区域和所述栅极氧化层的预定区域进行过孔刻蚀，形成位于所述体区上方，贯穿所述介质层、所述栅极氧化层、所述多晶栅极的所在层的过孔。

其中，所述在所述体区内刻蚀形成与所述过孔连通的第一沟槽和第二沟槽，具体为：

对所述体区通过过孔露出的预定区域部分进行光刻和刻蚀，形成与所述过孔连通的第一沟槽和第二沟槽；

去除预定区域部分的光刻胶。

其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽的深度均大于所述源区的深度，且小区所述体区的深度。

其中，所述衬底为N型衬底，所述外延层为N型外延层，所述体区为P型体区，所述源区为N型源区，或所述衬底为P型衬底，所述外延层为P型外延层，所述体区为N型体区，所述源区为P型源区。

其中，所述介质层为掺杂有预设浓度的硼和预设浓度的磷的二氧化硅层。

本发明的有益效果是：

本发明的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，将金属层延伸至体区内部，且包括与体区内的一个源区相连接的第一部分和与另一个源区相连接的第二部分，且第一部分和第二部分相互分隔。因此，本发明的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，相对现有技术而言，使得源区和体区的接触面积不受多晶栅极之间面积的影响，从而通过增大源区与体区的接触面积而提升器件的EAS能力。

附图说明

图1表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的结构示意图；

图2表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法流程示意图；

图3表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法实现示意图之一；

图4表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法实现示意图之二；

图5表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法实现示意图之三；

图6表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法实现示意图之四；

图7表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法实现示意图之五；

图8表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法实现示意图之六；

图9表示本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法实现示意图之七。

其中图中：1、衬底；2、外延层；3、栅极氧化层；4、多晶栅极；5、金属层；6、介质层；7、体区；8、源区；9、过孔；501、第一部分；502、第二部分；10、第一沟槽；11、第二沟槽；12、光刻胶。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

依据本发明实施例的一个方面，提供了一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，如图1所示，该垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管包括：

自下而上依次设置的衬底1、外延层2、栅极氧化层3、多晶栅极4和金属层5，其中所述金属层5和所述多晶栅极4之间设置有介质层6，所述外延层2内形成有体区7，所述体区7内部还形成有间隔的源区8，且穿透所述介质层6、所述栅极氧化层3和所述多晶栅极4的所在层形成过孔9，所述金属层5贯穿所述过孔9与所述源区8连接，其中，所述金属层5包括延伸至所述体区7内部且相互分离的第一部分501和第二部分502，且所述第一部分501与一源区8连接，所述第二部分502与另一源区8连接。

本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，将金属层5延伸至体区7内，增加与体区7内的一个源区8相连接的第一部分501，和与另一个源区8相连接的第二部分502，使得源区8和体区7不仅在多晶栅极4之间的表面通过金属层5短接，在纵向也会有大量的短接面积，且通过第一部分501和第二部分502实现短接，接触效果更好，因此寄生的三极管更加不容易导通，提升了器件的EAS能力。

在本发明的另一个实施例中，如图1所示，所述第一部分501和所述第二部分502的深度均大于所述源区8的深度，且小于所述体区7的深度。将金属层5延伸至体区7内的第一部分501和第二部分502的深度设置为均大于源区8的深度，使得源区8与体区7之间在纵向的的短接面积更大，对于提升器件的EAS能力，可达到更佳的效果。

在本发明的另一个实施例中，所述衬底1为N型衬底，所述外延层2为N型外延层，所述体区7为P型体区，所述源区8为N型源区，或所述衬底1为P型衬底，所述外延层2为P型外延层，所述体区7为N型体区，所述源区8为P型源区。因此，NPN型的VDMOS器件和PNP型的VDMOS器件均可采用多个沟槽填充金属方式，使得源区8和体区7的接触面积不受多晶栅极4之间面积的影响，从而大大提升器件的EAS能力。

在本发明的另一个实施例中，所述介质层6为掺杂有预设浓度的硼和预设浓度的磷的二氧化硅层。

实施例二

依据本发明实施例的另一个方面，还提供给了一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法，如图2所示，该方法包括：

步骤S21、生成VDMOS器件的衬底1以及衬底1上依次生成外延层2、体区7、栅极氧化层3、多晶栅极4、源区8以及介质层6。

通过步骤S21可形成如图7所示的结构，其中，所述体区7的上方，贯穿所述介质层6、所述栅极氧化层3、所述多晶栅极4的所在层形成有过孔9，使体区7内的部分源区8露出。

可选地，所述依次生成外延层2、体区7、栅极氧化层3、多晶栅极4、源区8以及介质层6，具体包括：

在所述衬底1表面生长外延层2；

在所述外延层2内形成体区7；

在所述外延层2和所述体区7表面生长栅极氧化层3；

在所述栅极氧化层3上，所述体区7之间和两侧形成多晶栅极4；

在所述多晶栅极4之间，进行光刻，并在光刻胶12和所述多晶栅极4之间进行源极注入，形成位于所述体区7内且相间隔的源区8；

去除所述光刻胶12，并在所述多晶栅极4和所述栅极氧化层3表面进行介质层淀积，形成介质层6；

在所述多晶栅极4之间，对所述介质层6的预定区域和所述栅极氧化层3的预定区域进行过孔刻蚀，形成位于所述体区7上方，贯穿所述介质层6、所述栅极氧化层3、所述多晶栅极4的所在层的过孔9。

步骤S23、在所述体区7内刻蚀形成与所述过孔9连通的第一沟槽10和第二沟槽11。

其中，所述第一沟槽10和所述第二沟槽11在所述体区7内相分离，且所述第一沟槽10与其中一个所述源区8连接，所述第二沟槽11与另一个所述源区8连接。

可选地，步骤S23具体包括：

对所述体区7通过过孔9露出的预定区域部分进行光刻和刻蚀，形成与所述过孔9连通的第一沟槽10和第二沟槽11；

去除预定区域部分的光刻胶12。

步骤S25、在所述介质层6的上方、所述过孔9内、所述第一沟槽10和第二沟槽11中填充金属，形成金属层5。

其中，所述第一沟槽10和所述第二沟槽11的深度均大于所述源区8的深度，且小于所述体区7的深度，使得在第一沟槽10和第二沟槽11内添加金属之后，增加了源区8与体区7之间在纵向的的短接面积，从而提升了VDMOS器件的EAS能力。

可选地，所述衬底1为N型衬底，所述外延层2为N型外延层，所述体区7为P型体区，所述源区8为N型源区，或所述衬底1为P型衬底，所述外延层2为P型外延层，所述体区7为N型体区，所述源区8为P型源区。

可选地，所述介质层6为掺杂有预设浓度的硼和预设浓度的磷的二氧化硅层。

下面对本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法具体实施例举例说明如下。

如图3所示，首先，在所述衬底1表面生长外延层2；接着在所述外延层2内形成体区7；接着在所述外延层2和所述体区7表面生长栅极氧化层3；接着在所述栅极氧化层3上，所述体区7之间和两侧形成多晶栅极4；

如图4所示，然后，在所述多晶栅极4之间，进行光刻，并在光刻胶12和所述多晶栅极4之间进行源极注入，形成位于所述体区7内且相间隔的源区8；其中，通常源区8光刻胶12的形状如图5所示。

如图6所示，再次，去除所述光刻胶12，并在所述多晶栅极4和所述栅极氧化层3表面进行介质层淀积，形成介质层6；

如图7所示，在所述多晶栅极4之间，对所述介质层6的预定区域和所述栅极氧化层3的预定区域进行过孔刻蚀，形成位于所述体区7上方，贯穿所述介质层6、所述栅极氧化层3、所述多晶栅极4的所在层的过孔9；

如图8所示，对所述体区7通过过孔9露出的预定区域部分进行光刻和刻蚀，形成与所述过孔9连通的第一沟槽10和第二沟槽11，接着去除预定区域部分的光刻胶12；其中，本步骤完成后，形成的结构俯视图如图9所示；

如图1所示，在所述介质层6的上方、所述过孔9内、所述第一沟槽10和第二沟槽11中填充金属，形成金属层5。

至此，完成了VDMOS器件的制作，得到如图1所述的VDMOS器件。

本发明实施例的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法，通过采用多沟槽填充金属的方式，使得源区8和体区7不仅在多晶栅极4之间的表面短接，在纵向也会有大量的短接面积，接触效果更好，寄生的三极管更加不容易导通，提升了器件的EAS能力。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，包括自下而上依次设置的衬底、外延层、栅极氧化层、多晶栅极和金属层，其中所述金属层和所述多晶栅极之间设置有介质层，所述外延层内形成有体区，所述体区内部还形成有间隔的源区，且穿透所述介质层、所述栅极氧化层和所述多晶栅极的所在层形成过孔，所述金属层贯穿所述过孔与所述源区连接，其特征在于，所述金属层包括延伸至所述体区内部且相互分离的第一部分和第二部分，且所述第一部分与一源区连接，所述第二部分与另一源区连接。

2.如权利要求1所述的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分的深度均大于所述源区的深度，且小于所述体区的深度。

3.如权利要求1所述的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述衬底为N型衬底，所述外延层为N型外延层，所述体区为P型体区，所述源区为N型源区，或所述衬底为P型衬底，所述外延层为P型外延层，所述体区为N型体区，所述源区为P型源区。

4.如权利要求1所述的垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述介质层为掺杂有预设浓度的硼和预设浓度的磷的二氧化硅层。

5.一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的加工方法，包括生成垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管VDMOS器件的衬底以及衬底上依次生成外延层、体区、栅极氧化层、多晶栅极、源区以及介质层的步骤，其中所述体区的上方，贯穿所述介质层、所述栅极氧化层、所述多晶栅极的所在层形成有过孔，使体区内的部分源区露出，其特征在于，在形成所述介质层之后所述加工方法还包括步骤：

在所述体区内刻蚀形成与所述过孔连通的第一沟槽和第二沟槽，其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述体区内相分离，且所述第一沟槽与其中一个所述源区连接，所述第二沟槽与另一个所述源区连接；

在所述介质层的上方、所述过孔内、所述第一沟槽和第二沟槽中填充金属，形成金属层。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述依次生成外延层、体区、栅极氧化层、多晶栅极、源区以及介质层的步骤，具体包括：

在所述衬底表面生长外延层；

在所述外延层内形成体区；

在所述外延层和所述体区表面生长栅极氧化层；

在所述栅极氧化层上，所述体区之间和两侧形成多晶栅极；

在所述多晶栅极之间，进行光刻，并在光刻胶和所述多晶栅极之间进行源极注入，形成位于所述体区内且相间隔的源区；

去除所述光刻胶，并在所述多晶栅极和所述栅极氧化层表面进行介质层淀积，形成介质层；

在所述多晶栅极之间，对所述介质层的预定区域和所述栅极氧化层的预定区域进行过孔刻蚀，形成位于所述体区上方，贯穿所述介质层、所述栅极氧化层、所述多晶栅极的所在层的过孔。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述体区内刻蚀形成与所述过孔连通的第一沟槽和第二沟槽，具体为：

对所述体区通过过孔露出的预定区域部分进行光刻和刻蚀，形成与所述过孔连通的第一沟槽和第二沟槽；

去除预定区域部分的光刻胶。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一沟槽和所述第二沟槽的深度均大于所述源区的深度，且小于所述体区的深度。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述衬底为N型衬底，所述外延层为N型外延层，所述体区为P型体区，所述源区为N型源区，或所述衬底为P型衬底，所述外延层为P型外延层，所述体区为N型体区，所述源区为P型源区。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述介质层为掺杂有预设浓度的硼和预设浓度的磷的二氧化硅层。