场效应晶体管的制备方法和场效应晶体管与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种场效应晶体管的制备方法和一种场效应晶体管。

背景技术：

在相关技术中，如图1所示，场效应晶体管包括：栅极结构101和硅栅窗口102，如图2所示，以N沟道的VDMOS(Vertical Diffusion Metal Oxide Silica，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管)为例，包括：在P型硅衬底1之上的P+离子区域(第二离子区域2)、P-离子区域(第一离子区域3)、N+沟道区域(第三离子区域4)、隔离层5、栅极结构6和金属电极7等，其中，栅极电容是主要的附加电容之一，场效应晶体管的栅极电容过大会造成场效应晶体管的开关速率降低，这就严重地影响场效应晶体管的应用和可靠性。

因此，如何设计一种场效应晶体管的制备方法以减小栅极电容成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种新的场效应晶体管的制备方法和一种场效应晶体管，以减小栅极电容，进而提高场效应晶体管的开关速率。

有鉴于此，本发明提出了一种场效应晶体管的制备方法，包括：在形成外延层的硅衬底上形成氧化层掩膜和所述氧化层掩膜外围的环形栅极结构，所述环形栅极结构的外围区域即为所述场效应晶体管的硅栅窗口；在形成所述环形栅极结构的外延层上，依次形成第一离子区域和第二离子区域；在所述环形栅极结构的外围的所述第一离子区域内部形成第三离子区 域；在形成所述第三离子区域的外延层上形成隔离层和金属电极，以完成所述场效应晶体管的制备过程。

在该技术方案中，通过在形成外延层的硅衬底上形成氧化层掩膜和环形栅极结构，减小了栅极结构的平面面积，进而减小了栅极电容，有效地提高了场效应晶体管的开关速率。

在上述技术方案中，优选地，形成所述氧化层掩膜，包括以下具体步骤：通过热氧化工艺和/或化学气相淀积工艺在所述外延层上形成氧化层；对所述氧化层进行光刻和刻蚀处理，以形成所述氧化层掩膜。

在该技术方案中，通过热氧化工艺和/或化学气相淀积工艺形成氧化层掩膜，可以保证氧化层掩膜致密和绝缘特性，从而保证器件的可靠性。

在上述技术方案中，优选地，形成所述环形栅极结构，还包括以下具体步骤：在形成所述氧化层掩膜的外延层上形成多晶硅层；对所述多晶硅层进行光刻和刻蚀处理以形成所述环形硅栅结构，以暴露所述氧化层掩膜和所述硅栅窗口；在所述硅栅结构上形成隔离层。

在该技术方案中，通过对多晶硅层进行光刻和刻蚀处理，以暴露氧化层掩膜和硅栅窗口，降低了光刻套准的要求，进而降低了制作成本。

在上述技术方案中，优选地，形成所述环形栅极结构，包括以下具体步骤：在所述外延层上形成多晶硅层；对所述多晶硅层进行光刻和刻蚀处理，以形成所述环形硅栅结构。

在该技术方案中，通过形成硅栅结构，形成了场效应晶体管的基本电极结构之一，为完成场效应晶体管的加工奠定了结构基础。

在上述技术方案中，优选地，形成所述氧化层掩膜，包括以下具体步骤：在形成所述硅栅结构的外延层上形成氧化层；对所述氧化层进行光刻和刻蚀处理，以覆盖所述环形硅栅结构和硅栅结构的内侧区域。

在该技术方案中，通过形成氧化层掩膜以覆盖环形硅栅结构和其内侧区域，在有效地减小硅栅结构的平面图形的同时，形成了进行后续离子注入的掩膜，简化了工艺步骤和工艺要求，降低了制造成本。

在上述技术方案中，优选地，形成第一离子区域和第二离子区域，包括以下具体步骤：在所述环形硅栅结构的外侧区域进行第一次离子注入， 以形成所述第一离子区域；在所述第一离子区域的内侧区域进行第二次离子注入，以形成所述第二离子区域；对所述第一离子区域和所述第二离子区域进行退火处理，以激活所述第一离子区域和所述第二离子区域的化学键能。

在该技术方案中，通过依次进行第一次离子注入和第二次离子注入，并进行退火处理，形成了阶梯型分布的第一离子区域和第二离子区域，其中，第一离子区域的离子浓度小于和第二离子区域的离子浓度，第一离子区域的结深小于和第二离子区域的结深。

在上述技术方案中，优选地，所述第一次离子注入的能量低于所述第二次离子注入的能量，所述第一次离子注入的剂量低于所述第二次离子注入的剂量。

在该技术方案中，通过控制两次离子注入的能量和剂量，保证了场效应晶体管的电学性能的可靠性和结构稳定性。

根据本发明的第二方面，还提出了一种场效应晶体管，采用如上述任一项技术方案所述的场效应晶体管的制备方法制备而成。

在该技术方案中，通过采用如上述任一项技术方案形成场效应晶体管，可以保证场效应晶体管的结构可靠性和电学特性。

在上述技术方案中，优选地，所述氧化层掩膜到所述硅栅窗口之间的最小水平间距大于或等于两个所述硅栅窗口之间的最小水平间距的四分之一。

在该技术方案中，通过氧化层掩膜到硅栅窗口之间的最小水平间距大于或等于两个硅栅窗口之间的最小水平间距的四分之一，保证了场效应晶体管的沟道能够正常导通，进而提高了场效应晶体管的可靠性。

在上述技术方案中，优选地，所述第一离子区域和所述第二离子区域的离子类型相同，所述第一离子区域和第三离子区域的离子类型相反。

通过以上技术方案，通过在形成外延层的硅衬底上形成氧化层掩膜和环形栅极结构，减小了栅极结构的平面面积，进而减小了栅极电容，有效地提高了场效应晶体管的开关速率。

附图说明

图1示出了相关技术中场效应晶体管的俯视图；

图2示出了相关技术中场效应晶体管的剖视图；

图3示出了根据本发明的实施例的场效应晶体管的俯视图；

图4示出了根据本发明的实施例的场效应晶体管的剖视图；

图5示出了根据本发明的第一个实施例的场效应晶体管的氧化层掩膜的形成过程的剖面示意图；

图6示出了根据本发明的第一个实施例的场效应晶体管的环形硅栅结构的形成过程的剖面示意图；

图7示出了根据本发明的第一个实施例的场效应晶体管的隔离层的形成过程的剖面示意图；

图8示出了根据本发明的第二个实施例的场效应晶体管的环形硅栅结构的形成过程的剖面示意图；

图9示出了根据本发明的第二个实施例的场效应晶体管的隔离层的形成过程的剖面示意图；

图10示出了根据本发明的实施例的场效应晶体管的制备方法的示意流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合图3至图10对根据本发明的实施例的场效应晶体管的制备过程进行具体说明。

结合图3至图10所示，根据本发明的实施例的场效应晶体管在硅栅结构101和硅栅窗口102的基础上，将硅栅结构101刻蚀成环形，并以氧 化硅层填充环形硅栅结构的内侧区域103，通过减小硅栅结构101的水平面积有效地减小了栅极电容，进而提高了器件的开关速率。

如图4至图10所示，根据本发明的实施例的场效应晶体管的制备方法，包括：步骤1002，在形成外延层的硅衬底1上形成氧化层掩膜和所述氧化层掩膜外围的环形栅极结构6，所述环形栅极结构6的外围区域即为所述场效应晶体管的硅栅窗口；步骤1004，在形成所述环形栅极结构6的外延层上，依次形成第一离子区域3和第二离子区域2；步骤1006，在所述环形栅极结构6的外围的所述第一离子区域3内部形成第三离子区域4；步骤1008，在形成所述第三离子区域4的外延层上形成隔离层5和金属电极7，以完成所述场效应晶体管的制备过程。

在该技术方案中，通过在形成外延层的硅衬底1上形成氧化层掩膜和环形栅极结构6，减小了栅极结构6的平面面积，进而减小了栅极电容，有效地提高了场效应晶体管的开关速率。

形成氧化层掩膜和环形硅栅结构包括多种实施方式：

实施例一：

在上述技术方案中，优选地，形成所述氧化层掩膜，包括以下具体步骤：如图5所示，通过热氧化工艺和/或化学气相淀积工艺在所述外延层上形成氧化层；对所述氧化层进行光刻和刻蚀处理，以形成所述氧化层掩膜。

在该技术方案中，通过热氧化工艺和/或化学气相淀积工艺形成氧化层掩膜，可以保证氧化层掩膜致密和绝缘特性，从而保证器件的可靠性。

在上述技术方案中，优选地，形成所述环形栅极结构6，还包括以下具体步骤：如图6所示，在形成所述氧化层掩膜的外延层上形成多晶硅层；对所述多晶硅层进行光刻和刻蚀处理以形成所述环形硅栅结构6，以暴露所述氧化层掩膜和所述硅栅窗口；如图7所示，在所述硅栅结构6上形成隔离层5。

在该技术方案中，通过对多晶硅层进行光刻和刻蚀处理，以暴露氧化层掩膜和硅栅窗口，降低了光刻套准的要求，进而降低了制作成 本。

实施例二：

在上述技术方案中，优选地，形成所述环形栅极结构6，包括以下具体步骤：如图7所示，在所述外延层上形成多晶硅层；对所述多晶硅层进行光刻和刻蚀处理，以形成所述环形硅栅结构。

在该技术方案中，通过形成硅栅结构，形成了场效应晶体管的基本电极结构之一，为完成场效应晶体管的加工奠定了结构基础。

在上述技术方案中，优选地，形成所述氧化层掩膜，包括以下具体步骤：如图8所示，在形成所述硅栅结构的外延层上形成氧化层；对所述氧化层进行光刻和刻蚀处理，以覆盖所述环形硅栅结构和硅栅结构的内侧区域。

在该技术方案中，通过形成氧化层掩膜以覆盖环形硅栅结构和其内侧区域，在有效地减小硅栅结构的平面图形的同时，形成了进行后续离子注入的掩膜，简化了工艺步骤和工艺要求，降低了制造成本。

在上述技术方案中，优选地，形成第一离子区域3和第二离子区域2，包括以下具体步骤：在所述环形硅栅结构的外侧区域进行第一次离子注入，以形成所述第一离子区域3；在所述第一离子区域3的内侧区域进行第二次离子注入，以形成所述第二离子区域2；对所述第一离子区域3和所述第二离子区域2进行退火处理，以激活所述第一离子区域3和所述第二离子区域2的化学键能。

在该技术方案中，通过依次进行第一次离子注入和第二次离子注入，并进行退火处理，形成了阶梯型分布的第一离子区域3和第二离子区域2，其中，第一离子区域3的离子浓度小于和第二离子区域2的离子浓度，第一离子区域3的结深小于和第二离子区域2的结深。

在上述技术方案中，优选地，所述第一次离子注入的能量低于所述第二次离子注入的能量，所述第一次离子注入的剂量低于所述第二次离子注入的剂量。

在该技术方案中，通过控制两次离子注入的能量和剂量，保证了场效应晶体管的电学性能的可靠性和结构稳定性。

根据本发明的第二方面，还提出了一种场效应晶体管，采用如上述任一项技术方案所述的场效应晶体管的制备方法制备而成。

在该技术方案中，通过采用如上述任一项技术方案形成场效应晶体管，可以保证场效应晶体管的结构可靠性和电学特性。

在上述技术方案中，优选地，如图3所示，所述氧化层掩膜到所述硅栅窗口之间的最小水平间距b大于或等于两个所述硅栅窗口之间的最小水平间距a的四分之一。

在该技术方案中，通过氧化层掩膜到硅栅窗口之间的最小水平间距b大于或等于两个硅栅窗口之间的最小水平间距a的四分之一，保证了场效应晶体管的沟道能够正常导通，进而提高了场效应晶体管的可靠性。

在上述技术方案中，优选地，所述第一离子区域3和所述第二离子区域2的离子类型相同，所述第一离子区域3和第三离子区域4的离子类型相反。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到设计一种场效应晶体管的制备方法以减小栅极电容的技术问题。因此，本发明提出了一种新的场效应晶体管的制备方法和一种场效应晶体管，通过在形成外延层的硅衬底上形成氧化层掩膜和环形栅极结构，减小了栅极结构的平面面积，进而减小了栅极电容，有效地提高了场效应晶体管的开关速率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。