專利名稱：帶淺表外延層的外延片形成方法及其外延片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，由其涉及用于功率M0SFET的外延片。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，功率MOSFET (Power MOSFET)在業(yè)界已有極其廣泛的應(yīng)用，所謂功率MOSFET 系指它能輸出較大的工作電流(幾安到幾十安)，用于功率輸出級的器件。
—般地，功率MOSFET都采用外延片。所謂外延片即在原始的低阻襯底 (substrate)硅片上向外延伸一層高阻層。高阻層用來耐受電壓，低阻襯底作為支撐又不增 加很多電阻。器件一般會使用P+硅襯底加一定厚度的P-外延層，使用P+襯底是為了源端 能很好地從背面引出；P-外延層是為了提高器件的源漏擊穿電壓。 以n-type MOSFET(以下簡稱NMOS)的為例，MOSFET的內(nèi)核是位于中央的MOS電 容，而左右兩側(cè)則是它的源極與漏極。源極與漏極的特性必須同為n-type (即NMOS)或是 同為p-type (即PMOS) 。 NMOS的源極與漏極摻雜有在源極與漏極區(qū)域的雜質(zhì)極性為N的高 摻雜濃度區(qū)域。在源極與漏極之間被一個極性相反的區(qū)域隔開，也就是所謂的基極(或稱 基體)區(qū)域。如果是NMOS，那么其基體區(qū)的摻雜就是p-type。反之對PMOS而言，基體應(yīng)該 是n-type，而源極與漏極則為p-type (而且是重?fù)诫s的P+)。由此，無論是NMOS還是PMOS， 漏極區(qū)和源極區(qū)都與襯底而形成在柵極兩邊的兩個PN結(jié)。 對這個NMOS而言，真正用來作為通道、讓載子通過的只有MOS電容正下方半導(dǎo)體 的表面區(qū)域。當(dāng)一個正電壓施加在柵極上，帶負(fù)電的電子就會被吸引至表面，形成通道，讓 n-type半導(dǎo)體的多數(shù)載子一電子可以從源極流向漏極。如果這個電壓被移除，或是放上一 個負(fù)電壓，那么通道就無法形成，載子也無法在源極與漏極之間流動。 假設(shè)操作的對象換成PMOS，那么源極與漏極為p-type、基體則是n-type。在PMOS 的柵極上施加負(fù)電壓，則半導(dǎo)體上的空穴會被吸引到表面形成通道，半導(dǎo)體的多數(shù)載子一 空穴則可以從源極流向漏極。假設(shè)這個負(fù)電壓被移除，或是加上正電壓，那么通道無法形 成， 一樣無法讓載子在源極和漏極間流動。 特別要說明的是，源極在MOSFET里的意思是"提供多數(shù)載子的來源"。對NMOS而 言，多數(shù)載子是電子；對PMOS而言，多數(shù)載子是空穴。相對的，漏極就是接受多數(shù)載子的端 點(diǎn)。 這樣，在MOSFET中，電流就有兩條通路，即經(jīng)過柵極氧化物并且經(jīng)過源極區(qū)或漏 極區(qū)。對于柵極而言，由于其物理結(jié)構(gòu)，經(jīng)過柵極氧化物的電流一般聚集在其角部。當(dāng) MOSFET被擊穿時，柵極氧化物角部處的電流與PN結(jié)處的電流之比為4 : 1。由此可見，很 大程度上是因?yàn)榱鹘?jīng)柵極氧化物角部的電流過大而使得柵極氧化物較容易被擊穿，從而導(dǎo) 致MOSFET的可靠性不夠。圖2為圖2中柵極氧化物角部的放大圖。 現(xiàn)有技術(shù)中，外延片一般為單層，并且其雜質(zhì)摻雜濃度也是恒定的，S卩外延片為均 勻摻雜的單層外延片。圖l示出了一種常見的外延片，其系厚度為45um的單層。該外延片 中摻雜有濃度為2. 24el4/cm-3的磷。
因此，業(yè)界并沒有通過對外延片的層數(shù)以及摻雜濃度進(jìn)行調(diào)諧而改變流經(jīng)柵極氧 化物角部的電流。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可靠性較高
的外延片。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種形成用于MOSFET的外延片的方法，其特征 在于，包括如下步驟(a)形成第一摻雜外延層；(b)在所述第一外延層上形成第二摻雜外 延層，其中所述第二外延層的厚度小于第一外延層，并且其摻雜率低于所述第一外延層的 摻雜率。 較佳地，所述第二外延層的厚度小于所述MOSFET的源極區(qū)和漏極區(qū)的深度。
較佳地，所述第二外延層的摻雜率小于所述第一外延層的摻雜率。
較佳地，所述第一外延層的摻雜率為2. 24el4/cm-3。
較佳地，所述第二外延層摻雜率為4. 51el3/cm-3。 本發(fā)明的外延片形成方法形成兩層不同的外延層。其中第二外延層較淺并且摻雜 率較低，從而使得采用所形成之外延片的MOSFET的柵極氧化物上流經(jīng)的電流較少，從而提 供所述M0SFET的穩(wěn)定性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的外延片的示意圖； 圖2為采用外延片的M0SFET的中柵極氧化物角部的放大圖；
圖3為根據(jù)本發(fā)明的外延片的示意圖；
圖4為示出電流濃度之比的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案，對本發(fā)明的外延片形成方法作進(jìn)一步的說明。
根據(jù)本發(fā)明的外延片形成方法中，首先制備第一外延層，其厚度為15um。所述第一 外延層中摻雜有磷，并且磷的摻雜濃度保持恒定。如圖3所示，第一外延層中的磷摻雜濃度 為2. 24el4/cm-3。 然后通過摻雜或者植入的方法，在所述第一層上形成第二外延層。所述第二外延 層比所述第一外延層淺得多，并且一般厚度不超過將在所述外延片上形成的用于MOSFET 的源極區(qū)和漏極區(qū)的PN結(jié)的深度。本實(shí)施例中，第二外延層的厚度為3um。所述第二外延 層中摻雜有磷，并且磷的摻雜濃度比所述第一外延層低得多。具體地，本實(shí)施例中，如圖3 所示，第二外延層中的磷摻雜濃度為4. 51el3/cm-3。 由此，就形成了根據(jù)本發(fā)明的外延片形成方法的帶有淺表面外延層的外延片。
先對根據(jù)本發(fā)明的外延片形成方法的帶有淺表面外延層的外延片進(jìn)行電學(xué)特性 的仿真，以說明本發(fā)明的效果。 由電學(xué)仿真可知，當(dāng)采用根據(jù)本發(fā)明的外延片形成方法的帶有淺表面外延層的外 延片的M0SFET被擊穿時，柵極氧化物角部處的電流與PN結(jié)處的電流之比降為2 : 3。圖
44示出了采用根據(jù)本發(fā)明的外延片的MOSFET的PN結(jié)和柵極氧化物處的電流濃度與采用現(xiàn) 有外延片的MOSFET的PN結(jié)和柵極氧化物處的電流濃度的比較。圖4中，Y軸為在PN結(jié)和 柵極氧化物處連線的位置，而X軸為電流的強(qiáng)度，并且以實(shí)線表示采用根據(jù)本發(fā)明的外延 片的MOSFET的PN結(jié)和柵極氧化物處的電流濃度，以虛線表示采用現(xiàn)有外延片的MOSFET的 PN結(jié)和柵極氧化物處的電流濃度。此外，如圖4所示，曲線的起始處為角部的電流分布，而 曲線在Y軸超過8微米處的尖峰標(biāo)識PN結(jié)處的電流。由圖4可知，采用根據(jù)本發(fā)明的外延 片的MOSFET的柵極氧化物的角部處的電流濃度比采用根據(jù)本發(fā)明的外延片的MOSFET的柵 極氧化物的角部處的電流濃度小得多，由此可靠性更好。此外，采用根據(jù)本發(fā)明的外延片的 MOSFET的PN結(jié)處的電流濃度和采用現(xiàn)有外延片的MOSFET的柵極氧化物處的電流濃度差不 多，由此在減小角部電流濃度的同時達(dá)成相同的電學(xué)特性。
此外，漏源擊穿電壓和通態(tài)時的漏源電阻等參數(shù)也未發(fā)生明顯降級。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)。 (1)本發(fā)明的外延片形成方法形成兩層不同的外延層。其中第二外延層較淺并且 摻雜率較低，從而使得采用所形成之外延片的MOSFET的柵極氧化物上流經(jīng)的電流較少，從 而提供所述MOSFET的穩(wěn)定性。 (2)本發(fā)明的帶有淺表面外延層的外延片在優(yōu)化經(jīng)過采用其的MOSFET的柵極氧 化物的電流的同時，使得所述MOSFET的漏源擊穿電壓和通態(tài)時的漏源電阻等參數(shù)也未發(fā) 生明顯降級。 上文僅用于闡述本發(fā)明的具體實(shí)施例，其具體的參數(shù)選擇不應(yīng)理解為對本發(fā)明的 限制。具體地，第一、第二外延層的厚度，所摻雜的元素以及摻雜濃度不受具體實(shí)施例的限 制。 以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的幾個較佳實(shí)施例，并不能以此來限定本發(fā)明的范 圍。任何對本發(fā)明的裝置作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的部件的替換、組合、分立，以及對本發(fā)明實(shí) 施步驟作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種形成用于MOSFET的外延片的方法，其特征在于，包括如下步驟(a)形成第一摻雜外延層；(b)在所述第一外延層上形成第二摻雜外延層，其中所述第二外延層的厚度小于第一外延層，并且其摻雜率低于所述第一外延層的摻雜率。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二外延層的厚度小于所述MOSFET的 源極區(qū)和漏極區(qū)的深度。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二外延層的摻雜率小于所述第一外 延層的摻雜率。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一外延層的摻雜率為2. 24el4/cm-3。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二外延層摻雜率為4. 51el3/cm-3。
6. —種用于MOSFET的外延片，其特征在于包括 第一摻雜外延層；第二摻 雜外延層，其中所述第二外延層的厚度小于第一外延層，并且其摻雜率低于所 述第一外延層的摻雜率。
7. 如權(quán)利要求6所述的外延片，其特征在于，所述第二外延層的厚度小于所述MOSFET 的源極區(qū)和漏極區(qū)的深度。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二外延層的摻雜率小于所述第一外 延層的摻雜率。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一外延層的摻雜率為2. 24el4/cm-3。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二外延層摻雜率為4. 51el3/cm-3。
全文摘要
一種形成用于MOSFET的外延片的方法，其特征在于，包括如下步驟(a)形成第一摻雜外延層；(b)在所述第一外延層上形成第二摻雜外延層，其中所述第二外延層的厚度小于第一外延層，并且其摻雜率低于所述第一外延層的摻雜率。本發(fā)明的外延片形成方法形成兩層不同的外延層。其中第二外延層較淺并且摻雜率較低，從而使得采用所形成之外延片的MOSFET的柵極氧化物上流經(jīng)的電流較少，從而提供所述MOSFET的穩(wěn)定性。
文檔編號H01L21/20GK101777498SQ20101002270
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者吳小利, 許丹 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司