一种MOSFET制造方法和MOSFET结构技术

本申请具体公开了一种MOSFET制造方法和MOSFET结构，该方法包括在重掺杂的N型硅衬底的上表面，形成轻掺杂的N型外延层；在外延层的设定区域形成沟槽；在所述沟槽之中形成栅氧化层和第一多晶硅；在所述沟槽之外的区域形成P型掺杂区；淀积氮化硅；在所述氮化硅上形成至少一个正向偏置的PN结和至少一个反向偏置的PN结串联而成的多晶硅二极管；沉积介质层；采用膜层淀积、光刻、刻蚀的工艺方法，形成引线孔和金属连线。本申请在保证工艺可靠度的同时，采用更简化、更低成本的工艺，从而实现更好的MOSFET性能。

【技术实现步骤摘要】
一种MOSFET制造方法和MOSFET结构
本申请涉及半导体器件制造
，尤其涉及一种MOSFET制造方法和MOSFET结构。
技术介绍
MOSFET芯片是一种分立器件，属于半导体功率器件范畴，与集成电路同属于半导体芯片领域。按照器件物理结构，可将MOSFET芯片分类为平面MOSFET和沟槽MOSFET两个大类，其中沟槽MOSFET的电流密度更高，在中低压MOSFET中占主导地位；按照导电类型，可将MOSFET芯片分类为N型MOSFET和P型MOSFET，其中N型MOSFET的电流密度更高，因此更广泛使用。MOSFET芯片都包含源极、栅极和漏极共3个端口，通常源极和栅极在芯片的正面，漏极在芯片的背面；MOSFET芯片的物理结构中最主要的部分是元胞，MOSFET的元胞包括多晶硅栅、栅氧化层、体区、源区等主要组成部分。MOSFET芯片的栅极与源极、栅极与漏极之间包含有一层薄薄的栅氧化层，栅氧化层是MOSFET芯片的重要组成部分，其在受到外来的高电压冲击时，会被击穿损坏而且这种损坏是不可恢复的，导致整个MOSFET芯片完全失效，因此在实际应用中，对MOSFET芯片的栅极提供静电放电(ESD)保护是非常必要的。通常的做法是，在MOSFET芯片的栅极和源极之间设置一个反向偏置的二极管，此二极管的反向击穿电压低于栅氧化层的可承受电压，当ESD放电产生的电压高于所述二极管的反向击穿电压时，所述二极管发生反向击穿，栅极和源极之间的电压(栅源电压)被二极管钳制，ESD放电产生的能量从二极管泄放，避免了栅氧化层受到损坏，从而实现了对栅氧化层的保护作用；由于ESD放电有可能是正电荷(产生正电压)也有可能是负电荷(产生负电压)，所以通常在MOSFET芯片的栅极和源极之间设置包含有至少一个正向偏置的二极管和一个反向偏置的二极管串联形成的一组二极管，以确保无论ESD放电产生的电压脉冲是正电压或是负电压，都至少有一个二极管处于反向偏置状态，从而达到钳制栅源电压的效果。实践应用案例中，为了降低印刷电路板(PCB)的尺寸及物料成本，通常将实现ESD保护功能的二极管集成于MOSFET芯片内部，即采用单芯片集成的方案，而不需要在PCB板上额外布局更多的ESD保护元件。平面MOSFET芯片的面积比较大、栅氧化层比较厚，因此其元胞吸收ESD能量的能力比较强，通常也就不需要在芯片内部集成ESD保护功能。正因为如此，本案以沟槽MOSFET为实施例，阐述集成ESD保护的MOSFET的制造方法，但本案之方法，也适用于平面MOSFET的制造方法。截至目前，已公布多种可实施于MOSFET的ESD保护电路，如示意图5和示意图6，是两种集成了ESD保护的MOSFET芯片的电路示意图，分别采用一级钳位和两级钳位实现ESD保护，两者的制造方法或相同、或不相同，本案以其中第一种为实施例，对比阐述现有技术与本专利技术之集成ESD保护的沟槽MOSFET的制造方法。在现有技术中，集成ESD保护的MOSFET的制造方法为，通过氧化、光刻和腐蚀工艺在外延层的上表面的设定区域形成场氧化层，然后在有源区(即没有场氧化层覆盖的区域)形成MOSFET的元胞，在场区(即场氧化层覆盖的区域)的场氧化层的上表面形成多晶硅二极管作为ESD保护二极管，这种工艺方法的优点是工艺可靠度高(工艺难度低、易于实现)，缺点是需要采用两次光刻工艺分别形成设定区域的场氧化层和多晶硅，而且其中形成场氧化层的工艺为高温长时间氧化工艺(温度超过1000摄氏度，时间超过30分钟)，导致硅衬底中的掺杂物质在高温工艺过程中向外延层中的扩散较多，从而影响MOSFET的击穿电压。
技术实现思路
本申请提供了一种MOSFET制造方法和MOSFET结构，以解决上述问题。第一方面，本申请提供了一种MOSFET制造方法，所述方法包括：在重掺杂的N型硅衬底的上表面，形成轻掺杂的N型外延层；在外延层的设定区域形成沟槽；在所述沟槽之中形成栅氧化层和第一多晶硅；在所述沟槽之外的区域形成P型掺杂区；淀积氮化硅；在所述氮化硅上形成至少一个正向偏置的PN结和至少一个反向偏置的PN结串联而成的多晶硅二极管；沉积介质层；采用膜层淀积、光刻、刻蚀的工艺方法，形成引线孔和金属连线。第二方面，本申请还提供了一种集成了ESD保护的MOSFET结构，包括：衬底、外延层、元胞、多晶硅二级管和氮化硅；所述外延层设置在所述衬底的上方，所述多晶硅二极管的一端连接于MOSFET的源极，一端连接于MOSFET的栅极；所述氮化硅设置在所述元胞之外的区域的上表面；所述多晶硅二极管位于氮化硅的上表面。本申请公开了一种MOSFET制造方法和MOSFET结构，通过在氮化硅上形成至少一个正向偏置的PN结和至少一个反向偏置的PN结串联而成的多晶硅二极管，在保证工艺可靠度的同时，采用更简化、更低成本的工艺，从而实现更好的MOSFET性能。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请的实施例提供的一种MOSFET制造方法的示意流程图；图2是本申请的实施例提供的MOSFET制造方法的子步骤示意流程图；图3是本申请的实施例提供的MOSFET制造方法的子步骤示意流程图；图4是本申请的实施例提供的MOSFET制造方法的子步骤示意流程图；图5是现有技术的一级钳位集成了ESD保护的MOSFET芯片的电路示意图；图6是现有技术的二级钳位集成了ESD保护的MOSFET芯片的电路示意图；图7为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1021对应的结构示意图；图8为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1022对应的结构示意图；图9为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1023对应的结构示意图；图10为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1024对应的结构示意图；图11为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1031对应的结构示意图；图12为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1032对应的结构示意图；图13为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1033对应的结构示意图；图14为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S104对应的结构示意图；图15为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S105对应的结构示意图；图16为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1061对应的结构示意图；图17为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1062对应的结构示意图；图18为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1063对应的结构示意图；图19为本申请实施例的MOSFET制造方法的步骤S1064对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MOSFET制造方法，其特征在于，包括：/n在重掺杂的N型硅衬底的上表面，形成轻掺杂的N型外延层；/n在外延层的设定区域形成沟槽；/n在所述沟槽之中形成栅氧化层和第一多晶硅；/n在所述沟槽之外的区域形成P型掺杂区；/n淀积氮化硅；/n在所述氮化硅上形成至少一个正向偏置的PN结和至少一个反向偏置的PN结串联而成的多晶硅二极管；/n沉积介质层；/n采用膜层淀积、光刻、刻蚀的工艺方法，形成引线孔和金属连线。/n

【技术特征摘要】
1.一种MOSFET制造方法，其特征在于，包括：
在重掺杂的N型硅衬底的上表面，形成轻掺杂的N型外延层；
在外延层的设定区域形成沟槽；
在所述沟槽之中形成栅氧化层和第一多晶硅；
在所述沟槽之外的区域形成P型掺杂区；
淀积氮化硅；
在所述氮化硅上形成至少一个正向偏置的PN结和至少一个反向偏置的PN结串联而成的多晶硅二极管；
沉积介质层；
采用膜层淀积、光刻、刻蚀的工艺方法，形成引线孔和金属连线。


2.根据权利要求1所述的MOSFET制造方法，其特征在于，所述在外延层的设定区域形成沟槽，包括：
在外延层的上表面形成硬掩模；
采用光刻、刻蚀的工艺方法，去除设定区域的硬掩模，然后去除光刻胶；
以保留的硬掩模为阻挡层，采用刻蚀的工艺方法，在所述外延层中形成沟槽；
去除所述硬掩模。


3.根据权利要求2所述的MOSFET制造方法，其特征在于，在所述沟槽之中形成栅氧化层和第一多晶硅，包括：
采用高温氧化的工艺方法，在所述沟槽的表层形成栅氧化层；
采用化学气相淀积的工艺方法，生长第一多晶硅，所述第一多晶硅位于栅氧化层的上表面并且将所述沟槽填满；
采用研磨或干法刻蚀的工艺方法，去除沟槽之外的第一多晶硅。


4.根据权利要求2或3所述的MOSFET制造方法，其特征在于，所述氮化硅的厚度为100-300nm，和/或；
淀积氮化硅的工艺温度为700-850摄氏度。


5.根据权利要求4所述的MOSFET制造方法，其特征在于，所述在所述氮化硅上形成至少一个正向偏置的PN结和至少一个反向偏置的PN结串联而成的多晶硅二极管，包括：
在氮化硅的上表面淀积第二多晶硅；
对第二多晶硅进行硼原子掺杂，形成P型第二多晶硅；
采用光刻、刻蚀的工艺方法，去除设定区域的P型第二多晶硅，然后去除光刻胶；
采用湿法腐蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，
申请(专利权)人：深圳市汇德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44