TW201438112A - 垂直雙擴散場效電晶體及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種垂直雙擴散場效電晶體及其製造方法，其方法過程中在摻雜體區形成之後再沉積多晶矽形成閘極，雖然增加了光刻次數，但兩次光刻可以採用光刻板共用的方法來降低生產成本。在空乏型垂直雙擴散場效電晶體的製造方法中，空乏管通道注入為非自對準注入，這樣有效的保證了垂直雙擴散場效電晶體的擊穿電壓不會下降，同時解決了漏電問題。
Description
本發明屬於半導體裝置領域，尤其係關於一種垂直雙擴散場效電晶體及其製造方法。
垂直雙擴散場效電晶體(vertical double-diffusion MOS，VDMOS)兼具雙極電晶體和普通MOS裝置的優點，具有接近無限大的靜態輸入阻抗特性和非常快的開關時間，因此無論是開關應用還是線性應用，都是理想的功率裝置，可以主要應用於電機調速、反相器、不斷電供應系統、電子開關、高保真音響、汽車電器和電子安定器等。但現有的垂直雙擴散場效電晶體的製造方法中一般將沉積多晶矽(Poly)形成閘極的步驟設置在摻雜體區形成之前，這樣雖然只需要一次光刻，但是在空乏型VDMOS的方法中，其空乏層的注入為自對準注入，因此空乏通道比較厚，其必然導致擊穿電壓下降，而且嚴重時會引發漏電問題。
本發明的目的在於提供一種垂直雙擴散場效電晶體及其製造方法，以解決現有技術中空乏通道的自對準注入引發的擊穿電壓下降以及漏電問題。
依據本發明較佳實施例的一種垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)的製造方法，包括以下步驟，(1)在磊晶結構的表面形成隔離場氧化層，並對形成垂直雙擴散場效電晶體的工作區域進行蝕刻；(2)對所述工作區域注入第一摻雜物並擴散以形成摻雜體區；(3)在所述工作區域的表面形成閘極氧化層；(4)在所述閘極氧化層的表面沉積多晶矽並進行蝕刻形成閘極；(5)在所述摻雜體區中對應所述閘極端部的位置注入第二摻雜物形成源極，所述第二摻雜物與所述第一摻雜物的類型相反；(6)在所述閘極之間形成接觸孔，並向接觸孔內注入第三摻雜物，所述第三摻雜物與所述第一摻雜物的類型相同；(7)在整個晶片表面進行鋁沉積和鋁蝕刻；(8)在整個晶片的表面覆蓋鈍化層，並開出用以焊接的壓點區域。
較佳的，步驟(2)和步驟(4)共用同一光刻版。
進一步的，在步驟(1)和步驟(2)之間加入以下步驟：
(a)在所述工作區域進行JFET注入和擴散。
進一步的，在步驟(3)和(4)之間加入以下步驟：(b)對整個工作區域進行空乏管通道注入以形成空乏層，所述空乏層的類型與所述第一摻雜物的類型相反。
進一步的，在步驟(b)和(4)之間加入以下步驟：(c)蝕刻掉所述閘極氧化層，在所述工作區域覆蓋重新覆蓋新的閘極氧化層。
依據本發明一較佳實施例的一種垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)，包括：形成於磊晶層內的具有第一摻雜物的摻雜體區；位於所述摻雜體區的上方，並覆蓋整個工作區域的閘極氧化層；位於所述閘極氧化層的上方，其端部分別與相鄰的摻雜體區對應的閘極；位於摻雜體區中的兩側，並對應相鄰閘極的源極，所述源極具有與第一摻雜物類型相反的第二摻雜物。
較佳的，進一步包括：隔離場氧化層：覆蓋磊晶結構表面除去工作區域的其他區域；位於所述閘極表面的介電層；位於所述閘極之間的接觸孔；所述接觸孔具有與所述第一摻雜物類型相同的第三摻雜物；位於整個晶片表面的鋁金屬層和鈍化層以及用於焊接
的壓點區域。
較佳的，進一步包括JFET注入層。
較佳的，進一步包括位於所述閘極氧化層下方並覆蓋整個工作區域的空乏層。
經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明提供了增強型VDMOS和空乏型VDMOS的製造方法，其方法過程中在摻雜體區形成之後再沉積多晶矽形成閘極，雖然增加了光刻次數，但兩次光刻可以採用光刻板共用的方法來降低生產成本。在空乏型VDMOS的製造方法中，空乏管通道注入為非自對準注入，這樣有效的保證了VDMOS的擊穿電壓不會下降，同時解決了漏電問題。
101‧‧‧N型基板
102‧‧‧N型磊晶層
103‧‧‧隔離場氧化層
104‧‧‧工作區域
105‧‧‧光阻劑
106‧‧‧摻雜體區
107‧‧‧閘極氧化層
108‧‧‧空乏層
109‧‧‧多晶矽
110‧‧‧閘極
111‧‧‧源極
112‧‧‧介電層
113‧‧‧接觸孔
114‧‧‧金屬層
圖1為依據本發明的垂直雙擴散場效電晶體的製造方法的流程圖；圖2A-2I為依據本發明的垂直雙擴散場效電晶體的製造方法的步驟示意圖。
以下結合附圖對本發明的幾個較佳實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的瞭解，在以下本發明較佳實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人
員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。
參考圖1，所示為依據本發明的垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)的製造方法的流程圖；其具體步驟包括如下：S1：在磊晶結構的表面形成隔離場氧化層，並對形成垂直雙擴散場效電晶體的工作區域進行蝕刻；S2：對所述工作區域通過光刻注入第一摻雜物並擴散以形成摻雜體區；S3：在所述工作區域的表面形成一第一閘極氧化層；S4：在所述閘極氧化層的表面沉積多晶矽並進行蝕刻形成閘極；S5：在所述摻雜體區對應所述閘極端部的位置注入第二摻雜物形成源極，所述第二摻雜物與所述第一摻雜物的類型相反；S6：在所述閘極之間形成接觸孔，並向接觸孔內注入第三摻雜物，所述第三摻雜物與所述第一摻雜物的類型相同；S7：在整個晶片表面進行鋁沉積和鋁蝕刻；S8：在整個晶片的表面覆蓋鈍化層，並開出用以焊接的壓點區域。
其中，為了降低VDMOS管的JFET電阻，在步驟S1與步驟S2之間可以加入以下步驟：在所述工作區域進行JFET注入和擴散。在實際應用中，可以對整片晶片進行注入，但由於所述隔離場氧化層的存在，形成自對準注
入，因此只有工作區的位置被注入，其中JFET雜質可以為磷。
以下結合圖2A-2I，以製造N型VDMOS管為例，對本發明提供的一種垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)的製造方法中的每一步驟進行詳細分析；如圖2A所示，在N型基板101上生長N型磊晶層102，並在磊晶層102的整個表面形成隔離場氧化層103(Field Oxide)，並對形成VDMOS的工作區域104進行蝕刻，將這些區域的氧化層去掉；(對應步驟S1)
參考圖2B，其中在所述工作區域的表面塗覆光阻劑105，並對相應位置進行曝光，利用光阻劑作為阻擋層，在離子注入口處注入P-並擴散以形成摻雜體區106(Pbody)(對應步驟S2)，其中P-的摻雜物可以為硼，為了便於說明，圖中其他被隔離氧化層103覆蓋的區域並沒有畫出。
如圖2C所示，在所述工作區域的表面形成閘極氧化層107(對應步驟S3)。
如果製造的N型VDMOS管為空乏型電晶體，則需要在步驟S3後加入以下步驟S3’：以所述閘極氧化層107作為阻擋層對整個工作區域進行空乏管通道注入以形成空乏層108，其中空乏層的摻雜物質較佳為砷，參加圖2D，所述空乏管通道的類型與所述第一摻雜物的類型相反，在本實施例中所述空乏管通道的類型為N型從而與P-相反。從圖2D中可以清楚的看出，由於空乏管通道注入為
非自對準的整片注入，所形成的空乏層108比較薄，因此製成的VDMOS不存在擊穿電壓下降和漏電的問題。另外需要說明的是，當製造增強型VDMOS管時，則無需步驟S3’。
在進行空乏管通道注入時，所述閘極氧化層107作為阻擋層可能會遭到一定程度的破壞，因此可以在步驟S3’後，將閘極氧化層107蝕刻掉，再重新覆蓋一層新的閘極氧化層以保證閘極氧化層的正常工作。
如圖2E所示，在所示閘極氧化層107的表面沉積多晶矽109(Poly)，在多晶矽109的表面塗覆光阻劑105，並對相應位置進行曝光，以曝光後的光阻劑105作為阻擋層進行多晶矽蝕刻，以形成圖2F中所示的閘極110(對應步驟S4)。一般在閘極氧化物形成後立刻進爐管進行多晶矽沉積，以免表面黏污。對比閘極110與摻雜體區106的位置關係，可以看出步驟S2和S4中的光刻方法可以共用同一光刻板，進步降低了生產的成本。
參見圖2G，在所述摻雜體區106中對應閘極110端部的位置注入N型摻雜物形成源極111(source N+)，其中N型摻雜物可以較佳為砷、磷或銻(對應步驟S5)。其中112為在閘極表面形成的介電層。
如圖2H所示，在所述閘極110之間形成接觸孔113，並向接觸孔內進行P+注入，雜質較佳為硼(對應步驟S6)。具體的，在方法過程中，可以先蝕刻接觸孔，再用濕法對氧化層部分進行漂淨。
在接觸孔形成後，在整個晶片表面進行鋁沉積，並蝕刻掉工作區域以外的金屬鋁，形成金屬層114，並在整個晶片的表面覆蓋鈍化層，並開出用以焊接的壓點區域，參加圖2I(對應步驟S6、S7)。其中沉積的金屬鋁需要保證一定的厚度，以調高VDMOS管的可靠性。
由以上VDMOS管的方法過程，可以看出本發明提供的VDMOS的製造方法，其方法過程簡化、光刻次數少、不同方法步驟可以光刻板共用，降低了生產的成本。另外需要說明的是上述實施例中均以N型VDMOS管進行說明，根據本發明的教導和本領域技術人員的基本常識，可以將同樣的方法流程應用與P型VDMOS管的製造。
本發明還提供一種垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)，參見圖2I，其具體包括：形成於磊晶層102內的具有第一摻雜物的摻雜體區106；位於所述摻雜體區106的上方，並覆蓋整個工作區域的閘極氧化層107；位於所述閘極氧化層107的上方，其兩端分別與相鄰的摻雜體區106對應的閘極110；位於摻雜體區106中的兩側，並對應相鄰閘極110的源極111，所述源極111具有與第一摻雜物類型相反的第二摻雜物。
進一步的，還包括：隔離場氧化層，其用以覆蓋磊晶結構表面除去工作區域的其他區域；位於所述閘極表面的
介電層112；位於所述閘極之間的接觸孔，所述接觸孔具有與所述第一摻雜物類型相同的第三摻雜物；位於整個晶片表面的鋁金屬層和鈍化層114以及用於焊接的壓點區域。
為降低整個VDMOS管的導通電阻，需要對其JFET電阻進行調節，因此可以進一步包括JFET注入層。
當所述VDMOS管為空乏型VDMOS時，還進一步包括位於所述閘極氧化層107下方並覆蓋整個工作區域的空乏通道層108。
另外，還需要說明的是，在本文中，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受申請專利範圍及其全部範圍和等效物的限制。
101‧‧‧N型基板
102‧‧‧N型磊晶層
106‧‧‧摻雜體區
107‧‧‧閘極氧化層
108‧‧‧空乏層
110‧‧‧閘極
111‧‧‧源極
112‧‧‧介電層
114‧‧‧金屬層
Claims (9)
- 一種垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟，(1)在磊晶結構的表面形成隔離場氧化層，並對形成垂直雙擴散場效電晶體的工作區域進行蝕刻；(2)對所述工作區域注入第一摻雜物並擴散以形成摻雜體區；(3)在所述工作區域的表面形成閘極氧化層；(4)在所述閘極氧化層的表面沉積多晶矽並進行蝕刻形成閘極；(5)在所述摻雜體區中對應所述閘極端部的位置注入第二摻雜物形成源極，所述第二摻雜物與所述第一摻雜物的類型相反；(6)在所述閘極之間形成接觸孔，並向接觸孔內注入第三摻雜物，所述第三摻雜物與所述第一摻雜物的類型相同；(7)在整個晶片表面進行鋁沉積和鋁蝕刻；(8)在整個晶片的表面覆蓋鈍化層，並開出用以焊接的壓點區域。
- 根據申請專利範圍第1項所述的垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)的製造方法，其中，步驟(2)和步驟(4)共用同一光刻版。
- 根據申請專利範圍第1項所述的垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)的製造方法，其中，在步驟(1)和步 驟(2)之間加入以下步驟：(a)在所述工作區域進行JFET注入和擴散。
- 根據申請專利範圍第1項所述的垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)的製造方法，其中，在步驟(3)和(4)之間加入以下步驟：(b)對整個工作區域進行空乏管通道注入以形成空乏層，所述空乏層的類型與所述第一摻雜物的類型相反。
- 根據申請專利範圍第4項所述的垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)的製造方法，其中，在步驟(b)和(4)之間加入以下步驟：(c)蝕刻掉所述閘極氧化層，在所述工作區域覆蓋重新覆蓋新的閘極氧化層。
- 一種垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)，其特徵在於，包括：形成於磊晶層內的具有第一摻雜物的摻雜體區；位於所述摻雜體區的上方，並覆蓋整個工作區域的閘極氧化層；位於所述閘極氧化層的上方，其端部分別與相鄰的摻雜體區對應的閘極；位於摻雜體區中的兩側，並對應相鄰閘極的源極，所述源極具有與第一摻雜物類型相反的第二摻雜物。
- 根據申請專利範圍第6項所述的垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)，其中，進一步包括：隔離場氧化層：覆蓋磊晶結構表面除去工作區域的其 他區域；位於所述閘極表面的介電層；位於所述閘極之間的接觸孔；所述接觸孔具有與所述第一摻雜物類型相同的第三摻雜物；位於整個晶片表面的鋁金屬層和鈍化層以及用於焊接的壓點區域。
- 根據申請專利範圍第6項所述的垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)，其中，進一步包括JFET注入層。
- 根據申請專利範圍第6項所述的垂直雙擴散場效電晶體(VDMOS)，其中，進一步包括位於所述閘極氧化層下方並覆蓋整個工作區域的空乏層。
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