專利名稱：耗盡型mosfet的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種耗盡型MOSFET的制造方法。
背景技術(shù)：
MOSFET分為增強型MOSFET和耗盡型MOSFET。對于耗盡型M0SFET，因為在源漏極的氧化層內(nèi)摻入了大量離子，即使在柵壓VGS=O時，在氧化層的摻雜離子的作用下，襯底表層中會感應(yīng)出與襯底摻雜類型相反多數(shù)載流子形成反型層，即源-漏之間存在溝道，只要在源-漏間加正向電壓，就能產(chǎn)生漏極電流；當(dāng)加上柵壓VGS時，會使多數(shù)載流子流出溝道，反型層變窄溝道電阻變大，當(dāng)柵壓VGS增大到一定值時，反型層消失，溝道被夾斷(耗盡)，耗盡型MOSFET會關(guān)斷。MOSFET分為增強型MOSFET和耗盡型MOSFET。對于耗盡型M0SFET，因為在源漏極的氧化層內(nèi)摻入了大量離子，即使在柵壓VGS=O時，在氧化層的摻雜離子的作用下，襯底表層中會感應(yīng)出與襯底摻雜類型相反多數(shù)載流子形成反型層，即源-漏之間存在溝道，只要在源-漏間加正向電壓，就能產(chǎn)生漏極電流；當(dāng)加上柵壓VGS時，會使多數(shù)載流子流出溝道，反型層變窄溝道電阻變大，當(dāng)柵壓VGS增大到一定值時，反型層消失，溝道被夾斷(耗盡)，耗盡型MOSFET會關(guān)斷。以N溝耗盡型MOSFET為例，在柵壓VGS=O時，漏源之間的溝道已經(jīng)存在，所以只要在源漏極之間加上電壓VDS，源漏極就有電流ID流通。如果增加?xùn)艍篤GS，柵極與襯底之間的電場將使溝道中感應(yīng)更多的電子，溝道變厚，溝道的電導(dǎo)增大。如果在柵極加負電壓，即柵壓VGS < O,就會在對應(yīng)的器件表面感應(yīng)出正電荷，這些正電荷抵消N溝道中的電子，從而在襯底表面產(chǎn)生一個耗盡層，使溝道變窄，溝道電導(dǎo)減小。當(dāng)負柵壓增大到某一電壓Vp時， 耗盡區(qū)擴展到整個溝道，溝道完全被夾斷(耗盡)，這時即使VDS仍存在，也不會產(chǎn)生漏極電流，即ID=0。VP稱為夾斷電壓或閾值電壓。傳統(tǒng)技術(shù)在制造耗盡型MOSFET時，預(yù)先在柵極氧化層中摻入大量的正離子，當(dāng)VGS=O時，這些正離子產(chǎn)生的電場能在P型襯底中“感應(yīng)”出足夠的電子，形成N型溝道。即在傳統(tǒng)技術(shù)中，耗盡型MOSFET的溝道是通過柵極氧化層中的摻雜離子感應(yīng)形成的，因此溝道的結(jié)構(gòu)、位置和深度都是取決于柵極氧化層中的離子摻雜情況，并不容易確定。眾所周知，耗盡型MOSFET溝道的寬長比會影響溝道的跨導(dǎo)，從而會影響耗盡型MOSFET的飽和電流、漏電流以及夾斷電壓等許多重要參數(shù)。而傳統(tǒng)的耗盡型MOSFET的制造方法因為其對溝道的位置以及溝道的深度控制不夠準(zhǔn)確，同時對氧化層的離子注入也會對其他區(qū)域(例如源極區(qū)域和漏極區(qū)域)造成不利影響，從而無法制造出高品質(zhì)的耗盡型M0SFET。因此如何精確控制溝道的結(jié)構(gòu)、位置和深度在耗盡型MOSFET的制造過程中已經(jīng)成為一個急需解決的問題了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種耗盡型MOSFET的制造方法，以達到能夠準(zhǔn)確控制溝道的結(jié)構(gòu)、位置以及溝道深度的目的。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種耗盡型MOSFET的制造方法，包括提供一第一摻雜類型的摻雜襯底；在所述襯底的一面上形成第一摻雜類型的外延層； 在所述外延層上形成第一掩膜層；以所述第一掩膜層為掩膜進行第一次離子注入，在所述外延層內(nèi)形成第二摻雜類型的深阱；去除第一掩膜層；
進行第一次退火；在所述外延層和深阱上形成第二掩膜層；以及以所述第二掩膜層為掩膜進行第二次離子注入，在所述深阱中部形成第一摻雜類型的離子注入溝道?？蛇x的，在所述溝道形成步驟后還包括在所述溝道上方形成柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的深阱內(nèi)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域?？蛇x的，形成柵極結(jié)構(gòu)步驟包括在所述外延層上、深阱以及溝道上方依次形成氧化層和多晶硅層；以及刻蝕部分氧化層和多晶硅層，形成覆蓋整個溝道的柵極氧化層和柵極。可選的，形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域步驟包括以所述柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，對所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的深阱內(nèi)進行第三次離子注入，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的深阱內(nèi)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域；以及進行第二次退火。在本發(fā)明中的耗盡型MOSFET的制造方法中，其溝道是通過使用掩膜層進行離子注入形成的，并非傳統(tǒng)技術(shù)中的通過摻雜的柵極氧化層感應(yīng)生成溝道。通過使用掩膜層進行離子注入生成的溝道，可以通過掩膜層精確控制溝道的位置和結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整離子注入的條件以精確控制溝道深度以及摻雜濃度等參數(shù)。精確的溝道的結(jié)構(gòu)、位置和深度能夠保證高性能的耗盡型M0SFET。


圖I-圖7為本發(fā)明實施例一的耗盡型MOSFET制造方法各步驟中結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實施例方式本發(fā)明的核心思想在于利用掩膜層進行離子注入來實現(xiàn)耗盡型MOSFET的溝道，通過使用掩膜層可以實現(xiàn)精確控制溝道的位置和結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整離子注入的條件以精確控制溝道深度以及摻雜濃度等參數(shù)。精確的溝道的結(jié)構(gòu)、位置和深度能夠保證高性能的耗盡型 MOSFET。為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖來進一步做詳細說明。如圖7所示，本發(fā)明一實施例的耗盡型MOSFET包括N型襯底101 ;形成于所述襯底101 —面上的N型外延層102 ;形成于所述N型外延層102內(nèi)的P型摻雜深阱105 ;成于深阱105中部的N型離子注入溝道108 ;形成于溝道108上并完全覆蓋所述溝道108的柵極氧化層109;形成于所述柵極氧化層109之上的柵極110 ;以及，形成于柵極110兩側(cè)外延層102內(nèi)和深阱108內(nèi)的源極區(qū)域112和漏極區(qū)域113。所述柵極氧化層109和柵極110共同組成柵極結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合圖I至圖7對本發(fā)明一實施例的耗盡型MOSFET的制造方法的各步驟進行詳細說明。如圖I所示，提供一 N型襯底101，在所述襯底101上生長N型外延層102。所述外延層102的厚度會影響器件的耐壓能力，外延層102的厚度越厚，器件的耐壓能力越高。例如，器件耐壓要求為600V時，所述外延層102的厚度范圍為40μπΓ60μπι。接著，如圖2和圖3所示，在所述外延層102上形成圖形化的第一掩膜層103，形成第一離子注入窗口 104 ;以所述第一掩膜層103為掩膜進行第一次離子注入，在所述外延層102內(nèi)形成P型深阱105。在本實施例中，第一次離子注入的離子為硼離子，注入能量的范圍為40Kev 200Kev，注入劑量為I. 0E13/cnTl. 0E14/cm2。然后，去除第一掩膜層103。 完成第一次離子注入之后，進行第一次退火，所述第一次退火的溫度范圍為IlOO0C 1200°C，所述第一次退火的時間范圍為60mirTl80min。接著，如圖4和圖5所示，在所述外延層102和深阱105上形成圖形化的第二掩膜層106，暴露出深阱105的中部區(qū)域形成第二離子注入窗口 107，以所述第二掩膜層106為掩膜進行第二次離子注入，在對應(yīng)于第二離子注入窗口 107所述深阱105兩側(cè)區(qū)域形成N型摻雜的離子注入溝道108。所述溝道108的長度范圍為1μπΓ3μπι。在本實施例中，第二次離子注入的離子為砷離子，第二次離子注入的能量范圍為80Kev 200Kev，注入劑量為1.0E12/cnTl.0E13/cm2。然后，去除第二掩膜層 106。接著，如圖6所示，在所述深阱105、溝道108和外延102上沉積形成氧化層和多晶硅層。接著，刻蝕去除部分氧化層和多晶硅層，形成完全覆蓋溝道108的柵極氧化層109和柵極110。所述柵極氧化層109和柵極110共同組成柵極結(jié)構(gòu)。本實施例中，氧化層為氧化硅，所述氧化層的厚度范圍為600A 1200A;所述多晶娃層的厚度范圍為4000A~8000A。進一步的，為了提聞多晶娃的導(dǎo)電性，可以向多晶硅進行離子摻雜，摻雜工藝可以采用P0CL3 (三氯氧磷)擴散工藝或者離子注入工藝。采用P0CL3擴散工藝時，其預(yù)括方塊電阻范圍為15 Ω / □ 30 Ω / 口。采用離子注入工藝時，可以注入磷離子注入，注入能量范圍為40Kev 150Kev，注入劑量為I. 0E15/cnTl. 0E16/cm2。當(dāng)然，作為柵極的材料也可以使用導(dǎo)電性較好的金屬材料，例如鋁。接著，如圖7所示，以所述柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，對所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的深阱105內(nèi)進行第三次離子注入，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的深阱105內(nèi)形成源極區(qū)域112和漏極區(qū)域113。在本實施例中，第三次離子注入的離子為砷離子，第三次離子注入的能量范圍為IOOKev 200Kev，注入劑量為1.0E15/CnTl.0E16/Cm2。完成第三離子注入后，進行第二次退火，所述第二次退火的溫度范圍為800°C 1000°C，所述第二次退火的時間范圍為30mirT80min。至此，完成了如圖7所示的耗盡型MOSFET的制造。應(yīng)當(dāng)理解的是，將上述實施例中的所有摻雜離子或者摻雜類型取相反，即可得到另一實施例，這屬于本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段，在此不在贅述。綜上所述，在本發(fā)明中的耗盡型MOSFET的制造方法中，其溝道是通過第二掩膜層進行離子注入形成的，并非傳統(tǒng)技術(shù)中的通過摻雜的柵極氧化層感應(yīng)生成溝道。通過使用掩膜層進行離子注入生成的溝道，可以通過掩膜層精確控制溝道的位置和結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整離子注入的條件以精確控制溝道深度以及摻雜濃度等參數(shù)。精確的溝道的結(jié)構(gòu)、位置和深度能夠保證高性能的耗盡型MOSFET。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耗盡型MOSFET的制造方法，包括 提供一第一摻雜類型的摻雜襯底； 在所述襯底的一面上形成第一摻雜類型的外延層； 在所述外延層上形成第一掩膜層； 以所述第一掩膜層為掩膜進行第一次離子注入，在所述外延層內(nèi)形成第二摻雜類型的深阱； 去除第一掩膜層； 進行第一次退火； 在所述外延層和深阱上形成第二掩膜層；以及 以所述第二掩膜層為掩膜進行第二次離子注入，在所述深阱中部形成第一摻雜類型的離子注入溝道。
2.如權(quán)利要求I所述的耗盡型MOSFET的制造方法，其特征在于，在所述溝道形成步驟后還包括 在所述溝道上方形成柵極結(jié)構(gòu)； 在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的深阱內(nèi)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的耗盡型MOSFET的制造方法，其特征在于，形成柵極結(jié)構(gòu)步驟包括 在所述外延層上、深阱以及溝道上方依次形成氧化層和多晶硅層；以及刻蝕部分氧化層和多晶硅層，形成覆蓋整個溝道的柵極氧化層和柵極。
4.如權(quán)利要求2所述的耗盡型MOSFET的制造方法，其特征在于，形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域步驟包括 以所述柵極結(jié)構(gòu)為掩膜，對所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的深阱內(nèi)進行第三次離子注入，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的深阱內(nèi)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域；以及進行第二次退火。
全文摘要
本發(fā)明公開了提供一種耗盡型MOSFET的制造方法，包括提供一第一摻雜類型的摻雜襯底；在所述襯底的一面上形成第一摻雜類型的外延層；在所述外延層上形成第一掩膜層；以所述第一掩膜層為掩膜進行第一次離子注入，在所述外延層內(nèi)形成第二摻雜類型的深阱；去除第一掩膜層；進行第一次退火；在所述外延層和深阱上形成第二掩膜層；以及以所述第二掩膜層為掩膜進行第二次離子注入，在所述深阱中部形成第一摻雜類型的離子注入溝道。本發(fā)明所提供的耗盡型MOSFET的溝道是通過采用掩膜層的離子注入形成，因其精確的溝道的結(jié)構(gòu)、位置和深度從而能夠保證更高的性能。
文檔編號H01L21/336GK102779759SQ201210269610
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者曹俊, 王維建, 趙金波 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司