專利名稱：溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，尤其是一種具有高組件密度 的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法。
背景技術(shù)：
金氧半導(dǎo)體組件依據(jù)其電流走向的不同，可區(qū)分為平面式(planar)與垂直式 (vertical)兩種。在平面式金氧半導(dǎo)體組件中，源極與汲極設(shè)置于半導(dǎo)體底材的同一個(gè)平 面上，以產(chǎn)生水平方向的導(dǎo)通電流。相比之下，垂直式金氧半導(dǎo)體組件的源極與汲極則是分 別設(shè)置于半導(dǎo)體底材的上表面與下表面，以產(chǎn)生垂直方向的導(dǎo)通電流。對于水平式金氧半導(dǎo)體組件而言，其耐壓取決于源極與汲極間的通道寬度。相比 之下，垂直式金氧半導(dǎo)體組件的耐壓則是取決于半導(dǎo)體底材的摻雜濃度。因此，水平式金氧 半導(dǎo)體組件往往會(huì)在半導(dǎo)體底材上占據(jù)較大的面積，而不利于組件密度的提高。在垂直式 金氧半導(dǎo)體組件中，依據(jù)其閘極設(shè)置的不同，又可區(qū)分為水平式閘極與溝渠式閘極等不同 類型。其中，溝渠式閘極金氧半導(dǎo)體組件將閘極設(shè)置于半導(dǎo)體底材表面的溝渠內(nèi)，以縮小閘 極在半導(dǎo)體底材表面所占據(jù)的面積，尤其有利于提高組件密度。圖1為一典型溝渠式閘極金氧半導(dǎo)體組件的示意圖。如圖中所示，此溝渠式閘極 金氧半導(dǎo)體組件形成于一半導(dǎo)體底材10上。此半導(dǎo)體底材由一半導(dǎo)體基板12與一磊晶層 14所構(gòu)成。閘極20設(shè)置于一溝渠內(nèi)，并且通過一閘極氧化層22與磊晶層14分隔。井區(qū) 30位于閘極20的兩側(cè)。源極區(qū)40設(shè)置于井區(qū)30內(nèi)。源極金屬層60連接至源極區(qū)40，并 通過一重?fù)诫s區(qū)32連接至井區(qū)30。為了分隔源極金屬層60與閘極20，在閘極20上具有一層間介電層50。此層間介 電層50覆蓋位于溝渠內(nèi)的閘極20，并具有接觸窗暴露井區(qū)30與源極區(qū)40。源極金屬層60 則是通過層間介電層50的接觸窗連接至井區(qū)30與源極區(qū)40。此溝渠式閘極金氧半導(dǎo)體組件的制作至少需要使用三道光罩，通過微影工藝，分 別定義出閘極20、源極區(qū)40、以及層間介電層50的位置。每一道光罩的對準(zhǔn)過程，都可能 產(chǎn)生誤差。為了解決此對準(zhǔn)誤差，位于閘極20上方的層間介電層50的寬度必須大于閘極 20的寬度，以提供足夠的余裕確保源極金屬層60與閘極20相連。同時(shí)，源極區(qū)40也必須 具有足夠的寬度，以防止源極區(qū)40被層間介電層50完全覆蓋而無法與源極金屬層60相連 接。如上述，金氧半導(dǎo)體組件的尺寸除了受限于微影工藝的最小線寬外，還受限于各 個(gè)光罩的對準(zhǔn)過程所產(chǎn)生的對準(zhǔn)誤差。舉例來說，假設(shè)微影工藝的最小線寬L為0. 5微米， 對準(zhǔn)誤差el，e2范圍為0. 1微米。在此情況下，層間介電層50的寬度必須將0. 1微米的對 準(zhǔn)誤差el估算在內(nèi)，并且源極區(qū)40的寬度也必須將0. 1微米的對準(zhǔn)誤差e2估算在內(nèi)。也 就是說，此金氧半導(dǎo)體組件必須預(yù)留至少0. 4微米的寬度來因應(yīng)對準(zhǔn)誤差。因此在現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝技術(shù)的限制下，如何克服縮小金氧半導(dǎo)體組件的尺寸， 以提高組件密度，是本技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)重要的課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是利用既有的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，縮小金氧半導(dǎo)體組件 的尺寸，以提高組件密度，降低生產(chǎn)成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，包括 下列步驟(a)提供一半導(dǎo)體底材；(b)形成一閘極溝渠于該半導(dǎo)體底材內(nèi)，此閘極溝渠由 半導(dǎo)體底材的一上表面向下延伸；(C)形成一閘極于閘極溝渠內(nèi)；(d)形成一介電結(jié)構(gòu)于 閘極上方，此介電結(jié)構(gòu)突出半導(dǎo)體底材的上表面；(e)形成一井區(qū)于半導(dǎo)體底材的上部分； (f)形成一源極區(qū)于井區(qū)內(nèi)，并且鄰接于閘極；(g)全面沉積一介電層于半導(dǎo)體底材上，其 中，位于該介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第一介電層大致遮蔽該源極區(qū)；(h)以介電結(jié)構(gòu)與位于介電 結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第一介電層為屏蔽，以離子植入方式形成一重?fù)诫s區(qū)于井區(qū)內(nèi)；(i)去除至 少部分的該第一介電層，以裸露源極區(qū)與重?fù)诫s區(qū)；以及(j)制作一源極金屬層連接該源 極區(qū)與該重?fù)诫s區(qū)。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該閘極溝渠于該半導(dǎo)體底 材的步驟包括形成一圖案層于該半導(dǎo)體底材的該上表面；制作一第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)于該圖案層的至少一開口的側(cè)邊；以及通過該圖案層與該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)蝕刻該半導(dǎo)體底材，以形成該閘極溝渠。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，所述第一介電層為一低溫氧化層。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，所述介電結(jié)構(gòu)延伸至該閘極溝 渠內(nèi)部。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，所述通過該圖案層與該第一側(cè) 壁結(jié)構(gòu)蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成該間極溝渠的步驟后，還包括制作一第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)至少覆蓋該閘極溝渠的側(cè)邊；以及通過該圖案層、該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)與該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)，蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成一 凹槽于該閘極溝渠的下方。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，在制作該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)之前，還 包括形成一第二摻雜區(qū)于該閘極溝渠的底部；其中，形成于該閘極溝渠下方的該凹槽將該第二摻雜區(qū)分成兩部分。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該閘極的步驟包括以該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)為屏蔽，形成一厚介電層于該凹槽的內(nèi)側(cè)表面；移除該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)；形成一閘極介電層于該閘極溝渠的內(nèi)側(cè)表面；以及形成一多晶硅結(jié)構(gòu)于該閘極溝渠內(nèi)。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，所述厚介電層以濕氧化方式形 成于該凹槽的內(nèi)側(cè)表面。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，所述介電結(jié)構(gòu)的寬度約等于該
6閘極溝渠的寬度。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該源極區(qū)的步驟包括形成一第一摻雜區(qū)于該井區(qū)的上部分；全面沉積一第二介電層于該半導(dǎo)體底材上；以及以該介電結(jié)構(gòu)與位于該介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第二介電層為屏蔽，去除部分的該第一 摻雜區(qū)，以形成一源極區(qū)鄰接于該閘極溝渠，并且裸露位于該第一摻雜區(qū)下方的該井區(qū)；其中，該第一介電層位于該第二介電層上。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，所述第二介電層為一低溫氧化層。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該閘極溝渠于該半導(dǎo)體底 材的步驟包括形成一圖案層于該半導(dǎo)體底材的上表面；通過該圖案層以形成一凹陷于該半導(dǎo)體底材的表面區(qū)域；制作一側(cè)壁結(jié)構(gòu)至少覆蓋該凹陷的側(cè)邊；以及通過該圖案層與該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)，蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成該閘極溝渠于該凹陷 下方。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該介電結(jié)構(gòu)突出該半導(dǎo)體 底材的步驟包括填入介電材料于該凹陷內(nèi)以形成該介電結(jié)構(gòu)；以及以選擇性蝕刻方式，移除該半導(dǎo)體底材的該表面區(qū)域，以使該介電結(jié)構(gòu)突出該半 導(dǎo)體底材；其中，所述介電結(jié)構(gòu)的寬度略大于該閘極溝渠的寬度。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該井區(qū)與該源極區(qū)的步驟 早于制作該介電結(jié)構(gòu)的步驟但晚于形成該閘極的步驟，形成該源極區(qū)的步驟包括移除該側(cè)壁結(jié)構(gòu)；以及以離子植入方式形成該源極區(qū)于該凹陷的底部。為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方 法，包括下列步驟(a)提供一半導(dǎo)體底材；(b)形成一閘極溝渠于半導(dǎo)體底材內(nèi)，此閘極溝 渠由半導(dǎo)體底材的一上表面向下延伸；(c)形成一閘極于閘極溝渠內(nèi)；(d)形成一介電結(jié)構(gòu) 于閘極上方，此介電結(jié)構(gòu)突出半導(dǎo)體底材的上表面，并且，該介電結(jié)構(gòu)的寬度約等于該閘極 溝渠的寬度；(e)形成一井區(qū)于半導(dǎo)體底材的上部分；(f)形成一第一摻雜區(qū)于井區(qū)的上部 分；(g)全面沉積一介電層于半導(dǎo)體底材上；(h)以介電結(jié)構(gòu)與位于介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的第一介 電層為屏蔽，去除部分的第一摻雜區(qū)，以形成一源極區(qū)鄰接于閘極溝渠，并且裸露位于第一 摻雜區(qū)下方的井區(qū)；(i)形成一重?fù)诫s區(qū)于井區(qū)內(nèi)；(j)去除至少部分的介電層，以裸露源 極區(qū)與重?fù)诫s區(qū)；以及(k)制作一源極金屬層連接源極區(qū)與重?fù)诫s區(qū)。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該閘極溝渠于該半導(dǎo)體底 材的步驟包括形成一圖案層于該半導(dǎo)體底材的該上表面；制作一第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)于該圖案層的至少一開口的側(cè)邊；以及
通過該圖案層與該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)蝕刻該半導(dǎo)體底材，以形成該閘極溝渠。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，通過該圖案層與該第一側(cè)壁結(jié) 構(gòu)蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成該間極溝渠的步驟后，還包括制作一第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)至少覆蓋該閘極溝渠的側(cè)邊；以及通過該圖案層、該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)與該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)，蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成一 凹槽于該閘極溝渠的下方。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，在制作該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)之前，還 包括形成一第二摻雜區(qū)于該閘極溝渠的底部；其中，形成于該閘極溝渠下方的該凹槽將該第二摻雜區(qū)分成兩部分。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該閘極的步驟包括以該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)為屏蔽，形成一厚介電層于該凹槽的內(nèi)側(cè)表面；移除該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)；形成一閘極介電層于該閘極溝渠的內(nèi)側(cè)表面；以及形成一多晶硅結(jié)構(gòu)于該閘極溝渠內(nèi)。上述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其中，形成該重?fù)诫s區(qū)的步驟包括全面沉積一第二介電層于該半導(dǎo)體底材上，該第二介電層位于該第一介電層上， 以完全遮蔽該源極區(qū)；以及以該介電結(jié)構(gòu)與位于該介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第二介電層為屏蔽，形成該重?fù)诫s區(qū)于 該井區(qū)內(nèi)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明的實(shí)施例所提供的制作方法僅需要一個(gè)光罩定義 閘極溝渠的位置，至于源極區(qū)的位置以及介電結(jié)構(gòu)間的接觸窗的位置，則可利用介電層定 義出來。因而可以減少光罩的使用以降低制作成本，同時(shí)，還可以排除各道光罩的對準(zhǔn)過程 所產(chǎn)生的對準(zhǔn)誤差所造成的影響，而有助于組件尺寸的縮減。此外，本發(fā)明的實(shí)施例所提供 的制作方法利用制作于圖案層的開口側(cè)邊的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，定義閘極溝渠于半導(dǎo)體底材中，使 閘極溝渠的寬度縮小到小于圖案層的開口的寬度。因此，本發(fā)明所形成的閘極溝渠的寬度 并不受限于圖案層的開口尺寸，而可縮小到微影工藝的最小線寬以下。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
圖1 一典型溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的剖面示意圖；圖2A至圖2L本發(fā)明溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的第一實(shí)施例；圖3A至圖3E本發(fā)明溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的第二實(shí)施例；圖4A至圖4B本發(fā)明溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的第三實(shí)施例；圖5A至圖51本發(fā)明溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的第四實(shí)施例。其中，附圖標(biāo)記半導(dǎo)體底材10半導(dǎo)體基板12磊晶層14
8
閘極 20閘極氧化層22井區(qū) 30源極區(qū)40源極金屬層60重?fù)诫s區(qū)32層間介電層50最小線寬L對準(zhǔn)誤差el，e2半導(dǎo)體底材110，210，310，410基板112，212，312，414磊晶層114，214，314，414圖案層 120，220，420開口122，222，422保護(hù)層130，430側(cè)壁結(jié)構(gòu)132，232，234，432閘極溝渠 140，240，440犧牲氧化層SAC凹槽 242凹陷 431厚介電層251閘極氧化層 152，252，352，452多晶硅結(jié)構(gòu)154，254，354，454閘極 150介電結(jié)構(gòu)160，160，，160”，260，360，，460，460，井區(qū)170，370，470第一摻雜區(qū)180第二摻雜區(qū)245重?fù)诫s區(qū)245a第一介電層162第二介電層164介電層464源極區(qū)182，382，482摻雜區(qū)484重?fù)诫s區(qū)172，372，472源極金屬層190，390，490
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述
本發(fā)明提供一種溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法。此制作方法在圖案層的開口 的側(cè)邊制作側(cè)壁結(jié)構(gòu)，以縮小閘極溝渠的寬度。并且直接填入介電材料于圖案層的開口中， 以形成介電結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)于閘極上方。同時(shí)，本發(fā)明通過介電層的制作，擴(kuò)大位于閘極上方的 介電結(jié)構(gòu)寬度，以在閘極溝渠的側(cè)邊定義出源極區(qū)的位置。此外，本發(fā)明也通過介電層的制 作，擴(kuò)大位于閘極與源極區(qū)上方的介電結(jié)構(gòu)的寬度，以定義一重?fù)诫s區(qū)于井區(qū)內(nèi)。圖2A至圖2L為本發(fā)明溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的第一實(shí)施例。如圖 2A所示，首先，提供一半導(dǎo)體底材110。此半導(dǎo)體底材110包括一基板112與一形成于基板 112上的磊晶層114。隨后，形成一圖案層120于半導(dǎo)體底材110的上表面。然后，在圖案 層120中形成多個(gè)開口 122，以定義閘極溝渠的位置。舉例來說，此圖案層120可以是一氮 化硅層。接下來，如圖2B所示，沿著圖案層120的表面起伏，沉積一保護(hù)層130。然后，如圖 2C所示，以非等向性蝕刻方式去除位于圖案層120的上表面與位于開口 122的底面的部分 保護(hù)層130，以形成一側(cè)壁結(jié)構(gòu)132于開口 122的側(cè)邊。接下來，通過圖案層120與側(cè)壁結(jié) 構(gòu)132蝕刻半導(dǎo)體底材110，以形成閘極溝渠140。此閘極溝渠140由半導(dǎo)體底材110的上 表面向下延伸。隨后，如圖2D所示，形成一閘極氧化層152于閘極溝渠140的內(nèi)壁。然后，如圖2E 所示，形成一多晶硅結(jié)構(gòu)154于閘極溝渠140內(nèi)。此閘極氧化層152與多晶硅結(jié)構(gòu)154構(gòu) 成此金氧半導(dǎo)體組件的閘極150。接下來，如圖2F所示，在圖案層120的開口 122中填入介 電材料，例如氧化硅材料，以形成一介電結(jié)構(gòu)160于閘極150上方。此介電結(jié)構(gòu)160向下延 伸至閘極溝渠140內(nèi)，并且突出于半導(dǎo)體底材110的上表面。在此步驟中，開口 122的側(cè)邊 覆蓋有側(cè)壁結(jié)構(gòu)132，介電結(jié)構(gòu)160則是形成于側(cè)壁結(jié)構(gòu)132所定義出來的空間內(nèi)。因此， 形成于閘極150上方的介電結(jié)構(gòu)160的寬度會(huì)約略等于閘極溝渠140的寬度。接下來，如圖2G所示，去除位于半導(dǎo)體底材110上方的圖案層120與側(cè)壁結(jié)構(gòu) 132。然后，以離子植入方式植入摻雜物于磊晶層114中，以構(gòu)成一井區(qū)170于半導(dǎo)體底材 110的上部分。此井區(qū)170的導(dǎo)電性與磊晶層114的導(dǎo)電性相反。隨后，再以離子植入方式 形成一第一摻雜區(qū)180于井區(qū)170的上部分。此第一摻雜區(qū)180用以構(gòu)成此金氧半導(dǎo)體組 件的源極，其導(dǎo)電性與井區(qū)170的導(dǎo)電性相反。接下來，如圖2H所示，全面沉積一第一介電層162于半導(dǎo)體底材110，沿著半導(dǎo)體 底材110與介電結(jié)構(gòu)160的表面起伏延伸。此第一介電層162可以是一低溫氧化(LTO)層。 隨后，如圖21所示，直接蝕刻第一介電層162。此蝕刻步驟利用介電結(jié)構(gòu)160與位于介電 結(jié)構(gòu)160側(cè)壁的第一介電層162為屏蔽，去除部分的第一摻雜區(qū)180以裸露位于其下方的 井區(qū)170，同時(shí)形成一源極區(qū)182鄰接于閘極溝渠140。此源極區(qū)182大致對應(yīng)于介電結(jié)構(gòu) 160側(cè)壁的第一介電層162的下方，因此，其范圍會(huì)受到第一介電層162的厚度影響。就一 較佳實(shí)施例而言，此蝕刻步驟可先以非等向性蝕刻的方式去除位于井區(qū)170上方的部分第 一介電層162以暴露第一摻雜區(qū)180。經(jīng)此非等向性蝕刻工藝后所形成的介電結(jié)構(gòu)160’的 寬度大于原本的介電結(jié)構(gòu)160的寬度。隨后，再以選擇性蝕刻或非等向性蝕刻的方式，去除 裸露于外的第一摻雜區(qū)180，以使第一摻雜區(qū)180下方的井區(qū)170裸露。接下來，如圖2J所示，全面沉積一第二介電層164于半導(dǎo)體底材110上，沿著半導(dǎo) 體底材110與介電結(jié)構(gòu)160’的表面起伏延伸，以定義出井區(qū)170與源極金屬層之間的接觸 窗。此第二介電層164也可以是一低溫氧化層。隨后，以介電結(jié)構(gòu)160’與位于介電結(jié)構(gòu)160’側(cè)壁的部分第二介電層164為屏蔽，以離子植入方式形成一重?fù)诫s區(qū)172于井區(qū)170 內(nèi)且鄰接于源極區(qū)182。此重?fù)诫s區(qū)172的導(dǎo)電性與井區(qū)170的導(dǎo)電性相同。然后，如圖2K所示，直接蝕刻第二介電層164。此蝕刻步驟至少去除位于源極區(qū) 182與重?fù)诫s區(qū)172上的部分第二介電層164，以裸露源極區(qū)182與重?fù)诫s區(qū)172，并形成一 個(gè)新的介電結(jié)構(gòu)160”。就一較佳實(shí)施例而言，此介電結(jié)構(gòu)160”的寬度最好是小于介電結(jié)構(gòu) 160’的寬度，以確保源極區(qū)182裸露于外。最后，如圖2L所示，制作一源極金屬層190覆蓋 半導(dǎo)體底材110與介電結(jié)構(gòu)160”。此源極金屬層190連接至源極區(qū)182與重?fù)诫s區(qū)172。如前述，在本實(shí)施例中，僅需要一個(gè)光罩以定義閘極溝渠140的位置。至于源極區(qū) 182的位置以及介電結(jié)構(gòu)160’間的接觸窗的位置，則是利用第一介電層162與第二介電層 164定義出來。因此，本實(shí)施例的制作方法可以減少光罩的使用以降低制作成本，同時(shí)，還可 以有效排除各道光罩的對準(zhǔn)過程所產(chǎn)生的對準(zhǔn)誤差所造成的影響，而有助于組件尺寸的縮 減。此外，本實(shí)施例的閘極溝渠140通過制作在圖案層120的開口 122側(cè)邊的側(cè)壁結(jié)構(gòu)132 形成于半導(dǎo)體底材110中。此閘極溝渠140的寬度小于圖案層120的開口 122的寬度。因 此，本發(fā)明所形成的閘極溝渠140的寬度并不受限于圖案層120的開口尺寸，而可縮小到微 影工藝的最小線寬以下。圖3A至圖3E為本發(fā)明溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的第二實(shí)施例。其中， 圖3A的步驟承接第一實(shí)施例的圖2C，圖3E以后的步驟則是與第一實(shí)施例的圖2G以后的步 驟大致相同。以下僅就本實(shí)施例與第一實(shí)施例的差異處進(jìn)行說明。如圖3A所示，在形成間極溝渠240之后，先形成一犧牲氧化層SAC覆蓋間極溝渠 240的內(nèi)壁，然后，以離子植入方式形成一第二摻雜區(qū)245于閘極溝渠240的底部。此第二 摻雜區(qū)245與磊晶層214的導(dǎo)電性相同，但具有較高的摻雜濃度。接下來，如圖3B所示，去 除犧牲氧化層SAC，并制作另一個(gè)側(cè)壁結(jié)構(gòu)234于閘極溝渠240的側(cè)邊。此側(cè)壁結(jié)構(gòu)234至 少完全覆蓋閘極溝渠240的側(cè)邊。而在本實(shí)施例中，此側(cè)壁結(jié)構(gòu)234向上延伸至位于開口 222內(nèi)的另一個(gè)側(cè)壁結(jié)構(gòu)232。隨后，通過圖案層220以及側(cè)壁結(jié)構(gòu)232與234，蝕刻半導(dǎo)體 底材210以形成一凹槽242于閘極溝渠240的下方。此凹槽242貫穿第二摻雜區(qū)245而將 第二摻雜區(qū)245區(qū)分成兩部分245a。接下來，如圖3C所示，以側(cè)壁結(jié)構(gòu)234為屏蔽，形成一厚介電層251于凹槽242的 內(nèi)側(cè)表面。舉例來說，此厚介電層251可采用濕氧化方式制作，例如采用LOCOS工藝。隨 后，如圖3D所示，移除側(cè)壁結(jié)構(gòu)234，并且形成一閘極介電層252于該閘極溝渠240的內(nèi)側(cè) 表面。然后，形成一多晶硅結(jié)構(gòu)254于閘極溝渠240內(nèi)，以完成此金氧半導(dǎo)體組件的閘極。 接下來，如圖3E所示，在圖案層220的開口中填入介電材料以形成一介電結(jié)構(gòu)260于多晶 硅結(jié)構(gòu)254的上方。然后去除位于半導(dǎo)體底材210上的圖案層220與側(cè)壁結(jié)構(gòu)232。相較于第一實(shí)施例，本實(shí)施例的閘極的底部具有厚介電層251，以降低閘極與汲極 間的電容Cgd并改善切換損失。同時(shí)，本實(shí)施例在閘極下方的凹槽242的兩側(cè)分別形成有 一重?fù)诫s區(qū)245a。此重?fù)诫s區(qū)245a可避免井區(qū)過度擴(kuò)張覆蓋間極溝渠240的底部而導(dǎo)致 組件失效。圖4A至圖4B為本發(fā)明溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的第三實(shí)施例。其中， 圖4A的步驟承接第一實(shí)施例的圖21的步驟。以下僅就本實(shí)施例與第一實(shí)施例的差異處進(jìn) 行說明。
11
如圖4A所示，在形成源極區(qū)382之后，直接以介電結(jié)構(gòu)360’(對應(yīng)于圖21的介 電結(jié)構(gòu)160’)為屏蔽，植入摻雜物于井區(qū)370的上部分以形成一重?fù)诫s區(qū)372。然后，如圖 4B所示，制作一源極金屬層390覆蓋半導(dǎo)體底材310與介電結(jié)構(gòu)360，。此源極金屬層390 連接源極區(qū)382與重?fù)诫s區(qū)372。相較于第一實(shí)施例，本實(shí)施例直接利用定義源極區(qū)382的 介電結(jié)構(gòu)360’來定義重?fù)诫s區(qū)372的位置，而省略了第二介電層164的制作以及相應(yīng)的蝕 刻步驟。圖5A至圖51為本發(fā)明溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法的第四實(shí)施例。如圖5A 所示，首先，提供一半導(dǎo)體底材410。此半導(dǎo)體底材410包括一基板412與一形成于基板上 的磊晶層414。隨后，形成一圖案層420于半導(dǎo)體底材410的上表面。此圖案層420具有多 個(gè)開口 422以定義閘極溝渠的位置。接下來，通過此圖案層420以形成一凹陷431于半導(dǎo) 體底材410的表面區(qū)域。隨后，沿著圖案層420與半導(dǎo)體底材410的表面起伏，沉積一保護(hù) 層 430。接下來，如圖5B所示，以非等向性蝕刻去除位于圖案層420上表面與位于凹陷431 的底面的部分保護(hù)層430，以形成一側(cè)壁結(jié)構(gòu)432至少覆蓋凹陷431的側(cè)邊。然后，通過圖 案層420與側(cè)壁結(jié)構(gòu)432，蝕刻半導(dǎo)體底材410以形成閘極溝渠440于凹陷431下方。前述 形成于半導(dǎo)體底材410的表面區(qū)域的凹陷431用以定義覆蓋閘極溝渠的介電結(jié)構(gòu)。接下來，如圖5C所示，形成一閘極氧化層452于閘極溝渠440的內(nèi)壁。然后，如圖 5D所示，形成一多晶硅結(jié)構(gòu)454于閘極溝渠440內(nèi)。隨后，移除圖案層420與側(cè)壁結(jié)構(gòu)432， 以暴露凹陷431的底面以及磊晶層414的上表面。接下來，如圖5E所示，以離子植入方式植入摻雜物于磊晶層414中，以構(gòu)成一井區(qū) 470于半導(dǎo)體底材410的上部分。此井區(qū)470的導(dǎo)電性與磊晶層414的導(dǎo)電性相反。接下 來，以離子植入方式于凹陷431底部對應(yīng)于閘極的兩側(cè)，分別形成一源極區(qū)482。此源極區(qū) 482的導(dǎo)電性與井區(qū)470相反。此離子植入步驟同時(shí)會(huì)在半導(dǎo)體底材410的表面形成一摻 雜區(qū)484。隨后，如圖5F所示，在凹陷431內(nèi)填入介電材料，例如氧化硅材料，以形成一介電 結(jié)構(gòu)460于多晶硅結(jié)構(gòu)454上方。此介電結(jié)構(gòu)460的寬度大于閘極溝渠440的寬度。接下 來，如圖5G所示，以選擇性蝕刻方式，移除半導(dǎo)體底材410的表面區(qū)域，使介電結(jié)構(gòu)460突 出半導(dǎo)體底材，并且完全去除位于井區(qū)470表面的摻雜區(qū)484。此介電結(jié)構(gòu)460遮蔽至少部 分的源極區(qū)482，以防止源極區(qū)482在此蝕刻步驟中被完全去除。另一方面，就一較佳實(shí)施 例而言，此蝕刻步驟的蝕刻深度最好是達(dá)到約略等于介電結(jié)構(gòu)460的厚度，以使源極區(qū)482 裸露于外。接下來，如圖5H所示，全面沉積一介電層464于半導(dǎo)體底材410上。此介電層464 沿著半導(dǎo)體底材410與介電結(jié)構(gòu)460的表面起伏延伸。其中，覆蓋于介電結(jié)構(gòu)460側(cè)壁的介 電層464用以遮蔽位于其下方的源極區(qū)482，以免源極區(qū)482的電性受到后續(xù)離子植入步驟 的影響。隨后，以介電結(jié)構(gòu)460與位于介電結(jié)構(gòu)460側(cè)壁的介電層464為屏蔽，以離子植入 方式形成一重?fù)诫s區(qū)472于井區(qū)470內(nèi)。此重?fù)诫s區(qū)472的導(dǎo)電性與井區(qū)470的導(dǎo)電性相 同。接下來，如圖51所示，直接蝕刻介電層464。此蝕刻步驟去除至少部分的介電層464， 構(gòu)成一個(gè)新的介電結(jié)構(gòu)460’，以裸露源極區(qū)482與重?fù)诫s區(qū)472。最后，制作一源極金屬層 490覆蓋半導(dǎo)體底材410與介電結(jié)構(gòu)460，。此源極金屬層490連接源極區(qū)482與重?fù)诫s區(qū)
12472。相較于第一實(shí)施例，本實(shí)施例的介電結(jié)構(gòu)460形成于半導(dǎo)體底材410的凹陷431 內(nèi)，源極區(qū)482則是直接利用形成于凹陷431內(nèi)的側(cè)壁結(jié)構(gòu)432定義于閘極溝渠440的兩 側(cè)。因此，省略了第一實(shí)施例中的第一介電層162的制作以及相應(yīng)的蝕刻步驟。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
1權(quán)利要求
一種溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，包括提供一半導(dǎo)體底材；形成一閘極溝渠于該半導(dǎo)體底材內(nèi)，該閘極溝渠由該半導(dǎo)體底材的一上表面向下延伸；形成一閘極于該閘極溝渠內(nèi)；形成一介電結(jié)構(gòu)于該閘極上方，該介電結(jié)構(gòu)突出該半導(dǎo)體底材的該上表面；形成一井區(qū)于該半導(dǎo)體底材的上部分；形成一源極區(qū)于該井區(qū)內(nèi)，并且鄰接于該閘極；全面沉積一第一介電層于該半導(dǎo)體底材上，其中，位于該介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第一介電層大致遮蔽該源極區(qū)；以該介電結(jié)構(gòu)與位于該介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第一介電層為屏蔽，以離子植入方式形成一重?fù)诫s區(qū)于該井區(qū)內(nèi)；去除至少部分該第一介電層，以裸露該源極區(qū)與該重?fù)诫s區(qū)；以及制作一源極金屬層連接該源極區(qū)與該重?fù)诫s區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該閘極 溝渠于該半導(dǎo)體底材的步驟包括形成一圖案層于該半導(dǎo)體底材的該上表面；制作一第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)于該圖案層的至少一開口的側(cè)邊；以及通過該圖案層與該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)蝕刻該半導(dǎo)體底材，以形成該間極溝渠。
3.如權(quán)利要求1所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，所述第一介 電層為一低溫氧化層。
4.如權(quán)利要求1所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，所述介電結(jié) 構(gòu)延伸至該閘極溝渠內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求2所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，所述通過該 圖案層與該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成該間極溝渠的步驟后，還包括制作一第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)至少覆蓋該閘極溝渠的側(cè)邊；以及通過該圖案層、該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)與該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)，蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成一凹槽 于該閘極溝渠的下方。
6.如權(quán)利要求5所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，在制作該第 二側(cè)壁結(jié)構(gòu)之前，還包括形成一第二摻雜區(qū)于該間極溝渠的底部；其中，形成于該間極溝渠下方的該凹槽將該第二摻雜區(qū)分成兩部分。
7.如權(quán)利要求5所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該閘極 的步驟包括以該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)為屏蔽，形成一厚介電層于該凹槽的內(nèi)側(cè)表面； 移除該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)；形成一閘極介電層于該閘極溝渠的內(nèi)側(cè)表面；以及 形成一多晶硅結(jié)構(gòu)于該閘極溝渠內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，所述厚介電層以濕氧化方式形成于該凹槽的內(nèi)側(cè)表面。
9.如權(quán)利要求1所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，所述介電結(jié) 構(gòu)的寬度約等于該閘極溝渠的寬度。
10.如權(quán)利要求2所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該源極 區(qū)的步驟包括形成一第一摻雜區(qū)于該井區(qū)的上部分； 全面沉積一第二介電層于該半導(dǎo)體底材上；以及以該介電結(jié)構(gòu)與位于該介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第二介電層為屏蔽，去除部分的該第一摻雜 區(qū)，以形成一源極區(qū)鄰接于該閘極溝渠，并且裸露位于該第一摻雜區(qū)下方的該井區(qū)； 其中，該第一介電層位于該第二介電層上。
11.如權(quán)利要求10所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，所述第二 介電層為一低溫氧化層。
12.如權(quán)利要求1所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該閘極 溝渠于該半導(dǎo)體底材的步驟包括形成一圖案層于該半導(dǎo)體底材的上表面；通過該圖案層以形成一凹陷于該半導(dǎo)體底材的表面區(qū)域；制作一側(cè)壁結(jié)構(gòu)至少覆蓋該凹陷的側(cè)邊；以及通過該圖案層與該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)，蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成該間極溝渠于該凹陷下方。
13.如權(quán)利要求12所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該介 電結(jié)構(gòu)突出該半導(dǎo)體底材的步驟包括填入介電材料于該凹陷內(nèi)以形成該介電結(jié)構(gòu)；以及以選擇性蝕刻方式，移除該半導(dǎo)體底材的該表面區(qū)域，以使該介電結(jié)構(gòu)突出該半導(dǎo)體 底材；其中，該介電結(jié)構(gòu)的寬度略大于該閘極溝渠的寬度。
14.如權(quán)利要求13所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該井 區(qū)與該源極區(qū)的步驟早于制作該介電結(jié)構(gòu)的步驟但晚于形成該閘極的步驟，形成該源極區(qū) 的步驟包括移除該側(cè)壁結(jié)構(gòu)；以及以離子植入方式形成該源極區(qū)于該凹陷的底部。
15.一種溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，包括 提供一半導(dǎo)體底材；形成一間極溝渠于該半導(dǎo)體底材內(nèi)，該間極溝渠由該半導(dǎo)體底材的一上表面向下延伸；形成一閘極于該閘極溝渠內(nèi)；形成一介電結(jié)構(gòu)于該閘極上方，該介電結(jié)構(gòu)突出該半導(dǎo)體底材的該上表面，并且，該介 電結(jié)構(gòu)的寬度約等于該閘極溝渠的寬度； 形成一井區(qū)于該半導(dǎo)體底材的上部分； 形成一第一摻雜區(qū)于該井區(qū)的上部分；全面沉積一第一介電層于該半導(dǎo)體底材上；以該介電結(jié)構(gòu)與位于該介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第一介電層為屏蔽，去除部分的該第一摻雜 區(qū)，以形成一源極區(qū)鄰接于該閘極溝渠，并且裸露位于該第一摻雜區(qū)下方的該井區(qū)； 形成一重?fù)诫s區(qū)于該井區(qū)內(nèi)；去除至少部分該第一介電層，以裸露該源極區(qū)與該重?fù)诫s區(qū)；以及 制作一源極金屬層連接該源極區(qū)與該重?fù)诫s區(qū)。
16.如權(quán)利要求15所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該閘 極溝渠于該半導(dǎo)體底材的步驟包括形成一圖案層于該半導(dǎo)體底材的該上表面；制作一第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)于該圖案層的至少一開口的側(cè)邊；以及通過該圖案層與該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)蝕刻該半導(dǎo)體底材，以形成該間極溝渠。
17.如權(quán)利要求16所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，通過該圖 案層與該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成該間極溝渠的步驟后，還包括制作一第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)至少覆蓋該閘極溝渠的側(cè)邊；以及通過該圖案層、該第一側(cè)壁結(jié)構(gòu)與該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)，蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成一凹槽 于該閘極溝渠的下方。
18.如權(quán)利要求17所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，在制作該 第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)之前，還包括形成一第二摻雜區(qū)于該間極溝渠的底部；其中，形成于該間極溝渠下方的該凹槽將該第二摻雜區(qū)分成兩部分。
19.如權(quán)利要求17所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該閘 極的步驟包括以該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)為屏蔽，形成一厚介電層于該凹槽的內(nèi)側(cè)表面； 移除該第二側(cè)壁結(jié)構(gòu)；形成一閘極介電層于該閘極溝渠的內(nèi)側(cè)表面；以及 形成一多晶硅結(jié)構(gòu)于該閘極溝渠內(nèi)。
20.如權(quán)利要求15所述的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法，其特征在于，形成該重 摻雜區(qū)的步驟包括全面沉積一第二介電層于該半導(dǎo)體底材上，該第二介電層位于該第一介電層上，以完 全遮蔽該源極區(qū)；以及以該介電結(jié)構(gòu)與位于該介電結(jié)構(gòu)側(cè)壁的該第二介電層為屏蔽，形成該重?fù)诫s區(qū)于該井 區(qū)內(nèi)。
全文摘要
一種溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法。首先，形成一圖案層于一半導(dǎo)體底材上。隨后，在圖案層的開口的側(cè)邊制作一側(cè)壁結(jié)構(gòu)，以形成閘極溝渠于半導(dǎo)體底材內(nèi)。接下來，填入介電材料于圖案層的開口內(nèi)，以形成介電結(jié)構(gòu)于閘極上方。在去除圖案層與側(cè)壁結(jié)構(gòu)后，形成一介電層覆蓋介電結(jié)構(gòu)，并利用位于介電結(jié)構(gòu)側(cè)邊的介電層定義源極區(qū)于閘極溝渠的側(cè)邊。形成源極區(qū)之后，形成一介電層覆蓋介電結(jié)構(gòu)，并利用位于介電結(jié)構(gòu)側(cè)邊的介電層定義重?fù)诫s區(qū)于源極區(qū)的旁邊。本發(fā)明的溝渠式金氧半導(dǎo)體組件的制作方法可縮小金氧半導(dǎo)體組件的尺寸，提高組件密度，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101908488SQ20091014062
公開日2010年12月8日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者涂高維, 黃彥智 申請人:尼克森微電子股份有限公司