场效应功率晶体管及其制作方法
阅读说明：本技术 场效应功率晶体管及其制作方法 (Field effect power transistor and manufacturing method thereof ) 是由 宋滨 陈越 于 2020-07-09 设计创作，主要内容包括：本申请实施例提供场效应功率晶体管及其制作方法,涉及半导体器件制作技术领域。通过控制栅氧层与多晶层的厚度,有效阻止P型体区制作过程中,注入的正价离子(比如硼正离子)进入到JFET区,将JFET区中的负价离子(比如磷负离子)中和,使得JFET区中导电离子的浓度减少,确保JFET区中导电离子的浓度稳定,引线孔刻蚀使用双功率刻蚀控制N+区掺杂离子区域的过刻蚀量,保证了N+区掺杂离子浓度不会因为过刻导致明显减少,保证N+区掺杂离子浓度的重复性和稳定性,从而保证批次间或同一批次不同的场效应晶体管保持相对稳定的RDSON参数。(The embodiment of the application provides a field effect power transistor and a manufacturing method thereof, and relates to the technical field of semiconductor device manufacturing. By controlling the thickness of the gate oxide layer and the polycrystalline layer, injected positive ions (such as boron positive ions) enter the JFET region and neutralize negative ions (such as phosphorus negative ions) in the JFET region, so that the concentration of conductive ions in the JFET region is reduced, the concentration stability of the conductive ions in the JFET region is ensured, double-power etching is used for etching the pin holes to control the over-etching amount of the doped ion region of the N + region, the concentration of the doped ions of the N + region is ensured not to be obviously reduced due to the over-etching, the repeatability and stability of the concentration of the doped ions of the N + region are ensured, and the relatively stable RDSON parameters of different field effect transistors in one batch or the same batch are ensured.)
技术领域
本申请涉及半导体器件制作技术领域，具体而言，涉及一种场效应功率晶体管及其制作方法。
背景技术
场效应功率晶体管在国民经济的各个领域的电子产品中得到广泛使用，比如，场效应晶体管中的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(Vertical Double-diffusedMetal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称VDMOS)，场效应功率晶体管的导通电阻(RDSON)对产品性能有重要的意义，如何在场效应功率晶体管的生产过程中，保证批次间或同一批次不同的场效应晶体管保持相对稳定的RDSON参数，对本领域技术人员而言是急需要解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述技术背景中所提及的技术问题，本申请实施例提供一种场效应功率晶体管及其制作方法。
本申请的第一方面，提供一种场效应功率晶体管的制作方法，所述方法包括：
提供一衬底(101)；
在所述衬底(101)的上表面制作JFET区(104)和位于该JFET区(104)两侧的P阱区(103)；
在所述衬底(101)上表面一侧制作厚度范围为400-1200埃的栅氧层(105)；
在所述栅氧层(105)远离所述衬底(101)的一侧制作厚度不小于5500埃的多晶层(106)；
对所述多晶层(106)及栅氧层(105)进行刻蚀形成P型体区窗口，通过注入离子并进行推结处理，在所述衬底(101)的上表面制作P型体区(107)；
在所述P型体区(107)上制作N+区(108)，所述N+区(108)与所述P阱区(103)邻接；
在所述衬底(101)的上表面一侧沉积绝缘层(109)；
对位于所述衬底(101)上表面相对两侧的所述绝缘层(109)进行刻蚀；
在所述衬底(101)的上表面一侧制作第一金属层(110)，所述第一金属层(110)与所述P阱区(103)及N+区(108)接触；
在所述衬底(101)的下表面一侧制作第二金属层(111)。
在本申请的一种可能实施例中，在所述衬底(101)的上表面制作JFET区(104)和P阱区(103)，包括：
在所述衬底(101)的上表面生长厚度范围为4000埃-5000埃的氧化层(102)；
在所述氧化层(102)上分别刻蚀形成JFET区窗口和P阱区窗口；
通过所述JFET区窗口和所述P阱区窗口分别向所述衬底(101)注入离子；
对注入离子后的所述衬底(101)进行推结处理，在所述衬底(101)上表面形成JFET区(104)和P阱区(103)。
在本申请的一种可能实施例中，在所述衬底(101)上表面一侧制作厚度范围为400-1200埃的栅氧层(105)，包括：
在生长温度范围950-1100摄氏度，气态环境为纯氧气和三氯乙烯的生长环境下，基于所述衬底(101)上表面一侧生长厚度范围为400-1200埃的栅氧层(105)。
在本申请的一种可能实施例中，在所述栅氧层(105)远离所述衬底(101)的一侧制作厚度不小于5500埃多晶层(106)，包括：
在生长温度范围500-800摄氏度下，基于所述栅氧层(105)远离所述衬底(101)的一侧生长厚度不小于5500埃的多晶层(106)。
在本申请的一种可能实施例中，在所述P型体区(107)上制作N+区(108)，包括：
在所述P型体区(107)上涂覆光刻胶层；
对所述光刻胶层进行刻蚀，得到N+区窗口；
在100-130Kev的注入能量下，通过所述N+区窗口，向所述P型体区(107)注入剂量不小于3E15的砷离子，得到N+区(108)。
在本申请的一种可能实施例中，对位于所述衬底(101)上表面相对两侧的所述绝缘层(109)进行刻蚀，包括：
在所述绝缘层(109)上涂覆光刻胶层；
对所述光刻胶层进行刻蚀，在所述衬底(101)上表面相对两侧的所述绝缘层(109)上刻蚀出引线区域窗口；
采用先高刻蚀功率后低刻蚀功率的方式，对所述引线区域窗口对应的所述绝缘层(109)进行刻蚀，将所述N+区(108)裸露出来。
在本申请的一种可能实施例中，所述制作方法还包括：
采用两次干法方式去除所述引线区域窗口内的光刻胶；
再采用包括HF溶液、SC-1溶液及SC-2溶液的混合溶液去除所述衬底(101)上表面的氧化层和残胶，其中，SC-1溶液包括质量比为1:1:5-1:5:10的NH4OH、H2O2及H2O，SC-2溶液包括质量比为1:1:5-1:5:10的HCL、H2O2及H2O。
在本申请的一种可能实施例中，在基于所述衬底(101)的上表面一侧制作第一金属层(110)之后，所述制作方法还包括：
在温度为400摄氏度，气态环境为氮气和氢气的混合气体的工作环境下，对所述第一金属层(110)及所述衬底(101)进行合金化处理。
本申请的第二方面，还提供一种场效应功率晶体管，包括：
衬底(101)；
制作于所述衬底(101)上表面的JFET区(104)以及位于该JFET区(104)两侧的P阱区(103)；
制作于所述衬底(101)上表面，且位于所述P阱区(103)与所述JFET区(104)之间的P型体区(107)，其中所述P阱区(103)掺杂正价离子，所述P型体区(107)也掺杂正价离子；
制作于所述P型体区(107)上且与所述P阱区(103)邻接的N+区(108)；
制作于所述衬底(101)上表面一侧的栅氧层(105)，所述栅氧层(105)至少覆盖所述JFET区(104)，所述栅氧层(105)的厚度为400-1200埃；
制作于所述栅氧层(105)远离所述衬底(101)一侧的多晶层(106)，所述多晶层(106)的厚度不小于5500埃；
制作于所述衬底(101)上表面一侧的绝缘层(109)，所述绝缘层(109)覆盖在所述多晶层(106)上；
制作于所述衬底(101)上表面一侧的第一金属层(110)，所述第一金属层(110)覆盖在所述绝缘层(109)上，且所述第一金属层(110)与所述P阱区(103)及N+区(108)接触；
制作于所述衬底(101)下表面一侧的第二金属层(111)。
在本申请的一种可能实施例中，所述绝缘层(109)的厚度为8000-10000埃。
本申请实施例提供场效应功率晶体管及其制作方法，通过控制栅氧层(105)与多晶层(106)的厚度，有效阻止P型体区(107)制作过程中，注入的正价离子(比如硼正离子)进入到JFET区(104)，将JFET区(104)中的负价离子(比如磷负离子)中和，使得JFET区(104)中导电离子的浓度减少，确保JFET区(104)中导电离子的浓度稳定，从而保证批次间或同一批次不同的场效应晶体管保持相对稳定的RDSON参数。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种场效应功率晶体管的结构剖面示意图；
图2为本申请实施例提供的制作图1中场效应功率晶体管的方法流程示意图；
图3A-图3K为本申请实施例提供的制作图1中场效应功率晶体管的制作工艺图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了解决背景技术中提及的技术问题，发明人创新性地设计以下的场效应功率晶体管结构。
请参照图1，图1示出了本申请实施例提供的一种场效应功率晶体管的结构剖面示意图。
场效应功率晶体管可以包括：衬底101、P阱区103、JFET区104、栅氧层105、多晶层106、P型体区107、N+区108、绝缘层109、第一金属层110及第二金属层111。
JFET区104位于衬底101的上表面，P阱区103位于JFET区104的两侧，在本申请实施例中，衬底101采用N型半导体衬底片，JFET区104掺杂负价离子(比如，磷负离子)，P阱区103掺杂正价离子(比如，硼正离子)。
P型体区(P body区)107位于衬底101的上表面，且P型体区107位于P阱区103与JFET区104之间，其中，P型体区掺杂正价离子(比如，硼正价离子)。
N+区108位于P型体区107上，且N+区与P阱区103邻接。栅氧层105制作于衬底101的上表面一侧，栅氧层105至少覆盖JFET区104，且栅氧层105的厚度为400-1200埃。
多晶层106制作于栅氧层105远离衬底101的一侧，多晶层106的厚度不小于5500埃。
绝缘层109制作于衬底101上表面一侧，绝缘层109覆盖在多晶层106上。在本申请实施例中，绝缘层109可以为硼磷硅玻璃层(Boro-phospho-silicate Glass，简称BPSG)。
第一金属层110制作于衬底101上表面一侧，第一金属层110覆盖在绝缘层109上，且第一金属层110与P阱区103及N+区接触。在本申请实施例中，第一金属层110可以为金属铝层。
第二金属层111制作于衬底101下表面一侧，在本申请实施例中，第二金属层111可以包括三层金属，三层金属依次是Ti、Ni及Ag，第二金属层111的厚度范围为100～10000埃。
在本申请实施例中，栅极层105连接金属电极作为场效应功率晶体管的栅极，第一金属层110作为场效应功率晶体管的源极，第二金属层111作为场效应功率晶体管的漏极。
上述实施例提供的场效应功率晶体管，由于栅氧层105与多晶层106的厚度较厚，能有效阻止P型体区107制作过程中，注入的正价离子进入到JFET区104，将JFET区104中的负价离子中和，使得JFET区104中导电离子的浓度减少，确保JFET区104中导电离子的浓度稳定，从而保证批次间或同一批次不同的场效应晶体管保持相对稳定的RDSON参数。
请参照图2，本申请实施例还提供一种用于制作上述场效应功率晶体管的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤S201，提供一衬底101。
请参照图3A，提供一N型[110]晶向的衬底片。
步骤S202，在衬底101上表面制作JFET区104和位于该JFET区104两侧的P阱区103。
在本申请实施例中，步骤S202可以通过以下制程实现。
首先，请参照图3B，在衬底101的上表面生成一层氧化层102。
具体地，在1100摄氏度的高温环境下，通入氢气和氧气，在衬底101的上表面生成一层氧化层102，氧化层102的厚度范围可以为4000埃～5000埃，优选地，氧化层102的厚度为4500埃。
接着，请参照图3C，在氧化层102上分别通过涂敷光刻胶、光刻、刻蚀、去胶形成JFET区窗口和P阱区窗口。
再接着，通过JFET区窗口和P阱区窗口分别向衬底101注入离子。
具体地，在100Kev的注入能量下，通过JFET区窗口向衬底101注入磷离子，磷离子的注入量可以为1-4E12；然后在80Kev的注入能量下，通过P阱区窗口向衬底101注入硼离子，硼离子的注入量可以为5E14-1E15。
最后，请参照图3D，对注入离子后的所述衬底101进行推结处理，在衬底101上表面形成JFET区104和P阱区103。
具体地，在1150摄氏度高温的氮气环境下，进行大约90-180分钟推结处理，在衬底101上表面形成JFET区104和P阱区103。
在上述过程中，可以先在氧化层102上通过涂敷光刻胶、光刻、刻蚀、去胶形成JFET区窗口，再通过JFET区窗口向衬底101注入离子；接着，再在氧化层102上通过涂敷光刻胶、光刻、刻蚀、去胶形成P阱区窗口，再通过P阱区窗口向衬底101注入离子；最后再进行离子推结处理，得到JFET区104和P阱区103。可以理解的是，刻蚀JFET区窗口和P阱区窗口的顺序和注入离子顺序是可以调整。
步骤S203，请参照图3E，在衬底101上表面一侧制作厚度范围为400-1200埃的栅氧层105。
具体地，在生长温度范围950-1100摄氏度，气态环境为纯氧气和三氯乙烯的生长环境下，基于衬底101上表面一侧生长厚度范围为400-1200埃的栅氧层105。
步骤S204，请参照图3F，在栅氧层105远离衬底101的一侧制作厚度不小于5500埃的多晶层106。
具体地，在生长温度范围500-800摄氏度下，基于栅氧层105远离衬底101的一侧生长厚度不小于5500埃的多晶层106。
在步骤S304及步骤S305中，通过控制栅氧层与多晶层的厚度，可以有效阻止P型体区制作过程中，注入的正价离子进入到JFET区，将JFET区中的负价离子中和，使得JFET区中导电离子的浓度减少，确保JFET区中导电离子的浓度稳定，从而保证批次间或同一批次不同的场效应晶体管保持相对稳定的RDSON参数。
步骤S205，请参照图3G，对多晶层106及栅氧层105进行通过涂敷光刻胶、光刻、刻蚀、去胶形成P型体区窗口，通过注入离子并进行推结处理，在衬底101的上表面制作P型体区107。
在步骤S205中，在80Kev-120Kev的注入能量下，通过P型体区窗口向衬底101注入硼正离子，硼正离子注入量的范围可以为2E13-5E13。
具体地，在步骤S205的推结处理过程中，P阱区103中的离子继续向衬底101的下表面扩散，使得P阱区103的结深变深，在本申请实施例中，经过步骤S205之后，P阱区103的结深大于P型体区107的结深。
步骤S206，请参照图3H，在P型体区107上制作N+区108，N+区108与P阱区103邻接。
在本申请实施例中，步骤S206可以通过以下制程实现。
首先，在P型体区107上涂覆光刻胶层。
接着，对光刻胶层进行光刻、刻蚀、去胶，得到N+区窗口；
最后，在80-130Kev的注入能量下，通过N+区窗口向P型体区107注入剂量不小于3E15的砷离子，得到N+区108。
在步骤S206中，注入砷离子的剂量较大，可以确保注入的砷离子可以和衬底101中的硅形成良好的欧姆接触，以形成良好的接触电阻，确保RDSON参数的稳定。
步骤S207，请参照图3I，在衬底101的上表面一侧沉积绝缘层109。
步骤S208，请参照图3J，对位于衬底101上表面相对两侧的绝缘层109进行刻蚀。
在本申请实施例中，步骤S208可以通过以下制程实现。
首先，在绝缘层109上涂覆光刻胶层。
接着，对光刻胶层进行光刻、刻蚀、去胶，在衬底101上表面相对两侧的绝缘层109上刻蚀出引线区域窗口；
最后，采用先高刻蚀功率后低刻蚀功率的方式，对引线区域窗口对应的绝缘层109进行刻蚀，将N+区108裸露出来。
在步骤S208中，由于N+区108的结深较浅，在刻蚀引线区域窗口时需要控制刻蚀量，通过先高刻蚀功率后低刻蚀功率的刻蚀方式，即可以缩短器件的制作时间，又可以确保N+区不会被过度刻蚀，影响场效应功率晶体管的RDSON参数。
步骤S209，请参照图3K，在衬底101的上表面一侧制作第一金属层110，第一金属层110与P阱区103及N+区108接触。
步骤S210，请再次参照图1，在衬底101的下表面一侧制作第二金属层111。
进一步地，在本申请实施例中，在步骤S208之后，场效应功率晶体管制作方法还包括：
采用两次干法方式去除引线区域窗口内的光刻胶；
再采用包括HF溶液、SC-1溶液及SC-2溶液的混合溶液去除所述衬底101上表面的氧化层和残胶，其中，SC-1溶液包括质量比为1:1:5-1:5:10的NH4OH、H2O2及H2O，SC-2溶液包括质量比为1:1:5-1:5:10的HCL、H2O2及H2O。
进一步地，在步骤S209之后，场效应功率晶体管制作方法还包括：
在温度为380-450摄氏度，气态环境为氮气和氢气的混合气体的工作环境下，对所述第一金属层110及所述衬底101进行合金化处理。
通过上述步骤的去胶操作，可以使第一金属层110与引线区域窗口对应的硅形成良好的合金，确保场效应功率晶体管的RDSON参数稳定，防止因存在残胶而导致第一金属层110与引线区域窗口对应的硅无法形成良好合金，而导致RDSON参数增加。进一步地，在制作第一金属层110之前，采用SC-1溶液和SC-2溶液去除衬底101上表面的氧化层，可以确保第一金属层110与引线区域窗口对应的硅形成良好合金。
综上所述，本申请实施例提供场效应功率晶体管及其制作方法。通过控制栅氧层与多晶层的厚度，有效阻止P型体区制作过程中，注入的正价离子(比如硼正离子)进入到JFET区，将JFET区中的负价离子(比如磷负离子)中和，使得JFET区中导电离子的浓度减少，确保JFET区中导电离子的浓度稳定，确保场效应功率晶体管的RDSON参数稳定。进一步地，在得到N+区108时，注入剂量较大离子可以确保N+区108与衬底101形成良好的欧姆接触，同时通过控制N+区的刻蚀方式，也可以确保场效应功率晶体管的RDSON参数稳定。再进一步通过干法去胶两次，和SC-1，SC-2清洗去除胶层和氧化层，也可以进一步保证场效应功率晶体管的RDSON参数稳定。通过对上述制作工艺中各个步骤的控制，可以保证批次间或同一批次不同的场效应晶体管保持相对稳定的RDSON参数。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。