场效应晶体管的制备方法和场效应晶体管与流程

本发明涉及半导体芯片技术领域，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，vdmos(verticaldouble-diffusionmetal-oxide-semiconductor，垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管)的基本结构如图1所示，n型场效应管包括：衬底102、栅氧化层104、多晶硅层106(即栅极)、第一氧化层108、p-体区110、n+源区112(即源极)、第二氧化层114以及金属层116。

在制作过程中，通过二氧化硅反刻形成侧墙，也即多晶硅层106被栅氧化层104、第一氧化层108和第二氧化层114封闭地包覆，从而隔离源极和栅极(如图1所示的n+源区)。

但是，由于第二氧化层114经过蚀刻后形成的侧墙比较薄，同时由于采用干法刻蚀工艺会对该侧墙造成离子损伤，从而造成侧墙结构的隔离效果差，进而导致栅极与源极之间的漏电流过大，最终降低场效应晶体管的可靠性。

因此，如何设计一种新的场效应晶体管的制备方案以降低栅极与源极之间的漏电流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案，通过在二氧化硅侧墙的基础上生成一层未经过干法刻蚀的氮化硅层，增加了侧墙的厚度和绝缘性，进而提升了侧墙的隔离效果，降低了栅极和源极之间的漏电流，提升了器件可靠性。

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：在衬 底上依次形成栅氧化层、多晶硅层和第一氧化层；依次对第一氧化层和多晶硅层进行图形化刻蚀至栅氧化层为止，以形成注入窗口；在注入窗口对应的衬底依次形成体区和源区；在形成源区的衬底上依次形成氮化硅层和第二氧化层；采用干法刻蚀工艺对第二氧化层进行反刻处理至暴露出氮化硅层为止；对暴露出的氮化硅层进行湿法刻蚀处理，以形成包括氮化硅层和第二氧化层的侧墙结构；以第一氧化层和侧墙结构为掩蔽，依次对源区和体区进行刻蚀，以形成金属接触孔；采用金属溅射工艺在形成金属接触孔的衬底上形成金属电极，以完成场效应晶体管的制备。

在该技术方案中，通过在二氧化硅侧墙外侧生成一层未经过干法刻蚀的氮化硅层，增加了侧墙的厚度和绝缘性，进而提升了侧墙的隔离效果，降低了栅极和源极之间的漏电流，提升了器件可靠性。

在上述技术方案中，优选地，在衬底上依次形成栅氧化层、多晶硅层和第一氧化层，具体包括以下步骤：采用温度范围为900℃至1000℃的热氧化工艺在衬底上形成栅氧化层。

在该技术方案中，通过温度范围为900℃至1000℃的热氧化工艺在衬底上形成栅氧化层，一方面，降低了衬底的热应力，另一方面，提升了栅氧化层的致密性，提升了器件可靠性。

在上述技术方案中，优选地，在衬底上依次形成栅氧化层、多晶硅层和第一氧化层，具体还包括以下步骤：采用温度范围为500℃至700℃的化学气相淀积工艺形成多晶硅层。

在该技术方案中，通过采用温度范围为500℃至700℃的化学气相淀积工艺形成多晶硅层，形成了可靠高且低应力的多晶硅层，以作为场效应晶体管的栅极，进一步地提升了器件的可靠性。

在上述任一项技术方案中，优选地，在衬底上依次形成栅氧化层、多晶硅层和第一氧化层，具体还包括以下步骤：采用温度范围为900℃至1100℃的热氧化工艺形成第一氧化层。

在该技术方案中，通过采用温度范围为900℃至1100℃的热氧化工艺形成第一氧化层，形成了致密的第一氧化层，进而提高了刻蚀硅栅过程的可靠性。具体地，由于第一氧化层和多晶硅层的刻蚀比大，一般为1:500以上，也即，即使刻蚀硅栅时第一氧化层上的光刻胶被刻蚀光，也不会对第一氧化层减薄，工艺可靠性高且稳定。

在上述任一项技术方案中，优选地，在注入窗口对应的衬底依次形成体区和源区，具体包括以下步骤：p型掺杂的离子的注入剂量范围为1.0e13/cm²至1.0e15/cm²，注入能量范围80kev至120kev，在注入窗口中形成p型体区。

在该技术方案中，通过在注入窗口形成体区和源区，形成了场效应晶体管的功能层，工艺简单且生产成本低，利于大规模推广生产。

在上述任一项技术方案中，优选地，在注入窗口对应的衬底依次形成体区和源区，具体还包括以下步骤：以温度范围为900℃至1200℃，时间范围为60分钟至180分钟的退火工艺对p型体区进行驱入处理。

在该技术方案中，通过对p型体区进行驱入处理，激活了p型体区的化学键，从而实现了场效应晶体管的电学特性，保证了器件可靠地工作。

在上述任一项技术方案中，优选地，在注入窗口对应的衬底依次形成体区和源区，具体还包括以下步骤：n型掺杂的离子的注入剂量范围为1.0e15/cm²至1.0e16/cm²，注入能量范围100kev至150kev，在注入窗口中形成n型源区。

在该技术方案中，通过设定n型掺杂的离子的注入剂量范围为1.0e15/cm²至1.0e16/cm²，注入能量范围100kev至150kev，在注入窗口中形成n型源区，形成了场效应晶体管的功能层，工艺简单且生产成本低，利于大规模推广生产。

在上述任一项技术方案中，优选地，在形成源区的衬底上依次形成氮化硅层和第二氧化层，具体包括以下步骤：采用温度范围为600℃至1000℃的化学气相淀积工艺形成氮化硅层。

在该技术方案中，通过形成氮化硅层，加厚了侧墙结构，从而增强了栅极和源区(即源极)之间的电学隔离，工艺改进成本低且兼容性高，利于场效应晶体管的批量生产和推广。

在上述任一项技术方案中，优选地，对暴露出的氮化硅层进行湿法刻蚀处理，以形成包括氮化硅层和第二氧化层的侧墙结构，具体包括以下步骤：采用加热至100℃至200℃的磷酸溶液对暴露出的氮化硅层进行湿法刻蚀处理，以形成侧墙结构。

在该技术方案中，通过采用加热至100℃至200℃的磷酸溶液对暴露出的氮化硅层进行湿法刻蚀处理，以形成侧墙结构，降低了氮化硅层造成 的应力影响，进而提升了器件可靠性，降低了器件的栅漏电流。

另外，上述氧化层的刻蚀可以采用hf化合物，刻蚀多晶硅可以采用sf6、ch3f和chcl3等化合物。

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，因此，该场效应晶体管具有和上述技术方案中任一项所述的场效应晶体管的制备方法相同的技术效果，在此不再赘述。

值得特别强调的是，通过上述制备方法制备获得n型场效应晶体管，将n型掺杂的离子掺杂步骤和p型掺杂的离子掺杂步骤对调，可以获得p型场效应晶体管，同样地，p型场效应晶体管的侧墙结构同样包括氧化硅层和未经刻蚀的氮化硅层，具有极高的可靠性和极低的栅源漏电流。

通过以上技术方案，通过在二氧化硅侧墙外侧生成一层未经过干法刻蚀的氮化硅层，增加了侧墙的厚度和绝缘性，进而提升了侧墙的隔离效果，降低了栅极和源极之间的漏电流，提升了器件可靠性。

附图说明

图1示出了相关技术中场效应晶体管的结构的示意图；

图2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；

图3至图14示出了根据本发明的实施例的场效应晶体管的制备过程的剖面示意图。

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，本发明还可以采用第三方不同于在此描述的第三方方式来实施，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2至图14对根据本发明的实施例的场效应晶体管的制备方法进行具体说明。

如图2至图14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202，在衬底102上依次形成栅氧化层104、多晶硅层106和第一氧化层108；步骤204，依次对第一氧化层108和多晶硅层106进行图形化刻蚀至栅氧化层104为止，以形成注入窗口；步骤206，在注入窗口对应的衬底102依次形成体区110和源区112；步骤208，在形成源区112的衬底102上依次形成氮化硅层118和第二氧化层114；步骤210，采用干法刻蚀工艺对第二氧化层114进行反刻处理至暴露出氮化硅层118为止；步骤212，对暴露出的氮化硅层118进行湿法刻蚀处理，以形成包括氮化硅层118和第二氧化层114的侧墙结构；步骤214，以第一氧化层108和侧墙结构为掩蔽，依次对源区112和体区110进行刻蚀，以形成金属接触孔；步骤216，采用金属溅射工艺在形成金属接触孔的衬底102上形成金属电极116，以完成场效应晶体管的制备。

在该技术方案中，通过在二氧化硅侧墙外侧生成一层未经过干法刻蚀的氮化硅层118，增加了侧墙的厚度和绝缘性，进而提升了侧墙的隔离效果，降低了栅极和源极之间的漏电流，提升了器件可靠性。

在上述技术方案中，优选地，在衬底102上依次形成栅氧化层104、多晶硅层106和第一氧化层108，具体包括以下步骤：采用温度范围为900℃至1000℃的热氧化工艺在衬底102上形成栅氧化层104。

在该技术方案中，通过温度范围为900℃至1000℃的热氧化工艺在衬底102上形成栅氧化层104，一方面，降低了衬底102的热应力，另一方面，提升了栅氧化层104的致密性，提升了器件可靠性。

在上述技术方案中，优选地，在衬底102上依次形成栅氧化层104、多晶硅层106和第一氧化层108，具体还包括以下步骤：采用温度范围为500℃至700℃的化学气相淀积工艺形成多晶硅层106。

在该技术方案中，通过采用温度范围为500℃至700℃的化学气相淀积工艺形成多晶硅层106，形成了可靠高且低应力的多晶硅层106，以作为场效应晶体管的栅极，进一步地提升了器件的可靠性。

在上述任一项技术方案中，优选地，在衬底102上依次形成栅氧化层104、多晶硅层106和第一氧化层108，具体还包括以下步骤：采用温度范围为900℃至1100℃的热氧化工艺形成第一氧化层108。

在该技术方案中，通过采用温度范围为900℃至1100℃的热氧化工艺 形成第一氧化层108，形成了致密的第一氧化层108，进而提高了刻蚀硅栅过程的可靠性。具体地，由于第一氧化层108和多晶硅层106的刻蚀比大，一般为1:500以上，也即，即使刻蚀硅栅时第一氧化层108上的光刻胶被刻蚀光，也不会对第一氧化层108减薄，工艺可靠性高且稳定。

在上述任一项技术方案中，优选地，在注入窗口对应的衬底102依次形成体区110和源区112，具体包括以下步骤：p型掺杂的离子的注入剂量范围为1.0e13/cm²至1.0e15/cm²，注入能量范围80kev至120kev，在注入窗口中形成p型体区110。

在该技术方案中，通过在注入窗口形成体区110和源区112，形成了场效应晶体管的功能层，工艺简单且生产成本低，利于大规模推广生产。

在上述任一项技术方案中，优选地，在注入窗口对应的衬底102依次形成体区110和源区112，具体还包括以下步骤：以温度范围为900℃至1200℃，时间范围为60分钟至180分钟的退火工艺对p型体区110进行驱入处理。

在该技术方案中，通过对p型体区110进行驱入处理，激活了p型体区110的化学键，从而实现了场效应晶体管的电学特性，保证了器件可靠地工作。

在上述任一项技术方案中，优选地，在注入窗口对应的衬底102依次形成体区110和源区112，具体还包括以下步骤：n型掺杂的离子的注入剂量范围为1.0e15/cm²至1.0e16/cm²，注入能量范围100kev至150kev，在注入窗口中形成n型源区112。

在该技术方案中，通过设定n型掺杂的离子的注入剂量范围为1.0e15/cm²至1.0e16/cm²，注入能量范围100kev至150kev，在注入窗口中形成n型源区112，形成了场效应晶体管的功能层，工艺简单且生产成本低，利于大规模推广生产。

在上述任一项技术方案中，优选地，在形成源区112的衬底102上依次形成氮化硅层118和第二氧化层114，具体包括以下步骤：采用温度范围为600℃至1000℃的化学气相淀积工艺形成氮化硅层118。

在该技术方案中，通过形成氮化硅层118，加厚了侧墙结构，从而增强了栅极和源区112(即源极)之间的电学隔离，工艺改进成本低且兼容性高，利于场效应晶体管的批量生产和推广。

在上述任一项技术方案中，优选地，对暴露出的氮化硅层118进行湿法刻蚀处理，以形成包括氮化硅层118和第二氧化层114的侧墙结构，具体包括以下步骤：采用加热至100℃至200℃的磷酸溶液对暴露出的氮化硅层118进行湿法刻蚀处理，以形成侧墙结构。

在该技术方案中，通过采用加热至100℃至200℃的磷酸溶液对暴露出的氮化硅层118进行湿法刻蚀处理，以形成侧墙结构，降低了氮化硅层118造成的应力影响，进而提升了器件可靠性，降低了器件的栅漏电流。

下面结合图3至图14对本发明的制作方法进行进一步说明。

如图3所示，在生长温度为900℃至1000℃的条件下，在衬底102上形成厚度范围为0.01um至0.02um的栅氧化层104。

如图4所示，采用温度范围为500℃至700℃的化学气相淀积工艺形成多晶硅层106，厚度范围为0.01um至0.02um。

如图5所示，采用温度范围为900℃至1100℃的热氧化工艺形成第一氧化层108，厚度范围为0.2um至1.0um。

如图6所示，通过光刻将需要刻蚀的区域显露出来，然后通过干法刻蚀，去除不需要的第一氧化层108和多晶硅层106。

如图7所示，p型掺杂的离子的注入剂量范围为1.0e13/cm²至1.0e15/cm²，注入能量范围80kev至120kev，在注入窗口中形成所述p型体区110，以温度范围为900℃至1200℃，时间范围为60分钟至180分钟的退火工艺对所述p型体区进行驱入处理，其中，p型掺杂的离子为硼离子等。

如图8所示，以注入剂量范围为1.0e15/cm²至1.0e16/cm²，注入能量范围100kev至150kev，在注入窗口注入n型掺杂的离子形成n型源区112，n型掺杂的离子为氮离子或磷离子等。

如图9所示，采用温度范围600℃至1000℃的化学气相淀积工艺形成氮化硅层118。

如图10所示，采用化学气相淀积工艺生成第二氧化层114，厚度范围0.1um至1.0um。

如图11所示，采用干法刻蚀的工艺，刻蚀第二氧化层114形成外侧墙。

如图12所示，采用加热至100℃至200℃的磷酸溶液对暴露出的氮化 硅层118进行湿法刻蚀处理，以形成外侧墙。

如图13所示，采用干法刻蚀工艺，将n+源区112刻蚀穿透到p-体区110。

如图14所示，采用溅射工艺生成金属层，金属层可以包括铝、金、钨或铜合金，厚度范围为1um至5um，然后通过涂胶、曝光、显影等工艺，对金属层进行图形化刻蚀。

根据本发明的实施例的场效应晶体管的结构，包括：衬底102、栅氧化层104、多晶硅层106、第一氧化层108、p-体区110、n+源区112、第二氧化层114、金属层116以及氮化硅层118，通过在第二氧化层114侧墙外侧生成一层未经过干法刻蚀的氮化硅层118，增加了侧墙的厚度和绝缘性，进而提升了侧墙的隔离效果，降低了栅极和源极之间的漏电流，提升了器件可靠性。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中降低栅极与源极之间的漏电流的技术问题，本发明提出了一种新的场效应晶体管的制备方案，通过在二氧化硅侧墙外侧生成一层未经过干法刻蚀的氮化硅层，增加了侧墙的厚度和绝缘性，进而提升了侧墙的隔离效果，降低了栅极和源极之间的漏电流，提升了器件可靠性。

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。