CN112038391B - 超结场效应晶体管的制作方法 - Google Patents

超结场效应晶体管的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超结场效应晶体管的制作方法，对所述超结场效应晶体管的光刻胶层进行曝光显影处理，以在所述光刻胶层上形成曝光窗口，所述曝光窗口的坡度为85°～88°。本发明在制作超结场效应晶体管时提高了光刻胶层的曝光窗口的坡度，通过对P柱曝光窗口形貌的改变，使P柱离子注入边界更为靠近完全曝光区域，有效减小斜坡光刻胶对注入剂量的影响，进而使P柱离子剂量大小均匀，实现对击穿电压更为精确的控制。该制作方法最终得到超结场效应晶体管器件的击穿电压在750V～780V左右范围，大幅改善了击穿电压在片内的均匀性，实现器件良率从58％左右提升到90％以上，满足了大规模生产要求。

Description

超结场效应晶体管的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种超结场效应晶体管的制作方法。
背景技术
超结(Super Junction)场效应晶体管采用先进的超结技术理论(电荷平衡技术)，极大的降低了产品的特征导通电阻，突破了“硅限”限制，其性能相比传统的VDMOS(垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管)具有导通电阻低、开关速度快损耗小、封装形式更小的优势。
制作超结场效应晶体管时，为使超结场效应晶体管器件有较好的耐雪崩击穿特性，P型离子注入剂量会略微增加使器件工作在电荷平衡点偏右一些，在电荷平衡点的右侧，P型注入剂量越大，击穿电压越低，所以精确控制P型注入剂量范围使击穿电压满足器件规范非常关键。然而，现有技术的晶体管制作方法，常因曝光窗口形貌不合理或者光刻胶曝光不完全，而严重影响P柱区的离子注入效果，硅片不同区域注入程度不一，最终P柱离子剂量大小不均匀，导致硅片内不同位置芯片BV(击穿电压)分布不均匀，大小不一，产品良率大幅下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服采用现有技术的制作方法制作的超结场效应晶体管器件，其P柱离子剂量大小不均匀，从而使得击穿电压不稳定、不均匀，产品良率较低的缺陷，提供一种超结场效应晶体管的制作方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种超结场效应晶体管的制作方法，该制作方法包括：
对所述超结场效应晶体管的光刻胶层进行曝光显影处理，以在所述光刻胶层上形成曝光窗口，所述曝光窗口的坡度为85°～88°。
较佳地，所述光刻胶层的厚度为1.8μm～2.2μm。
较佳地，所述曝光窗口的顶部开口宽度为3.60μm～3.78μm。
较佳地，对所述光刻胶层进行曝光显影处理的步骤之前，还包括：
制备N+衬底；
在所述N+衬底上生长本征外延；
在所述本征外延内注入N型离子，形成N型离子层；
在所述本征外延和所述N型离子层的表面涂覆光刻胶。
较佳地，对所述光刻胶层进行曝光显影处理的步骤之后，还包括：
沿所述曝光窗口往所述N型离子层注入P型离子，以形成P柱区；
对所述超结场效应晶体管进行剥膜处理，以去除所述光刻胶。
较佳地，去除所述光刻胶的步骤之后，还包括：
判断所述本征外延的厚度、所述N型离子层的厚度和所述P柱区的厚度是否到达厚度阈值，并在判断为否时，返回生长本征外延的步骤。
较佳地，所述制作方法还包括：
在所述P柱区的上端制作P-body体区；
在所述本征外延的上表面制作金属层，所述金属层包括源极区和栅极区，所述源极区和所述栅极区相互隔离；
从所述N+衬底引出漏极，从所述源极区引出源极，从所述栅极区引出栅极。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明在制作晶体管时提高了光刻胶层的曝光窗口的坡度，通过对P柱曝光窗口形貌的改变，使P柱离子注入边界更为靠近完全曝光区域，有效减小斜坡光刻胶对注入剂量的影响，进而使P柱离子剂量大小均匀，实现对击穿电压更为精确的控制。该制作方法最终得到超结场效应晶体管器件的击穿电压在750V～780V左右范围，大幅改善了击穿电压在片内的均匀性，实现器件良率的明显提升，满足大规模生产要求。
附图说明
图1为现有技术的制作方法得到的器件的击穿电压在硅片内的分布图。
图2为本发明一较佳实施例的超结场效应晶体管的制作方法的流程图。
图3为使用图2的超结场效应晶体管制作方法得到的P柱曝光窗口形貌示意图。
图4为使用图2的超结场效应晶体管制作方法得到的P柱区离子注入示意图。
图5为使用图2的超结场效应晶体管制作方法得到的器件的击穿电压在硅片内的分布图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例提供了一种超结场效应晶体管的制作方法，参照图2，本实施例的超结场效应晶体管的制作方法包括以下步骤：
步骤S01、制备N+衬底。
步骤S02、在N+衬底上生长本征外延。
具体的，本实施例采用多层外延工艺技术。在每层本征外延生长后进行N型离子注入，再利用光刻掩膜版曝光进行P型离子注入形成P柱区隔离N型区，重复多次在本征外延、N型离子层和P柱区达到厚度要求后再进行后续工艺。
步骤S03、在本征外延内注入N型离子，形成N型离子层。
N型离子注入一般采用普注形式，即不带光刻版进行整个硅片正面离子注入，均匀性较易控制。
步骤S04、在本征外延和N型离子层的表面涂覆光刻胶。
本实施例中光刻胶的厚度范围是个重要参数。目前一般采用SPR660型号光刻胶，该光刻胶厚度为1μm，该类光刻胶粘稠度低，曝光反应速度快，坡度不容易控制，该光刻胶形成的曝光窗口坡度最高在82°左右。本实施例采用1.8μm～2.2μm光刻胶，例如SPR7350型号的光刻胶，这类光刻胶粘稠度高，曝光反应速度慢，容易控制曝光形貌使曝光窗口坡度达到85°以上。
步骤S05、对光刻胶层进行曝光显影处理，以在光刻胶层上形成曝光窗口，曝光窗口的坡度为85°～88°。
步骤S06、沿曝光窗口往N型离子层注入P型离子，以形成P柱区。
本实施例针对P柱曝光条件优化进行击穿电压均匀性改善。改善前工艺所选用的光刻胶厚度为1μm，曝光区域顶部开口大小为3.8μm左右，底部为3.52μm左右，曝光窗口坡度为81°左右。由于坡度较小，在P柱离子注入过程中，在离完全曝光区域(底部3.52μm)附近的光刻胶厚度不能完全阻挡离子注入，部分P型离子会穿透光刻胶注入硅衬底中，导致实际注入的剂量会偏高。以700V超结场效应晶体管工艺为例，如图1所示，硅片内器件的击穿电压的均匀性差别超过100V，硅片左边器件的击穿电压大约在750V，而在中间区域为720V左右，右边区域已低于700V甚至右下角处低于660V，远小于器件击穿电压规范要求。击穿电压的不稳定和不均匀造成良率大幅下降，P柱1μm光刻胶工艺下良率只有58％(BV>＝710V)左右。
如图3所示，本实施例采用光刻胶厚度H为1.8μm～2.2μm的光刻胶，通过优化曝光能量和焦距，P柱曝光窗口底部尺寸L2仍然保持在3.5μm左右，而P柱曝光窗口顶部尺寸L1可以减小到3.60μm～3.78μm左右，相应的曝光窗口坡度α增大到85°～88°。
沿上述改善后的曝光窗口，往N型离子层注入P型离子，以形成P柱区。如图4所示，新的工艺条件可以使P柱离子注入边界L3更为靠近完全曝光区域，有效减小斜坡光刻胶对注入剂量的影响，实现对击穿电压更为精确的控制。同时通过优化的曝光能量和焦距，较容易控制硅片不同区域器件P柱窗口大小波动在一定的合理范围，最终得到的击穿电压在750V～780V左右范围，大幅改善片内击穿电压的均匀性，改善后器件的良率可提升至90％以上。如图5所示，是采用光刻胶厚度H为2μm的光刻胶，P柱曝光窗口底部尺寸L2保持在3.5μm左右，而顶部开口的尺寸L1减小到3.76μm左右，相应的曝光窗口坡度α增大到86.28°，得到的器件的击穿电压在硅片内的分布图。
步骤S07、对超结场效应晶体管进行剥膜处理，以去除光刻胶。
步骤S08、判断本征外延的厚度、N型离子层的厚度和P柱区的厚度是否到达厚度阈值，并在判断为否时，返回生长本征外延的步骤；在判断为是时，执行步骤S09。
步骤S09、在P柱区的上端制作P-body体区。
步骤S10、在本征外延的上表面制作金属层，包括源极区和栅极区，源极区和栅极区相互隔离。
步骤S11、从N+衬底引出漏极，从源极区引出源极，从栅极区引出栅极。
本实施例中步骤S07～S11的实现与现有工艺相同。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超结场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
对所述超结场效应晶体管的光刻胶层进行曝光显影处理，以在所述光刻胶层上形成曝光窗口，所述曝光窗口的坡度为85°～88°；
所述光刻胶层的厚度为1.8μm～2.2μm；
所述曝光窗口的顶部开口宽度为3.60μm～3.78μm；
对所述光刻胶层进行曝光显影处理的步骤之后，还包括：
沿所述曝光窗口往N型离子层注入P型离子，以形成P柱区；
对所述超结场效应晶体管进行剥膜处理，以去除所述光刻胶。
2.如权利要求1所述的超结场效应晶体管的制作方法，其特征在于，对所述光刻胶层进行曝光显影处理的步骤之前，还包括：
制备N+衬底；
在所述N+衬底上生长本征外延；
在所述本征外延内注入N型离子，形成所述N型离子层；
在所述本征外延和所述N型离子层的表面涂覆光刻胶。
3.如权利要求2所述的超结场效应晶体管的制作方法，其特征在于，去除所述光刻胶的步骤之后，还包括：
判断所述本征外延的厚度、所述N型离子层的厚度和所述P柱区的厚度是否到达厚度阈值，并在判断为否时，返回生长本征外延的步骤。
4.如权利要求3所述的超结场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
在所述P柱区的上端制作P-body体区；
在所述本征外延的上表面制作金属层，所述金属层包括源极区和栅极区，所述源极区和所述栅极区相互隔离；
从所述N+衬底引出漏极，从所述源极区引出源极，从所述栅极区引出栅极。
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