一种Ｐ沟道耗尽型ＭＯＳ晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ｐ沟道耗尽型ＭＯＳ晶体管及其制备方法，该方法包括：在Ｎ型衬底基片待制备ＭＯＳ电极区域之外的上表面制备场氧化层，并在未被所述场氧化层覆盖的区域制备栅氧化层；在所述栅氧化层上面待制备ＭＯＳ栅极的区域，制备未掺杂的多晶硅层；从所述Ｎ型衬底基片上方未被场氧化层覆盖的区域注入设定剂量的硼离子，使所述未掺杂的多晶硅层形成Ｐ型多晶硅层，以及使未被所述未掺杂的多晶硅层和场氧化层覆盖的Ｎ型衬底基片上面表层区域形成Ｐ型源（漏）区；对形成源（漏）区和Ｐ型多晶硅层后的Ｎ型衬底基片进行退火处理，得到Ｐ沟道耗尽型ＭＯＳ晶体管。上述方法简化了制备工艺，提高了晶体管开启电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤指一种P沟道耗尽型MOS (金属-氧化物-半导体， Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管及其制备方法。
技术介绍
P沟道增强型MOS晶体管的开启电压小于0，由于小于开启电压的电压值才能使晶 体管导通，因此，当P沟道增强型MOS晶体管的栅极与源极电压之差(简称“栅源电压”)为 0时，MOS管不能开启工作；P沟道耗尽型MOS晶体管的开启电压大于0，因此，当栅源电压为 0时，MOS管可以开启工作，即源极和漏极之间导通。传统的P沟道耗尽型MOS晶体管的制备工艺，一般在P沟道MOS晶体管的N型多 晶硅栅的下方制作P型导电沟道，使得在栅源电压为0时，源极和漏极能够导通。具体工艺 步骤如下步骤1 在N型衬底基片上面生长的薄氧化层。N型衬底采用单晶硅，薄氧化层的生长在高温炉管中完成。步骤2 在薄氧化层上面生长氮化硅层。氮化硅层的生长在在低温炉管中完成。步骤3:进行第一次光刻。在N型衬底基片的待制备MOS电极的区域(准备制作MOS晶体管的栅极/源极/ 漏极的区域)的氮化硅层的上面覆盖光刻胶。非MOS电极的区域则不需要覆盖光刻胶。图1为N型衬底基片第一次覆盖光刻胶后的截面结构示意图。其中，包括N型衬 底基片、生长的薄氧化层、生长的氮化硅层、以及第一次覆盖的光刻胶。步骤4:刻蚀氮化硅层。将没有光刻胶覆盖区域的氮化硅刻蚀掉。图2为完成氮化硅层刻蚀后截面结构示意图。步骤5 去除第一次覆盖的光刻胶。完成氮化硅刻蚀步骤之后，第一次光刻覆盖在待制备MOS电极区域的光刻胶的作 用已经完成，就可以将光刻胶去除了。图3为去除第一次覆盖的光刻胶之后的截面结构示意图。步骤6 生长场氧化层在高温炉管中完成生长厚氧化层，这种厚氧化层被称之为“场氧化层”。由于氮化 硅有阻挡氧化的物理机制，被氮化硅覆盖的区域不会生长氧化层。图4为生长场氧化层之后的截面结构示意图。步骤7:剥离氮化硅层。完成步骤6的场氧化层生长后，氮化硅的作用已经完成，所以需要将氮化硅层去 除。步骤8:剥离薄氧化层。完成步骤7剥离氮化硅层的步骤之后，薄氧化层缓减氮化硅层与衬底基片之间的 应力的作用已经完成，因此需要去除。图5为剥离氮化硅层和薄氧化层之后的截面结构示意图。步骤9 生成牺牲氧化层。生长牺牲氧化层的目的就是使有较多表面缺陷的N型衬底基片上表面与氧气在 高温下发生化学反应而被消耗掉。图6为生长牺牲氧化层后的截面结构示意图。步骤10 进行第二次光刻。在N型衬底基片的待制备MOS电极(包括栅极/源极/漏极等)的区域之外的其 他区域、即场氧化层的上面覆盖光刻胶；待制备MOS电极的区域则不需要覆盖光刻胶。步骤11 在待制备MOS电极的区域注入硼离子，形成P型表层。在待制备MOS电极的区域中，即没有被光刻胶覆盖的N型衬底基片的上表面区域 中，采用离子注入设备注入硼离子。其他被光刻胶覆盖的上表面区域中则会由于光刻胶的 阻挡而不会被注入硼离子。被注入硼离子的N型衬底基片的上表面区域，由于硼离子的注入，反型成为具一 定厚度的P型表层。图7为进行第二次光刻并形成P型表层后的截面结构示意图。上述注入硼离子的剂量越大，耗尽程度(即开启电压)也会越大，通常注入硼离子 的剂量在3E12 lE131on/CM2，注入完成后形成的P型表层的厚度约在30 80纳米之间。步骤12 去除第二次光刻覆盖的光刻胶。完成硼离子注入步骤之后，第二次光刻覆盖在场氧化层上面的光刻胶的作用已经 完成，就可以将光刻胶去除了。步骤13 剥离牺牲氧化层。去除第二次光刻覆盖的光刻胶之后，就可以去除牺牲氧化层为后边生成栅氧化层 做准备了。去除光氧化层后就可以裸露出没有缺陷的N型衬底基片表面了。由于生成栅氧 化层时，对N型衬底基片表面质量的要求比较高，上述步骤9、13的目的就是去除N型衬底 基片表面具有缺陷的一层单晶硅。图8即为去除第二次光刻覆盖的光刻胶并剥离牺牲氧化层之后的截面结构示意 图。步骤14:生长栅氧化层。生长栅氧化层也是在高温炉管中进行的，栅氧化层也是薄氧化层，是MOS晶体管 结构的重要组成部分。生长的栅氧化层参见图9所示。步骤15 淀积N型多晶硅层。在栅氧化层和场氧化层的上面采用化学气相淀积的方式淀积一层N型多晶硅，化 学气相淀积一般在低温炉管中进行。参见图9所示，淀积的N型多晶硅层的厚度一般在 150 400纳米之间。步骤16 进行第三次光刻。在N型衬底基片的待制备MOS栅极的区域的N型多晶硅层的上面覆盖光刻胶，非 MOS栅极电极的区域则不需要覆盖光刻胶。图9为N型衬底基片第三次覆盖光刻胶后的截面结构示意图。其中，包括N型衬 底基片上生长的栅氧化层、淀积的N型多晶硅层、以及第三次覆盖的光刻胶。步骤17 对淀积的N型多晶硅层进行刻蚀。将没有光刻胶覆盖区域的N型多晶硅层刻蚀掉。图10为对N型多晶硅层刻蚀后截面结构示意图。步骤18 去除第三次光刻覆盖的光刻胶。完成N型多晶硅层刻蚀步骤之后，第三次光刻覆盖在待制备MOS电极的区域上面 的光刻胶的作用已经完成，就可以将光刻胶去除了。步骤19 进行第四次光刻。在N型衬底基片的待制备MOS电极(包括栅极/源极/漏极等)区域之外的区域 即场氧化层的上面覆盖光刻胶；待制备MOS电极的区域则不需要覆盖光刻胶。图11为N型衬底基片第四次覆盖光刻胶后的截面结构示意图。步骤20 在待制备MOS电极的区域再次注入硼离子，形成P型源(漏)区。在待制备MOS电极的区域中，即没有被光刻胶覆盖的N型衬底基片的上表面区域 中，采用离子注入设备再注入硼离子。其他被光刻胶覆盖的上表面区域中则会由于光刻胶 的阻挡而不会被注入硼离子，同时，N型多晶硅层所覆盖的区域由于N型多晶硅层的阻挡也 会被注入硼离子。在第一次注入硼离子形成P型表层的基础上，被注入硼离子的N型衬底基片的上 面表层区域，由于硼离子的注入，形成P型源(漏)区。未注入硼离子的P型表层即为P型 导电沟道。图12为形成P型源(漏)区后的截面结构示意图。上述再次注入硼离子的剂量通常在2E15 5E151on/CM2(其中，2E15表示2乘以 10的15次幂，lon/CM2表示每平方厘米的离子个数)，注入完成后形成的P型源(漏)区的 厚度约在30 80纳米之间。步骤21 去除第四次光刻覆盖的光刻胶。完成再次注入硼离子的步骤之后，第四次光刻覆盖在场氧化层上面的光刻胶的作 用已经完成，就可以将光刻胶去除了。去除第四次覆盖的光刻胶之后的截面结构参见图13。步骤22 对形成源(漏)区之后的N型衬底基片进行退火处理，得到P沟道耗尽 型MOS晶体管。退火处理一般使用高温炉管中进行，通过退火处理使注入的硼离子被激活，呈现 导电特性。最终形成截面结构如图13所示的P沟道耗尽型MOS晶体管。退火温度一般为 800 950度，时间在20 50分钟。其中，两个P型源(漏)区作为源极或漏极，一般一个作为源极，另一个作为漏极， N型多晶硅层作为栅极，实现导电功能。上述现有技术中的P沟道耗尽型MOS晶体管制备方法，包括步骤1-8制备场氧化 层、步骤9-13注入硼离子形成P型表层，步骤14制备栅氧化层、步骤15-18制备N型多晶 硅层，步骤19再次注入硼离子形成P型源(漏)区。其制作流程复杂，需要多次光刻和离 子注入(整个过本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｐ沟道耗尽型ＭＯＳ晶体管制备方法，其特征在于，包括：在Ｎ型衬底基片待制备ＭＯＳ电极区域之外的上表面制备场氧化层，并在未被所述场氧化层覆盖的区域制备栅氧化层；在所述栅氧化层上面待制备ＭＯＳ栅极的区域，制备未掺杂的多晶硅层；在所述Ｎ型衬底基片上方未被场氧化层覆盖的区域注入设定剂量的硼离子，使所述未掺杂的多晶硅层形成Ｐ型多晶硅层，以及使未被所述未掺杂的多晶硅层和场氧化层覆盖的Ｎ型衬底基片上面表层区域形成Ｐ型源（漏）区；对形成源（漏）区和Ｐ型多晶硅层后的Ｎ型衬底基片进行退火处理，得到Ｐ沟道耗尽型ＭＯＳ晶体管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘光燃，马万里，张立荣，
申请(专利权)人：北大方正集团有限公司，深圳方正微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]