專(zhuān)利名稱(chēng)：場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層及其制造
方法。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，場(chǎng)效應(yīng)晶體管等半導(dǎo)體器件已經(jīng)取得了廣泛應(yīng)用。場(chǎng) 效應(yīng)晶體管已經(jīng)成為最為常用的電壓控制器件之一。 如圖1所示，現(xiàn)有的場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括柵極、源極和漏極(接觸層)，柵極與源極之 間設(shè)有介質(zhì)層ILD，源極和漏極之間設(shè)有導(dǎo)通電阻Rdson，導(dǎo)通電阻Rdson包括串聯(lián)在一起 的溝道電阻Rch、表面積累層電阻Ra、"頸"電阻Rjfet、外延層n-Epi的外延層電阻R印i、襯 底n+Sub的襯底電阻Rsub、接觸層電阻Rc。導(dǎo)通電阻Rdson的電阻率為溝道電阻Rch、表面 積累層電阻Ra、"頸"電阻Rjfet、外延層電阻R印i、襯底電阻Rsub以及接觸層電阻Rc的電 阻率之和，即Rdson = Rch+Ra+Rjfet+R印i+Rsub+Rc。 為了減少導(dǎo)通電阻Rdson的電阻率的值，人們想到了減少外延層電阻R印i的電阻 率的方法，外延層電阻R印i變小時(shí)，耗盡層會(huì)隨著外延層電阻R印i電阻率的降低而變薄， 此時(shí)，圖1中點(diǎn)劃線所示的耗盡層的邊界會(huì)朝兩側(cè)彎曲，經(jīng)過(guò)外延層電阻R印i的電流的導(dǎo) 通通道就變寬了，從而導(dǎo)通電阻Rdson也會(huì)減小，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電性能也得到了提高， 性能越好的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其體積就可以做的越小，單片晶片上場(chǎng)效應(yīng)晶體管的個(gè)數(shù)就也 可以設(shè)置更多，單片晶片的成本也就越小。 現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)專(zhuān)門(mén)的晶體管注入設(shè)備以及晶體管注入驅(qū)進(jìn)的設(shè)備，采用如圖3 所示的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入(JFET implant)方法以及如圖4所示的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 注入驅(qū)進(jìn)(JFET drivein)方法在采用外延生長(zhǎng)(印itaxialgrowth)法制成的如圖2所示 的外延層上部注入摻雜元素(圖3與圖4中的虛線表示所注入的摻雜元素的邊界)，從而提 高外延層上部的摻雜元素的摻雜濃度，用以減少外延層電阻的電阻率。由于摻雜元素的濃 度越高的半導(dǎo)體電阻率越小，所以該方法一定程度上減少了外延層的電阻率。
現(xiàn)有技術(shù)中采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)的方法，雖 然一定程度上能夠減少外延層電阻的電阻率，從而提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能，但至少存在 如下問(wèn)題 由于現(xiàn)有技術(shù)中采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入以及結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)的 方法需要專(zhuān)門(mén)的晶體管注入設(shè)備以及晶體管注入驅(qū)進(jìn)的設(shè)備且操作比較復(fù)雜、工藝難度較 大，所以延長(zhǎng)了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造時(shí)間，導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造效率比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，用于簡(jiǎn)化場(chǎng)效應(yīng)晶體 管的外延層的結(jié)構(gòu)，從而提高其制造效率，降低其工藝難度，同時(shí)提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延 層的性能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例所提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，包括設(shè)于漏 極上的襯底之上的第一外延層，所述第一外延層上還設(shè)有至少一層第二外延層，所述第一 外延層以及所述第二外延層均包含有摻雜元素，所述第二外延層內(nèi)摻雜元素的濃度大于所 述第一外延層。 本發(fā)明的第二目的在于提供了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法，用于提高 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造效率，降低其工藝難度，同時(shí)提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的 性能。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例所提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法， 包括以下步驟 采用外延生長(zhǎng)方法在漏極上的襯底之上形成包含有摻雜元素的第一外延層；
采用外延生長(zhǎng)方法在所述第一外延層上形成至少一層包含有摻雜元素且摻雜元 素的濃度大于所述第一外延層的第二外延層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層制造過(guò)程中，由于在漏極上的襯 底之上形成包含有摻雜元素的第一外延層以及在第一外延層上形成至少一層包含有摻雜 元素且摻雜元素的濃度大于第一外延層的第二外延層的方法采用的均是外延生長(zhǎng)方法，而 同樣的方法可以采用同樣的設(shè)備，在制成第一外延層以后轉(zhuǎn)換為制造第二外延層的過(guò)程中 設(shè)備無(wú)需停頓，只需調(diào)節(jié)設(shè)備所釋放的摻雜元素的量即可改變所制造的第二外延層中摻雜 元素的含量，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn) 的方法，本發(fā)明所提供的方法更為簡(jiǎn)單、工藝難度較小，而且制造時(shí)間也較短，場(chǎng)效應(yīng)晶體 管的制造效率也相對(duì)更高； 同時(shí)，第一外延層上的第二外延層的所包含的摻雜元素濃度大于第一外延層，所 以第二外延層的電阻率小于第一外延層，其導(dǎo)電性能也優(yōu)于第一外延層，第二外延層與第 一外延層的電阻率之和小于現(xiàn)有技術(shù)中厚度與第二外延層與第一外延層厚度之和相同的 未采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)方法制成的外延層的電阻率， 所以本發(fā)明能減少外延層電阻的電阻率，在提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能方面，也能達(dá)到與現(xiàn) 有技術(shù)中采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)的方法相同的效果。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的剖視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入方法注入 摻雜元素的方法示意圖； 圖4為圖3所示采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入方法注入摻雜元素后形成的外延層再
采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)方法所制成的外延層的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層及其制造方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)
4中的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層制造方法比較復(fù)雜、工藝難度較大，延長(zhǎng)了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制
造時(shí)間，導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造效率比較低的技術(shù)問(wèn)題。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。 如圖5和圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，包括設(shè)于漏極 上的襯底n+Sub之上的第一外延層n-Epil，第一外延層n-Epil上還設(shè)有至少一層第二外 延層n-Epi2，第一外延層n-Epil以及第二外延層n-Epi2均包含有摻雜元素，第二外延層 n-Epi2的摻雜濃度大于第一外延層n-Epil。 由于本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層制造過(guò)程中，在漏極上的襯底n+Sub之上形成 包含有摻雜元素的第一外延層n-Epil以及在第一外延層n-Epil上形成至少一層包含有摻 雜元素且摻雜元素的濃度大于第一外延層n-Epil的第二外延層n-Epi2的方法采用均是外 延生長(zhǎng)方法，而同樣的方法可以采用同樣的設(shè)備，在制成第一外延層n-Epil以后轉(zhuǎn)換為制 造第二外延層n-Epi2的過(guò)程中設(shè)備無(wú)需停頓，只需調(diào)節(jié)設(shè)備所釋放的摻雜元素的量即可 改變所制造的第二外延層n-Epi2中摻雜元素的含量，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng) 晶體管注入和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)的方法，本發(fā)明所提供的方法更為簡(jiǎn)單、工藝難 度較小，而且制造時(shí)間也較短，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造效率也相對(duì)更高； 同時(shí)，第一外延層n-Epil上的第二外延層n-Epi2的所包含的摻雜元素濃度大于 第一外延層n-Epi 1 ，所以第二外延層n-Epi2的電阻率小于第一外延層n-Epi 1 ，其導(dǎo)電性能 也優(yōu)于第一外延層n-Epil，第二外延層n-Epi2與第一外延層n-Epil的電阻率之和小于現(xiàn) 有技術(shù)中厚度與第二外延層與第一外延層厚度之和相同的未采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入 和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)方法制成的外延層的電阻率； 本發(fā)明中如圖5中所示的耗盡層會(huì)隨著外延層電阻R印i電阻率的降低而變薄，此 時(shí)圖5中點(diǎn)劃線所示的耗盡層的邊界會(huì)朝兩側(cè)彎曲，經(jīng)過(guò)外延層電阻R印i的電流的導(dǎo)通通 道就變寬了，從而導(dǎo)電性能也就提高了，可見(jiàn)，在提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能方面，能達(dá)到與 現(xiàn)有技術(shù)中采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)的方法相同的效果； 所以解決了現(xiàn)有技術(shù)存在制造方法比較復(fù)雜、工藝難度較大，延長(zhǎng)了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造 時(shí)間，導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造效率比較低的技術(shù)問(wèn)題。 本實(shí)施例中第一外延層n-Epil上設(shè)有一層第二外延層n-Epi2。 一層第二外延層 n-Epi2結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、比較容易制造而且能有效減少本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的電阻率。 第一外延層n-Epil和第二外延層n-Epi2的材料為硅，摻雜元素為磷。硅為常見(jiàn)、 低廉且性能穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料，磷為低廉且性能穩(wěn)定的摻雜元素，摻雜有磷，尤其正五價(jià)的 磷離子的半導(dǎo)體的電阻率會(huì)下降比較明顯。 —方面由于第一外延層n-Epil的厚度越大，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的耐壓性能越好；另一 方面第二外延層n-Epi2的厚度受到場(chǎng)效應(yīng)晶體管體積的限制，不宜太厚；所以第二外延層 n-Epi2的厚度小于第一外延層n-Epil的厚度，優(yōu)選為第二外延層n_Epi2的厚度與第一外 延層n-Epil的厚度的比值為1/20 1/3之間。 本發(fā)明實(shí)施例中場(chǎng)效應(yīng)晶體管為垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管 本發(fā)明實(shí)施例所提供場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法，包括以下步驟 采用外延生長(zhǎng)方法在如圖5和圖6所示的漏極上的襯底n+Sub之上形成包含有摻雜元素的第一外延層n-Epil ; 采用外延生長(zhǎng)方法在第一外延層n-Epil上形成至少一層包含有摻雜元素且摻雜 元素的濃度大于第一外延層n-Epil的第二外延層n-Epi2。 由于形成第一外延層n-Epil以及第二外延層n-Epi2的方法，采用均是外延生長(zhǎng) 方法，而同樣的方法可以采用同樣的設(shè)備，在制成第一外延層n-Epil以后轉(zhuǎn)換為制造第二 外延層n-Epi2的過(guò)程中設(shè)備無(wú)需停頓，只需調(diào)節(jié)設(shè)備所釋放的摻雜元素的量，改變所制造 的第二外延層n-Epi2中摻雜元素的含量，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入 和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管注入驅(qū)進(jìn)的方法更為簡(jiǎn)單、制造時(shí)間也較短，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造效 率也相對(duì)更高。 本實(shí)施例中外延生長(zhǎng)法優(yōu)選為采用化學(xué)汽相淀積方法(或稱(chēng)氣相外延生長(zhǎng)法)。 化學(xué)汽相淀積方法是一種用氣態(tài)反應(yīng)原料在固態(tài)基體表面反應(yīng)并淀積成固體薄層或薄膜 的工藝，是一種比較成熟的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延生長(zhǎng)法。該方法將硅與摻雜元素噴射于漏 極上的襯底n+Sub之上從而依次形成第一外延層n-Epi 1以及第二外延層n-Epi2，在制成第 一外延層n-Epil以后，制造第二外延層n-Epi2的過(guò)程中設(shè)備無(wú)需停頓，只需調(diào)節(jié)設(shè)備所噴 射的摻雜元素的量即可改變所制造的第二外延層n-Epi2中摻雜元素的含量。
本實(shí)施例中在第一外延層n-Epil僅形成一層第二外延層n-Epi2。第一外延層 n-Epil和第二外延層n-Epi2的材料為硅，摻雜元素為磷。第二外延層n-Epi2的厚度小于 第一外延層n-Epil的厚度，第二外延層n-Epi2的厚度與第一外延層n-Epil的厚度的比值 為1/20 1/3之間。 該場(chǎng)效應(yīng)晶體管為垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，包括設(shè)于漏極上的襯底之上的第一外延層，其特征在于所述第一外延層上還設(shè)有至少一層第二外延層，所述第一外延層以及所述第二外延層均包含有摻雜元素，所述第二外延層內(nèi)摻雜元素的濃度大于所述第一外延層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，其特征在于所述第一外延層上設(shè) 有一層所述第二外延層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，其特征在于所述第一外延層和所 述第二外延層的材料為硅，所述摻雜元素為磷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，其特征在于所述第二外 延層的厚度與所述第一外延層的厚度的比值為1/20 1/3之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，其特征在于該場(chǎng)效應(yīng)晶體管為垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
6. —種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法，其特征在于包括以下步驟 采用外延生長(zhǎng)法在漏極上的襯底之上形成包含有摻雜元素的第一外延層； 采用外延生長(zhǎng)法在所述第一外延層上形成至少一層包含有摻雜元素且摻雜元素的濃度大于所述第一外延層的第二外延層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法，其特征在于在所述第 一外延層形成一層所述第二外延層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法，其特征在于所述第一 外延層和所述第二外延層的材料為硅，所述摻雜元素為磷。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法，其特征在于 所述第二外延層的厚度與所述第一外延層的厚度的比值為1/20 1/3之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法，其特征在于 該場(chǎng)效應(yīng)晶體管為垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層及其制造方法，涉及半導(dǎo)體芯片技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有技術(shù)存在制造方法比較復(fù)雜、工藝難度較大，導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造效率比較低的技術(shù)問(wèn)題。該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層，包括設(shè)于漏極的襯底之上的第一外延層，第一外延層上還設(shè)有至少一層第二外延層，第一外延層以及第二外延層均包含有摻雜元素，第二外延層的摻雜元素的濃度大于第一外延層。該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外延層的制造方法，包括以下步驟采用外延生長(zhǎng)法在漏極上的襯底之上形成包含有摻雜元素的第一外延層；采用外延生長(zhǎng)法在第一外延層上形成至少一層包含有摻雜元素且摻雜元素的濃度大于第一外延層的第二外延層。本發(fā)明應(yīng)用于提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造效率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101728423SQ20081022409
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者劉鵬飛, 方紹明, 王新強(qiáng), 陳勇, 陳洪寧 申請(qǐng)人:北大方正集團(tuán)有限公司;深圳方正微電子有限公司