CN108807184B - 具有超级结结构的场效应晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有超级结结构的场效应晶体管及其制造方法，属于半导体技术领域。采用了该发明的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法，其在P柱槽的底部及侧边注入硼；再注入多晶硅；去除多余的多晶硅后高温退火，将硼扩散到所述的多晶硅内形成P柱，实现电荷平衡效果，由此代替传统的外延生长工艺，无需外延生长设备，简化生产工艺，降低生产成本，且本发明的实现方式简便，应用范围也相当广泛。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及场效应晶体管制造技术领域，具体是指一种具有超级结结构的场效应晶体管及其制造方法。
背景技术
随着电子信息技术的迅速发展，特别是像时尚消费电子和便携式产品的快速发展，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等功率器件的需求量越来越大，MOSFET主要分为横向和纵向两种，横向MOSFET的明显优势是其较好的集成性，可以更容易集成到现有技术的工艺平台上，但由于其耐压的漂移区在表面展开，显示出了其最大的不足，占用的面积较大，面积代表成本，耐压越高的器件，劣势越明显，而纵向MOSFET很好的避免了这一问题，因此，超高压的分立器件仍然以纵向为主。
然而，随着应用电压的不断增大，导通电阻相对于击穿电压呈现2.5次方指数增大，导通电阻大小就决定承受电流能力的大小，进而决定了器件的面积，从而影响成本。在不改变衬底材料的情况下，超结的出现改变了这个关系，超结的击穿电压和导通电阻几乎成线性关系，因此超结优势非常明显。超结利用了电荷平衡的概念可以将外延(EPI)做到较高浓度，有效降低了导通电阻。传统的超结做法包括以下流程：
如图1所示，在N+衬底上长好N-EPI；
如图2所示，刻蚀P柱槽；
如图3所示，P柱槽表面缺陷修复；
如图4所示，去除hard mask和槽内氧化层；
如图5所示，沿槽壁生长P-EPI；
如图6所示，CMP研磨去除多余的P-EPI；
后续经过Poly Gate，P-body，N+，Contact和后段工艺完成器件的最终结构如图7所示。
其中，图5所示的生长外延(P-type)填满P柱槽的做法要求有生长外延的专门设备，外延生长的成本很高。因此，如何提供一种新型的，无需外延生长设备，从而简化生产流程，降低成本的具有超结的MOSFET生产工艺就成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种采用多晶硅填充加扩散代替传统成本较高的外延生长工艺以形成具有超级结结构的场效应晶体管的方法。
为了实现上述的目的，本发明的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法包括以下步骤：
(1)在衬底上形成P柱槽；
(2)在所述的P柱槽的底部及侧边注入硼；
(3)去除硬膜和所述P柱槽的槽内氧化层；
(4)在所述的P柱槽内注入多晶硅；
(5)研磨去除多余的多晶硅；
(6)高温退火，将所述的硼扩散到所述的多晶硅内形成P柱；
(7)后续工艺，形成具有超级结结构的场效应晶体管。
该具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)在N+衬底上生长N-外延层；
(12)在所述的N-外延层内刻蚀形成P柱槽；
(13)修复所述的P柱槽的表面缺陷。
该具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(21)第一次硼注入，将硼沿垂直方向注入到所述的P柱槽的底部；
(22)第二次硼注入，将硼沿倾角方向注入到所述的P柱槽的侧边。
该具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法中，所述的步骤(5)具体为：
利用化学机械研磨技术去除器件顶部多余的多晶硅。
该具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法中，所述的步骤(7)具体包括以下步骤：
(71)在器件顶部形成多晶硅栅极；
(72)在所述的P柱槽顶部及所述的N-外延层顶部进行P-body注入，形成P-body区；
(73)在所述的P-body区顶部进行N+注入；
(74)利用后段工艺，金属连线在器件顶部形成源极。
本发明还提供利用上述制造方法制成的具有超级结结构的场效应晶体管。
采用了该发明的具有超级结结构的场效应晶体管及其制造方法，其在P柱槽的底部及侧边注入硼；再注入多晶硅；去除多余的多晶硅后高温退火，将硼扩散到所述的多晶硅内形成P柱，实现电荷平衡效果，由此代替传统的外延生长工艺，无需外延生长设备，简化生产工艺，降低生产成本，且本发明的实现方式简便，应用范围也相当广泛。
附图说明
图1为现有技术中在N+衬底上生长N-EPI的工艺示意图。
图2为现有技术中刻蚀P柱槽的工艺示意图。
图3为现有技术中P柱槽表面缺陷修复工艺示意图。
图4为现有技术中去除hard mask和槽内氧化层的工艺示意图。
图5为现有技术中沿槽壁生长P-EPI的工艺示意图。
图6为现有技术中CMP研磨去除多余的P-EPI的工艺示意图。
图7为利用现有技术制成的具有超结的MOSFET器件结构示意图。
图8为本发明的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法的流程示意图。
图9为本发明的场效应晶体管的制造方法中第一次硼注入的工艺示意图。
图10为本发明的场效应晶体管的制造方法中第二次硼注入的工艺示意图。
图11为本发明的场效应晶体管的制造方法中去除硬膜和槽内氧化层的工艺示意图。
图12为本发明的场效应晶体管的制造方法中在P柱槽内注入多晶硅的工艺示意图。
图13为本发明的场效应晶体管的制造方法中研磨去除多余的多晶硅的工艺示意图。
图14为本发明的场效应晶体管的制造方法中将硼扩散到多晶硅内形成P柱的工艺示意图。
图15利用本发明的方法制成的场效应晶体管的器件结构示意图。
图16为本发明的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法传统制造方法流程对比示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图8示，为本发明的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法的流程示意图。
在一种实施方式中，该具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法包括以下步骤：
(1)如图1至图3所示，在衬底上形成P柱槽；
(2)如图9及图10所示，在所述的P柱槽的底部及侧边注入硼；
(3)如图11所示，去除硬膜和所述P柱槽的槽内氧化层；
(4)如图12所示，在所述的P柱槽内注入多晶硅；
(5)如图13所示，研磨去除多余的多晶硅；
(6)如图14所示，高温退火，将所述的硼扩散到所述的多晶硅内形成P柱；
(7)后续工艺，形成如图15所示的具有超级结结构的场效应晶体管。
在一种较优选的实施方式中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)如图1所示，在N+衬底上生长N-外延层；
(12)如图2所示，在所述的N-外延层内刻蚀形成P柱槽；
(13)如图3所示，修复所述的P柱槽的表面缺陷。
在更优选的实施方式中，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(21)如图9所示，第一次硼注入，将硼沿垂直方向注入到所述的P柱槽的底部；
(22)如图10所示，第二次硼注入，将硼沿倾角方向注入到所述的P柱槽的侧边。
在另一种较优选的实施方式中，所述的步骤(5)具体为：
利用化学机械研磨(CMP)技术去除器件顶部多余的多晶硅。
在又一种较优选的实施方式中，所述的步骤(7)具体包括以下步骤：
(71)在器件顶部形成多晶硅栅极；
(72)在所述的P柱槽顶部及所述的N-外延层顶部进行P-body注入，形成P-body区；
(73)在所述的P-body区顶部进行N+注入；
(74)利用后段工艺，金属连线在器件顶部形成源极。
本发明还提供一种利用上述制造方法制成的具有超级结结构的场效应晶体管。
在实际应用中，本发明的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法的流程与传统的制造方法对比如图16所示。
本发明的方法在形成P柱槽后，分两次注入硼，第一次垂直注入到P柱槽底部，第二次带角度注入到P柱槽侧边；而后去除hard mask和槽内氧化层，淀积多晶硅Poly，并通过CMP研磨去除多余的多晶硅，高温退火，将注入的硼扩散到多晶硅内形成P柱；最后经过与现有技术相同的步骤完成器件的最终结构，后续步骤主要包含：Poly Gate，P-body，N+，Contact和后段工艺。
与现有技术相比，传统的超结结构中的P柱形成方法需要额外外延设备用以延槽壁生长P-EPI外延层，其成本高，限制大。而本发明超结结构中的P柱形成方法与标准工艺兼容，不需要额外设备，有效降低生产成本，工艺更简便，成品率高。
采用了该发明的具有超级结结构的场效应晶体管及其制造方法，其在P柱槽的底部及侧边注入硼；再注入多晶硅；去除多余的多晶硅后高温退火，将硼扩散到所述的多晶硅内形成P柱，实现电荷平衡效果，由此代替传统的外延生长工艺，无需外延生长设备，简化生产工艺，降低生产成本，且本发明的实现方式简便，应用范围也相当广泛。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (6)
1.一种具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在衬底上设置硬膜，并形成P柱槽；
(2)在所述的P柱槽的底部及侧边注入硼；
(3)去除硬膜和所述P柱槽的槽内氧化层；
(4)在所述的P柱槽内注入多晶硅；
(5)研磨去除多余的多晶硅；
(6)高温退火，将所述的硼扩散到所述的多晶硅内形成P柱；
(7)后续工艺，形成具有超级结结构的场效应晶体管。
2.根据权利要求1所述的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)在N+衬底上生长N-外延层；
(12)在所述的N-外延层内刻蚀形成P柱槽；
(13)修复所述的P柱槽的表面缺陷。
3.根据权利要求1所述的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(21)第一次硼注入，将硼沿垂直方向注入到所述的P柱槽的底部；
(22)第二次硼注入，将硼沿倾角方向注入到所述的P柱槽的侧边。
4.根据权利要求1所述的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述的步骤(5)具体为：
利用化学机械研磨技术去除器件顶部多余的多晶硅。
5.根据权利要求2所述的具有超级结结构的场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述的步骤(7)具体包括以下步骤：
(71)在器件顶部形成多晶硅栅极；
(72)在所述的P柱槽顶部及所述的N-外延层顶部进行P-body注入，形成P-body区；
(73)在所述的P-body区顶部进行N+注入；
(74)利用后段工艺，金属连线在器件顶部形成源极。
6.一种具有超级结结构的场效应晶体管，其特征在于，利用权利要求1至5中任一项所述的制造方法制成。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20191204 Address after: Floor 12, building a1-3, Hanyu Jingu, no.7000, jingshidong Road, Jinan area, China (Shandong) pilot Free Trade Zone, Jinan City, Shandong Province, 250102 Applicant after: Jinan Anhai Semiconductor Co., Ltd Address before: Room 302, room 88, 7, Guiping Road, Xuhui District, Shanghai Applicant before: Zhang Shuai Applicant before: Huang Cuan |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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