CN106486368A - 场效应管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种场效应管的制造方法,先后在外延基片上进行两次多晶硅生长,并将两次生长的多晶硅区用二氧化硅隔离开,其中,第一多晶硅区与栅极和源极对应,第二多晶硅区与齐纳二极管区对应,通过将第一多晶硅区和第二多晶硅区分开制作,并单独调整各自的离子注入参数,将齐纳二极管的多晶硅与栅极多晶硅分开制作,使齐纳二极管的参数可以单独调整,从而可以提高齐纳二极管的性能,和可靠性,使MOSFET的综合性能达到最优。

Description

场效应管的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造技术,尤其涉及一种场效应管的制造方法。
背景技术
金属氧化物半导体型场效应管(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor,简称MOSFET)是电压控制的一种放大器件,是组成数字集成电路的基本单元。随着MOSFET加工技术的发展,器件的栅氧化层越来越薄,对静电放电(ESD)现象的伤害变得更加敏感。
目前,为提高MOSFET的可靠性,一般是在栅极多晶硅制作时,同时在栅极和源极之间制作数组背对背的齐纳二极管,它的击穿电压高于栅极工作电压。当MOSFET器件工作时,总有部分二极管处于反偏状态,不会影响栅极上的电位。当栅极和源极因静电产生瞬间高压时,防护二极管就会发生击穿,形成导电通道泄放静电电流,把栅极电位箝位在比较低的电压,避免栅氧化层的击穿。
但是,场效应管中的齐纳二极管与栅极多晶硅一起制作时,齐纳二极管的参数难以单独调节,性能较差,可靠性较低。
发明内容
本发明提供一种场效应管的制造方法,用于解决现有的场效应管中齐纳二极管与栅极多晶硅一起制作时,二极管的参数难以单独调节,性能较差,可靠性较低的问题。
本发明实施例提供一种场效应管的制造方法,包括:在生长有栅氧化层的外延基片表面形成第一多晶硅区,所述第一多晶硅区包括间隔设置的第一多晶硅段和第二多晶硅段,第一多晶硅段与栅极区对应设置,第二多晶硅段与源极区对应设置;
在形成有所述第一多晶硅区的外延基片上形成阱区;
在所述第一多晶硅区的表面淀积二氧化硅;
在所述二氧化硅表面形成第二多晶硅区,所述第二多晶硅区与二极管区对应设置;
对所述外延基片进行高温驱入;
在所述第一多晶硅区表面进行光刻和源区离子注入;
在所述第二多晶硅区表面进行光刻和离子注入,形成场效应管的齐纳二极管;
在所述第一多晶硅区表面和所述第二多晶硅区表面淀积介质层,并进行回流;
在所述介质层表面进行接触孔光刻、刻蚀、金属淀积、金属反刻形成所述场效应管的源极和删极。如上所述的场效应管的制造方法,在生长有栅氧化层的外延基片表面形成第一多晶硅区,包括:
在所述栅氧化层的表面形成第一多晶硅层;
对所述第一多晶硅层进行掺杂、光刻和刻蚀,形成第一多晶硅区。
如上所述的场效应管的制造方法,所述在所述二氧化硅表面形成第二多晶硅区,包括:
在所述二氧化硅表面形成第二多晶硅层;
对所述第二多晶硅层和所述二氧化硅进行光刻和刻蚀,形成第二多晶硅区。
如上所述的场效应管的制造方法,所述在所述第二多晶硅区表面进行光刻和离子注入,形成场效应管的齐纳二极管,包括:
在所述第二多晶硅区表面进行P区光刻和离子注入,形成齐纳二极管的P极;
在所述第二多晶硅区表面进行N区光刻和离子注入,形成齐纳二极管的N极。
如上所述的场效应管的制造方法,所述场效应管为N型场效应管,所述在形成有所述第一多晶硅区的外延基片上形成阱区,包括:
在形成有所述第一多晶硅区的外延基片上注入P型离子;
对所述第一多晶硅区进行光刻和P+离子注入,形成阱区。
如上所述的场效应管的制造方法,所述源区离子为N型离子,所述源区离子注入能量为80千电子伏特~120千电子伏特。
如上所述的场效应管的制造方法,所述在所述第二多晶硅区表面进行P区光刻和离子注入,包括:
在所述第二多晶硅区表面进行P区光刻,注入浓度在1E13个/平方厘米至1E14个/平方厘米之间的P型离子。
如上所述的场效应管的制造方法,所述在所述第二多晶硅区表面进行N区光刻和离子注入,包括:
在所述第二多晶硅区表面进行N区光刻,注入浓度在1E14个/平方厘米至1E15个/平方厘米之间的N型离子。
如上所述的场效应管的制造方法,所述P型离子注入能量为80千电子伏特~120千电子伏特。
本发明提供的场效应管的制造方法,先后在外延基片上进行两次多晶硅生长,并将两次生长的多晶硅区用二氧化硅隔离开,其中,第一多晶硅区与栅极和源极对应,第二多晶硅区与齐纳二极管区对应,通过将第一多晶硅区和第二多晶硅区分开制作,并单独调整各自的离子注入参数,将齐纳二极管的多晶硅与栅极多晶硅分开制作,使齐纳二极管的参数可以单独调整,从而可以提高齐纳二极管的性能,和可靠性,使MOSFET的综合性能达到最优。
附图说明
图1为本发明实施例提供的场效应管的制造方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中生成栅氧化层的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成第一多晶硅层的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成第一多晶硅区的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成P型阱区的结构示意图;
图6本为发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成P+型阱区的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中淀积二氧化硅的结构示意图;
图8为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成第二多晶硅层的结构示意图;
图9为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成第二多晶硅区的结构示意图;
图10为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中高温驱入后各层的结构示意图;
图11为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中进行源极区离子注入的结构示意图;
图12为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成齐纳二极管P极的结构示意图;
图13为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成齐纳二极管N极的结构示意图;
图14为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成介质层的结构示意图;
图15为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成的MOSFET的结构示意图。
附图标记:
1-栅氧化层; 2-外延基片; 21-外延层;
22-衬底 3-第一多晶硅区; 31-第一多晶硅段;
32-第二多晶硅段; 4-阱区; 5-二氧化硅;
6-第二多晶硅区; 61-第二多晶硅层; 7-介质层;
7-介质层; 8-接触孔; 9-栅极;
10-源极 11-漏极。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的场效应管的制造方法的流程图。如图1所示,本实施例提供的场效应管的制造方法可以包括:
S100,在生长有栅氧化层1的外延基片2表面形成第一多晶硅区3,所述第一多晶硅区3包括间隔设置的第一多晶硅段31和第二多晶硅段32,第一多晶硅段31与栅极区对应设置,第二多晶硅段32与源极区对应设置。
其中,对于N型MOSFET,本实施例中的栅氧化层生长在N型外延基片上;对于P型MOSFET,本实施例中的栅氧化层生长在P型外延基片上。为方便说明,本实施例统一以N型MOSFET为例进行说明。
图2为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中生成栅氧化层的结构示意图。如图2所示,栅氧化层1生长在N型外延基片2上,具体的,外延基片2包括外延层21和衬底22。栅氧化层1的材料可以为二氧化硅,可采用现有技术中常用的技术手段来实现,栅氧化层1的形成温度可以为900℃至1100℃,其厚度可以为0.05微米至0.2微米。
具体的,上述S100,具体包括:
在所述栅氧化层的表面形成第一多晶硅层;
对所述第一多晶硅层进行掺杂、光刻和刻蚀,形成第一多晶硅区。
图3为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成第一多晶硅层的结构示意图,图4为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成第一多晶硅区的结构示意图。如图3、4所示,首先在在栅氧化层1的表面淀积第一多晶硅层,具体的,可采用气相沉淀法先在栅氧化层1的表面形成整体的第一多晶硅层,第一多晶硅层的形成温度可以为500℃至700℃,厚度为0.3微米至0.8微米。然后对第一多晶硅层进行掺杂、光刻和刻蚀,形成第一多晶硅区,其中,将第一多晶硅层进行掺杂处理,是为了将第一多晶硅层由高阻状态变为低阻状态,使其可以导电,然后再对掺杂后的第一多晶硅层进行光刻和刻蚀,形成第一多晶硅区3,该第一多晶硅区3包括间隔设置的第一多晶硅段31和第二多晶硅段32,且第一多晶硅区3上有光阻掩膜PR。
S101,在形成有所述第一多晶硅区3的外延基片2上形成阱区4。
具体的,S101包括:
在形成有所述第一多晶硅区的外延基片上注入P型离子,形成P型阱区;
对所述第一多晶硅区进行光刻和P+离子注入,形成P+型阱区。
图5为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成P型阱区的结构示意图。图6本为发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成P+型阱区的结构示意图。如图5、6所示首先向形成有所述第一多晶硅区3的外延基片2上注入P区离子如图5所示,然后在第一多晶硅区3上涂上光阻(PR),经过曝光后形成图形,从而对第一多晶硅区3进行保护,而向第一多晶硅区3之外的外延基片上再注入P+型离子如图6所示,以形成阱区4。
S102,在所述第一多晶硅区3的表面淀积二氧化硅5。
图7为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中淀积二氧化硅的结构示意图。
S103,在所述二氧化硅5表面形成第二多晶硅区6,所述第二多晶硅区与二极管区对应设置。
具体的,S103具体包括:
在所述二氧化硅表面形成第二多晶硅层61;
对所述第二多晶硅层61和所述二氧化硅5进行光刻和刻蚀,形成第二多晶硅区6。
其中,图8为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成第二多晶硅层的结构示意图。图9为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成第二多晶硅区的结构示意图。
如图8、9所示,首先在二氧化硅表面淀积第二多晶硅层61,然后对第二多晶硅层和二氧化硅进行光刻和刻蚀,形成第二多晶硅区6。从图9可以看出,二氧化硅层可以将第一多晶硅区和第二多晶硅区隔离,从而使得齐纳二极管的多晶硅区与栅极多晶硅区隔离,由于第二多晶硅区与第一多晶硅区分别制作,从而第二多晶硅区的参数可以根据MOSFET的击穿特性单独调制,从而可以提高齐纳二极管的可靠性。
S104,对所述外延基片进行高温驱入。
图10为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中高温驱入后各层的结构示意图。
S105,在所述第一多晶硅区3表面进行光刻和源区离子注入。
其中,源区离子为N型离子,比如为砷离子或者磷离子,所述源区离子注入能量为80千电子伏特~120千电子伏特,注入浓度可以为1E15个/平方厘米。图11为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中进行源极区离子注入的结构示意图。
S106,在所述第二多晶硅区6表面进行光刻和离子注入,形成场效应管的齐纳二极管。
具体的,上述S106,包括:
在所述第二多晶硅区表面进行P区光刻和离子注入,形成齐纳二极管的P极;
在所述第二多晶硅区表面进行N区光刻和离子注入,形成齐纳二极管的N极。
其中,图12为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成齐纳二极管P极的结构示意图。图13为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成齐纳二极管N极的结构示意图。如图12所示,首先在所述第二多晶硅区表面进行P区光刻,然后进行P型离子注入,注入浓度在1E13个/平方厘米至1E14个/平方厘米之间,注入能量为80千电子伏特~120千电子伏特。然后,再在所述第二多晶硅区表面进行N区光刻,注入浓度在1E14个/平方厘米至1E15个/平方厘米之间的N型离子,注入能量为80千电子伏特~120千电子伏特。
S107,在所述第一多晶硅区表面3和所述第二多晶硅区6表面淀积介质层7,并进行回流。
图14为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成介质层的结构示意图。
具体的,可在栅氧化层1的表面、第一多晶硅区表面3和第二多晶硅区6表面整个形成介质层7。介质层7是绝缘的。然后通过回流工艺,使介质层平坦化,并且对源区、二极管区等注入的杂质进行激活。
S108,在所述介质层表面进行接触孔光刻、刻蚀、金属淀积、金属反刻形成所述场效应管的源极和删极。
图15为本发明实施例提供的N型MOSFET的制造方法中形成的MOSFET的结构示意图。
具体的,在对介质层进行了回流后,对第一多晶硅段31表面的介质层7、以及栅氧化层1进行刻蚀,以形成接触孔。具体可在介质层7的表面涂覆一层光刻胶,然后采用曝光显影技术将第一多晶硅段31表面的介质层7和栅氧化层1去除,且将第二多晶硅段32与第二多晶硅区间的介质层7和栅氧化层1去除,使得去除介质层7和栅氧化层1的部分形成接触孔8。
之后,可采用物理气相沉积法在外延基片的表面沉积金属,金属层可以是由金属铝、硅以及金属铜的合金,并通过光刻技术形成金属电极栅极9和金属电极源极10。
另外,本领域技术人员可以理解的,还可以在衬底的表面形成MOSFET的金属电极漏极11,背面金属电极可以为钛镍银复合层。
本实施例提供的MOSFET的制造方法,先后在外延基片上进行两次多晶硅生长,并将两次生长的多晶硅区用二氧化硅隔离开,其中,第一多晶硅区与栅极和源极对应,第二多晶硅区与齐纳二极管区对应,通过将第一多晶硅区和第二多晶硅区分开制作,并单独调整各自的离子注入参数,将齐纳二极管的多晶硅与栅极多晶硅分开制作,使齐纳二极管的参数可以单独调整,从而可以提高齐纳二极管的性能,和可靠性,使MOSFET的综合性能达到最优。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种场效应管的制造方法,其特征在于,包括:
在生长有栅氧化层的外延基片表面形成第一多晶硅区,所述第一多晶硅区包括间隔设置的第一多晶硅段和第二多晶硅段,第一多晶硅段与栅极区对应设置,第二多晶硅段与源极区对应设置;
在形成有所述第一多晶硅区的外延基片上形成阱区;
在所述第一多晶硅区的表面淀积二氧化硅;
在所述二氧化硅表面形成第二多晶硅区,所述第二多晶硅区与二极管区对应设置;
对所述外延基片进行高温驱入;
在所述第一多晶硅区表面进行光刻和源区离子注入;
在所述第二多晶硅区表面进行光刻和离子注入,形成场效应管的齐纳二极管;
在所述第一多晶硅区表面和所述第二多晶硅区表面淀积介质层,并进行回流;
在所述介质层表面进行接触孔光刻、刻蚀、金属淀积、金属反刻形成所述场效应管的源极和删极。
2.根据权利要求1所述的场效应管的制造方法,其特征在于,在生长有栅氧化层的外延基片表面形成第一多晶硅区,包括:
在所述栅氧化层的表面形成第一多晶硅层;
对所述第一多晶硅层进行掺杂、光刻和刻蚀,形成第一多晶硅区。
3.根据权利要求1所述的场效应管的制造方法,其特征在于,所述在所述二氧化硅表面形成第二多晶硅区,包括:
在所述二氧化硅表面形成第二多晶硅层;
对所述第二多晶硅层和所述二氧化硅进行光刻和刻蚀,形成第二多晶硅区。
4.根据权利要求1所述的场效应管的制造方法,其特征在于,所述在所述第二多晶硅区表面进行光刻和离子注入,形成场效应管的齐纳二极管,包括:
在所述第二多晶硅区表面进行P区光刻和离子注入,形成齐纳二极管的P极;
在所述第二多晶硅区表面进行N区光刻和离子注入,形成齐纳二极管的N极。
5.根据权利要求1-4任一所述的场效应管的制造方法,其特征在于,所述场效应管为N型场效应管,所述在形成有所述第一多晶硅区的外延基片上形成阱区,包括:
在形成有所述第一多晶硅区的外延基片上注入P型离子;
对所述第一多晶硅区进行光刻和P+离子注入,形成阱区。
6.根据权利要求5所述的场效应管的制造方法,其特征在于,所述源区离子为N型离子,所述源区离子注入能量为80千电子伏特~120千电子伏特。
7.根据权利要求5所述的场效应管的制造方法,其特征在于,所述在所述第二多晶硅区表面进行P区光刻和离子注入,包括:
在所述第二多晶硅区表面进行P区光刻,注入浓度在1E13个/平方厘米至1E14个/平方厘米之间的P型离子。
8.根据权利要求7所述的场效应管的制造方法,其特征在于,所述在所述第二多晶硅区表面进行N区光刻和离子注入,包括:
在所述第二多晶硅区表面进行N区光刻,注入浓度在1E14个/平方厘米至1E15个/平方厘米之间的N型离子。
9.根据权利要求7或8所述的场效应管的制造方法,其特征在于,所述P型离子注入能量为80千电子伏特~120千电子伏特。
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