專利名稱：超自對(duì)準(zhǔn)溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種垂直的功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管
(MOSFET)器件，特別是指一種具有改進(jìn)的源極和體區(qū)接觸結(jié)構(gòu)，極大的 提高了性能的功率MOSFET器件。
背景技術(shù)：
通常，溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Trench-DMOS)晶體管在功率 集成電路中被用作大功率晶體管。各種內(nèi)部寄生效應(yīng)常常會(huì)在設(shè)計(jì)和性能上 對(duì)常規(guī)的溝槽型DMOS晶體管造成各種限制。常規(guī)的多晶硅溝槽柵DMOS 意味著，在硅表面以下(凹槽柵溝槽型DMOS)及以上(垂直多晶硅PSU， 或垂直多晶硅柵SUPG)都需要一掩模，要么阻止由體區(qū)接觸區(qū)進(jìn)行的源極 N+注入；要么形成一個(gè)溝槽觸點(diǎn)，通過(guò)這一觸點(diǎn)，外露的N+硅區(qū)域可經(jīng)由 蝕刻處理從而允許一個(gè)P+注入，用以連接DMOS晶體管的體區(qū)。
此外，標(biāo)準(zhǔn)的溝槽柵雙極型MOSFET (或者DMOS),無(wú)論有無(wú)PSU， 都需要對(duì)準(zhǔn)方可形成源極觸點(diǎn)，如果未能對(duì)準(zhǔn)或者由于觸點(diǎn)的臨界尺寸控制
或者其他層的瑕疵(例如，漏極短路時(shí)截止柵電流柵源滲漏所造成的成品率 損失)都會(huì)影響成品率。這就需要更大的單元間距，以便容納額外的觸點(diǎn)來(lái) 進(jìn)行柵對(duì)準(zhǔn)(和/或臨界尺寸控制寬容度)，這往往是應(yīng)當(dāng)極力避免發(fā)生的， 因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致功率晶體管有更高的導(dǎo)通電阻和更低的效率。另外，進(jìn)行觸點(diǎn) 自對(duì)準(zhǔn)相當(dāng)困難。
美國(guó)專利(專利號(hào)5,567,634)公開(kāi)了一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS) 器件及加工溝槽型DMOS晶體管的方法，其晶體管源極觸點(diǎn)和體區(qū)觸點(diǎn)與溝 槽進(jìn)行了自對(duì)準(zhǔn)。這種自對(duì)準(zhǔn)觸點(diǎn)減少了溝槽邊緣之間的距離，提高了封裝 密度和電流驅(qū)動(dòng)能力，并減小了導(dǎo)通電阻。
美國(guó)專利(專利號(hào)5,684,319)公開(kāi)了一種DMOS器件結(jié)構(gòu)和制造方式， 擁有可自對(duì)準(zhǔn)的源極和體區(qū)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，并且不需要進(jìn)行額外的掩模加工。N+多晶硅隔片被用來(lái)在多晶硅柵的邊緣建立源極區(qū)。然而，N+多晶硅源極只通 過(guò)降低電阻改進(jìn)了源極觸點(diǎn)，但并沒(méi)有對(duì)體區(qū)產(chǎn)生任何影響。美國(guó)專利(專 利號(hào)5,665,619)公開(kāi)了一種溝槽型DMOS晶體管結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)與溝槽 自對(duì)準(zhǔn)的晶體管源極和體區(qū)觸點(diǎn)，以及制造這種自對(duì)準(zhǔn)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的方法。這 些方法依靠氧化硅層/氮化硅層/氧化硅層(ONO)在活性層上的堆疊和為保護(hù) 回蝕之后的多晶硅柵最頂部而進(jìn)行的氧化回蝕。隔片被用來(lái)保護(hù)側(cè)壁。另外， 在這些方法當(dāng)中，ONO堆疊會(huì)被用來(lái)保護(hù)活性區(qū)，在多次回蝕之后， 一種熱 氧化層會(huì)在多晶硅柵頂部長(zhǎng)出。
美國(guó)專利(專利號(hào)5，378，655)公開(kāi)了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包 括一種絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)器件，其中絕緣柵在溝槽或凹槽當(dāng)中形成。在這種方法 中，多晶硅柵的頂部的氧化層的形成先于隔片的形成。
美國(guó)專利(專利號(hào)6,924,198)公開(kāi)了一種溝槽柵MOSFET，該MOSFET 通過(guò)一種超自對(duì)準(zhǔn)(SSA)過(guò)程得以制成，該過(guò)程利用了一個(gè)絕緣層(例如 玻璃層)和一個(gè)接觸掩模來(lái)對(duì)與MOSFET源極區(qū)進(jìn)行導(dǎo)電連接的接觸開(kāi)口進(jìn) 行界定。接觸掩模和中間的玻璃被用在其他類型的自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程當(dāng)中，來(lái)減少 源極金屬和嵌入的溝槽柵頂部之間的耦合電容。 一個(gè)被沉積用來(lái)與源極區(qū)進(jìn) 行電導(dǎo)通的金屬層可被削平，例如，用化學(xué)機(jī)械方法打磨來(lái)提供的平直表面， 用以避免擴(kuò)展到玻璃層的導(dǎo)電線路的形成。不過(guò)，在這個(gè)長(zhǎng)條形區(qū)域內(nèi)仍然 需要一個(gè)觸點(diǎn)，但不是體區(qū)觸點(diǎn)。
目前公開(kāi)了的溝槽型MOSFET具有多晶硅柵(PSU)，如圖1所示。有 關(guān)這種柵結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例在美國(guó)專利公開(kāi)文件(20060071268)當(dāng)中進(jìn)行描述， 并在此作為參考。如圖1的透視圖所示， 一個(gè)功率MOSFET器件100可包含 一個(gè)形成于半導(dǎo)體襯底之上的漏極102，體區(qū)104，嵌入體區(qū)內(nèi)并且由體區(qū)表 面向下延伸至體區(qū)內(nèi)的源極106。器件100還包括一個(gè)由例如多晶硅(poly) 這樣的傳導(dǎo)材料制成的柵極108，其設(shè)置于由源極和體區(qū)延伸至漏極的溝槽 內(nèi)。柵極108的上表面實(shí)際上已經(jīng)擴(kuò)展到源極106的上表面之上。通過(guò)將柵 極擴(kuò)展而穿過(guò)源極，甚至在源極深度發(fā)生變化的時(shí)候，柵極同樣覆蓋了源極 底部。電介質(zhì)材料層110位于源極表面，用于將柵極與源極-體區(qū)接觸區(qū)絕緣。 合適的電介質(zhì)材料包括熱氧化物，低溫氧化物(LTO)，硼磷硅玻璃(BPSG) 等等。 一個(gè)位于該器件上的金屬層(未示出)構(gòu)成了與源極和柵極的接觸。
9不需要掩 膜，而且這種凹凸不平的堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)具有低電阻的源極觸點(diǎn)和體區(qū)觸點(diǎn)。一 個(gè)更為迫切的需要是發(fā)明這樣一種結(jié)構(gòu)，可達(dá)到低溫度預(yù)算來(lái)實(shí)現(xiàn)淺度接合， 與帶狀封閉單元幾何尺寸相容，與標(biāo)準(zhǔn)鑄造工藝相容，與標(biāo)準(zhǔn)金屬化方案相 容以實(shí)現(xiàn)低接觸電阻，并與超小型單元間距相容。另一個(gè)更為迫切的需要是 生產(chǎn)一種加工成本低廉的器件。
正是在這一背景下，提出了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超自對(duì)準(zhǔn)溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管結(jié)構(gòu)及其制造方法，該半導(dǎo)體器件具有低接觸電阻和低寄生雙極效應(yīng)， 且具有極小的單元間距，保證半導(dǎo)體器件的封裝密度。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明首先提供一種垂直型半導(dǎo)體器件，其包含
一個(gè)形成于外延層內(nèi)的體區(qū)層，其中該外延層是第一種半導(dǎo)體類型，而 該體區(qū)層為第二種半導(dǎo)體類型；
一個(gè)形成于體區(qū)層和外延層內(nèi)的溝槽內(nèi)的柵電極；
一個(gè)形成于臨近柵電極的、體區(qū)層之內(nèi)的源極區(qū)，其中該源極區(qū)為第一 種半導(dǎo)體類型；
一個(gè)沿柵電極側(cè)壁和底部設(shè)置的柵絕緣體，其中該柵絕緣體位于柵電極 和源極區(qū)頂部之間，位于柵電極和體區(qū)層之間，以及位于柵電極和外延層之 間；
一個(gè)位于柵電極頂部之上的氮化物絕緣帽，其中該絕緣帽未延伸至柵電 極邊緣之外區(qū)域；
一個(gè)沿源極區(qū)側(cè)壁和絕緣帽側(cè)壁設(shè)置的多晶硅隔片，其中該多晶硅隔片 為第一種半導(dǎo)體類型，該源極區(qū)頂部包含有由多晶硅隔片擴(kuò)散而來(lái)的第一種 類型的半導(dǎo)體摻雜物，所述的多晶硅隔片具有外露于金屬層的導(dǎo)電側(cè)壁；以 及
一個(gè)含有第二種半導(dǎo)體類型摻雜物、且形成于體區(qū)層之內(nèi)的體接觸區(qū)， 其中該體接觸區(qū)自對(duì)準(zhǔn)于多晶硅隔片和源極區(qū)的邊緣。本發(fā)明還提供了一種制造垂直型半導(dǎo)體器件的方法，其步驟包括
a在外延層內(nèi)形成一個(gè)體區(qū)層，所述的外延層為第一種半導(dǎo)體類型，體
區(qū)層為第二種半導(dǎo)體類型； b在外延層內(nèi)形成一個(gè)溝槽；
c將柵絕緣層沿溝槽的底部以及一個(gè)或者多個(gè)側(cè)壁設(shè)置；
d在體區(qū)層和外延層內(nèi)的溝槽中形成一個(gè)柵電極，所述的柵絕緣層位于
柵電極與體區(qū)層、柵電極與外延層之間； e在柵電極上方形成一個(gè)絕緣帽；
f對(duì)絕緣帽周圍進(jìn)行回蝕，直至柵電極的頂部與外延層表面高度相當(dāng)或 者咼出；
g在外延層上形成一個(gè)多晶硅隔片并自對(duì)準(zhǔn)于絕緣帽，所述的多晶硅隔 片包含第一種半導(dǎo)體類型的高濃度摻雜物，該多晶硅隔片自對(duì)準(zhǔn)于絕 緣帽，該多晶硅隔片的生成過(guò)程包含沉積一個(gè)多晶硅層，隨后通過(guò)相 對(duì)絕緣帽具有選擇性的各向異性回蝕該多晶硅層，使得只保留該多晶
硅隔片；
h將多晶硅隔片中的至少一個(gè)部分的摻雜物擴(kuò)散至體區(qū)層之內(nèi)，以形成 一個(gè)位于多晶硅隔片之下的源極區(qū)，所述的源極區(qū)為第一種半導(dǎo)體類 型；且
i向體區(qū)層內(nèi)注入一個(gè)包含有第二種半導(dǎo)體類型摻雜物的體接觸區(qū)，并
對(duì)該體接觸區(qū)進(jìn)行退火，該注入的體接觸區(qū)自對(duì)準(zhǔn)于多晶硅隔片； j在絕緣帽、多晶硅隔片、源極區(qū)以及體接觸區(qū)的上方形成一個(gè)金屬層。
本發(fā)明同時(shí)還提供了另一種制造垂直型半導(dǎo)體器件的方法，其步驟包括 a對(duì)外延層上的掩膜進(jìn)行圖案化，該掩膜包括， 一個(gè)位于外延層表面之 上的薄氧化物層， 一個(gè)位于薄氧化物層之上的氮化物層，以及一個(gè)位 于氮化物層上的硬掩膜，該圖案化形成了一個(gè)或者多個(gè)穿透薄氧化物 層、氮化物層和硬掩膜的穿孔，將位于其下方的部分外延層外露，所 述的外延層由第一種半導(dǎo)體類型的摻雜物進(jìn)行摻雜； b去除位于穿孔下方的外延層上的材料，以形成一個(gè)溝槽； c將柵絕緣層沿溝槽的底部以及一個(gè)或者多個(gè)側(cè)壁設(shè)置；d使用多晶硅對(duì)溝槽和掩膜中的穿孔進(jìn)行填充，以形成一個(gè)柵電極，所
述的柵絕緣層位于柵電極和外延層之間； e去除硬掩膜層直至氮化物層，以至于柵電極的一個(gè)部分突出于薄氧化
物層的表面之外； f在外露的柵電極部分上、但不是在氮化物層上，形成絕緣帽； g去除氮化物層；
h在絕緣帽和薄氧化物層上方形成一個(gè)保形氧化物層；
i去除保形氧化物層和薄氧化物層，直至露出外延層的表面；
j注入第二種半導(dǎo)體類型的摻雜物至外延層的上部部分，以形成第二種
半導(dǎo)體類型的體區(qū)層； k在絕緣帽和外露的體區(qū)層表面上方形成一個(gè)具有第一種半導(dǎo)體類型的
多晶硅層；
1將絕緣帽頂部上方和體區(qū)層表面上的多晶硅進(jìn)行各向異性蝕刻剝離，
保留位于絕緣帽側(cè)壁上的一個(gè)多晶硅隔片； m將多晶硅隔片中至少一個(gè)部分的第一種半導(dǎo)體類型的摻雜物由該多晶
硅隔片向體區(qū)層擴(kuò)散，以形成最鄰近該隔片的頂部源極區(qū)，該源極區(qū)
為第一種半導(dǎo)體類型；且 n采用第二種半導(dǎo)體類型的摻雜物對(duì)體區(qū)層最鄰近隔片的一個(gè)部分進(jìn)行 摻雜，在體區(qū)層內(nèi)形成一個(gè)體接觸區(qū)。
本發(fā)明同時(shí)還提供了一種制造垂直型半導(dǎo)體器件的方法，其步驟包括-a通過(guò)硬掩膜層上的穿孔，在外延層內(nèi)形成溝槽，該外延層由第一種半 導(dǎo)體類型構(gòu)成；
b將柵絕緣層沿溝槽的底部以及一個(gè)或者多個(gè)側(cè)壁設(shè)置；
c使用摻雜多晶硅對(duì)溝槽和硬掩膜中的穿孔進(jìn)行填充，以形成一個(gè)柵電
極，所述的柵絕緣層位于柵電極和外延層之間； d將溝槽中的多晶硅刻蝕至低于掩膜層頂部表面的位置，以形成一個(gè)柵
電極；
e采用絕緣材料對(duì)柵電極頂部與掩膜上表面之間的空間進(jìn)行填充，以在 柵電極的一個(gè)或多個(gè)部分上方、且未被柵氧化物所遮蓋的位置，形成一個(gè)絕緣帽；
f去除掩膜層，保留絕緣帽和柵電極突出于外延層表面之上的部分； g向外延層頂部注入第二種半導(dǎo)體類型的摻雜物，以形成一個(gè)第二種半
導(dǎo)體類型的體區(qū)層； h在柵電極側(cè)壁和體區(qū)層的外露表面上，但不包括絕緣帽之上，形成一
個(gè)氧化物層；
i使用絕緣帽作為掩膜，對(duì)氧化物層進(jìn)行各向異性蝕刻剝離直至體區(qū)層
表面，保留氧化物層位于柵電極側(cè)壁上的部分； j在絕緣帽和體區(qū)層外露表面上方形成一個(gè)具有第一種半導(dǎo)體類型的高
摻雜多晶硅層；
k對(duì)絕緣帽頂部和體區(qū)層表面之上的高摻雜多晶硅層進(jìn)行各向異性蝕刻 剝離，保留鄰近柵電極側(cè)壁和絕緣帽側(cè)壁的具有第一種半導(dǎo)體類型的 多晶硅隔片；
1對(duì)體區(qū)層未被多晶硅隔片覆蓋的部分進(jìn)行回蝕，以至于體區(qū)層的臺(tái)階
部分突出于體區(qū)層所剩部分的表面之上； m將多晶硅隔片中的至少一個(gè)部分的第一種半導(dǎo)體類型的摻雜物由該多
晶硅隔片向體區(qū)層的臺(tái)階部分進(jìn)行擴(kuò)散，以形成鄰近隔片的具有第一
種半導(dǎo)體類型的源極區(qū)；且 n使用隔片作為掩膜，對(duì)鄰近源極區(qū)的體區(qū)層采用第二種半導(dǎo)體類型的
摻雜物進(jìn)行摻雜，以形成位于體區(qū)層之內(nèi)的體接觸區(qū)。
本發(fā)明所述的超自對(duì)準(zhǔn)溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管結(jié)構(gòu)及其 制造方法，可在無(wú)需掩模的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)源極/體區(qū)接觸區(qū)，其具有低電 阻的源極接觸區(qū)和體接觸區(qū)，可制造得到具有低接觸電阻和低寄生雙極效應(yīng) 的N溝道或P溝道半導(dǎo)體器件。另外，所述的制造得到的半導(dǎo)體器件具有極 小的單元間距，保證半導(dǎo)體器件的封裝密度。


本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)閱讀以下詳細(xì)的描述和參考附圖來(lái)得以明
確
13圖1是現(xiàn)有技術(shù)溝槽型MOSFET的透視圖。
圖2A是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中自對(duì)準(zhǔn)溝槽型DMOSFET橫截面圖。
圖2B是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中自對(duì)準(zhǔn)溝槽型DMOSFET橫截面圖。
圖2C是本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例中自對(duì)準(zhǔn)溝槽型DMOSFET橫截面圖。
圖3A-3M是圖2A所示DMOSFET制造過(guò)程的橫截面說(shuō)明圖。
圖4A-4F是圖2B所示DMOSFET制造過(guò)程的橫截面說(shuō)明圖。
圖5A-5C是圖2B所示DMOSFET另一制造過(guò)程的橫截面說(shuō)明圖。
圖6A-6M是圖2A所示DMOSFET制造過(guò)程的橫截面說(shuō)明圖。
圖7A-7P是圖2C所示DMOSFET制造過(guò)程的橫截面說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
盡管為了進(jìn)行充分說(shuō)明，以下詳細(xì)敘述包含了很多具體細(xì)節(jié)，但是具有 本領(lǐng)域普通技術(shù)水平的任何人員都能夠意識(shí)到針對(duì)這些細(xì)節(jié)的變化和替換， 且都包含在本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。相應(yīng)的，下述本發(fā)明的典型實(shí)施例的詳 盡解釋并不損害本發(fā)明的通用性，同樣也不是本發(fā)明的限制。
圖2A是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中自對(duì)準(zhǔn)垂直溝槽型DMOS 200的橫截面 圖。這一垂直溝槽型MOSFET 200包含一個(gè)形成于N-外延層218之上的P-型體區(qū)層212， 一個(gè)形成于P-型體區(qū)層212中的一個(gè)溝槽內(nèi)的N+型多晶硅柵 極202，該N-外延層218生長(zhǎng)于一個(gè)高度慘雜的襯底(圖中未示出)之上， 和一個(gè)位于P-型體區(qū)層212之內(nèi)、溝槽柵202旁邊的自對(duì)準(zhǔn)N+型源極擴(kuò)散 區(qū)208。 N+型源極區(qū)208的頂部表面和P-型體區(qū)層212的頂部表面位于同一 平面。MOSFET器件200包含一個(gè)生成于P-型體區(qū)層212內(nèi)的集成體區(qū)接觸. 區(qū)213，該體區(qū)接觸區(qū)與源極擴(kuò)散邊緣自對(duì)準(zhǔn)，以便最小化單元尺寸和間距。 體區(qū)接觸區(qū)213分別與P-型體區(qū)層212的P型摻雜區(qū)域和位于P-型體區(qū)層之 內(nèi)的N+摻雜源極區(qū)208接觸。
溝槽型MOSFET200還包括一個(gè)柵極絕緣層210，例如氧化物，氮化物， 或者二者的組合物，該柵極絕緣層位于柵極202與N+型源極擴(kuò)散區(qū)208， P-型體區(qū)層212， N-外延層218這三者之間。 一由例如氧化物、氮化物或者二 者的組合物構(gòu)成的絕緣帽204位于溝槽柵電極202的頂部。如圖2A所示， 絕緣帽204并沒(méi)有延伸到柵電極202的邊緣之外。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例當(dāng)中，絕緣帽204由氮化物材料制成，例如氮化硅。 一個(gè)高度N+摻雜的隔片,206 沿著溝槽柵極202的一邊側(cè)壁和絕緣帽204的一邊側(cè)壁設(shè)置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí) 施例當(dāng)中，隔片206由多晶硅制成。N+型高摻雜隔片206中的摻雜物擴(kuò)散進(jìn) 入位于P-型體區(qū)層212內(nèi)的附近的硅區(qū)(與隔片206相接觸)，例如通過(guò)熱 擴(kuò)散，以形成一個(gè)自對(duì)準(zhǔn)的N+型源極擴(kuò)散區(qū)208。體區(qū)接觸區(qū)213同樣與 N+型高摻雜隔片206和N+源極擴(kuò)散區(qū)208自對(duì)準(zhǔn)。以實(shí)例說(shuō)明，該N+摻 雜的隔片可由導(dǎo)體材料制成，例如摻雜有N+型摻雜物的多晶硅。
溝槽型MOSFET 200還包括位于P-型體區(qū)層212、 N+摻雜隔片206和絕 緣帽204之上的勢(shì)壘金屬216,以及用來(lái)填充觸點(diǎn)的回流源極金屬214。
圖2A中所示的實(shí)施例當(dāng)中的自對(duì)準(zhǔn)溝槽型DMOS結(jié)構(gòu)200，其特點(diǎn)是 一個(gè)具有自對(duì)準(zhǔn)源極摻雜和體區(qū)接觸區(qū)的側(cè)壁源極，其中，所述的自對(duì)準(zhǔn)源 極摻雜和體區(qū)接觸區(qū)沿溝槽(柵極寬度)形成的。盡管如此，本發(fā)明的實(shí)施 例并不局限于這種特殊的結(jié)構(gòu)。
圖2B是另一溝槽型MOSFET 220的橫截面圖，其具有一個(gè)與溝槽型 MOSFET 200類似的結(jié)構(gòu)。如圖2B中所示， 一個(gè)自對(duì)準(zhǔn)N+源極擴(kuò)散區(qū)209 位于P-型體區(qū)層212之上，這樣一來(lái)N+源極擴(kuò)散區(qū)209的底部表面和P-型 體區(qū)層212的頂部表面位于同一平面。N+型高摻雜多晶硅隔片206中的慘雜 物以熱擴(kuò)散的方法形成了自對(duì)準(zhǔn)N+源極擴(kuò)散區(qū)209。高慘雜N+隔片206可 由注入多晶硅形成，或者由POCl3多晶硅擴(kuò)散形成。作為另一選擇，多晶硅 也可進(jìn)行原位摻雜。
作為另一選擇，其他摻雜材料也可用作射極擴(kuò)散源。特別對(duì)于圖2B中 的實(shí)施例而言，因?yàn)榻饘倥c源極區(qū)209的側(cè)壁相接觸，摻雜的隔片可不必為 導(dǎo)體(由于金屬與一個(gè)更大的源極表面區(qū)域相接觸，從而減小了接觸電阻， 這顯然成為了首選)。這些材料可以是PSG (磷摻雜玻璃)那樣的摻雜電介 質(zhì)。
在圖2B所示的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，形成于P-型體區(qū)212的體接觸區(qū)213與N+ 源極區(qū)209的一角相接觸。位于源極區(qū)209和體接觸區(qū)213之間的該接觸區(qū) 域的尺寸和深度由隔片206的尺寸來(lái)決定。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)采用凹入的體接觸 區(qū)(通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)源極區(qū)209的寬度與柵極202相互分離，以確保低內(nèi)阻RdS。n) 可提高非夾緊式感應(yīng)開(kāi)關(guān)(UIS)的性能。在這個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，體接觸區(qū)更靠近溝道區(qū)域(P-型體區(qū)212鄰近柵極202)是可取的。
圖2C是一個(gè)本發(fā)明的另一實(shí)施例中溝槽型MOSFET 230的橫截面圖。 溝槽型MOSFET 230包含一個(gè)形成于N-漂移層217之上的P-型體區(qū)層212, 其中N-漂移層217形成于用作漏極的N+襯底219之上，還包含一個(gè)形成于 P-型體區(qū)層212中的溝槽中的N+型多晶硅溝槽型柵極202。如圖2C中所示， 自對(duì)準(zhǔn)N+型源極擴(kuò)散區(qū)209位于P-型體區(qū)層212之上，N+源極擴(kuò)散區(qū)209 的底部表面與P-型體區(qū)層212的頂部表面位于同一平面。高摻雜N+型多晶 硅隔片206的摻雜物經(jīng)熱擴(kuò)散，形成了自對(duì)準(zhǔn)N+型源極擴(kuò)散區(qū)209。高摻雜 N+型隔片206可由多晶硅注入形成，或者由POCl3多晶硅擴(kuò)散形成。作為另 一選擇，隔片材料也可進(jìn)行原位摻雜。
溝槽型MOSFET 230還包括柵極絕緣層210,其由例如氧化物，氮化物 或者二者的組合物制成，該柵極絕緣層210設(shè)置于柵極202與N+型源極擴(kuò) 散區(qū)209， P-型體區(qū)層212和N-漂移層217之間。在本實(shí)施例當(dāng)中， 一個(gè)氮 化物絕緣帽205，例如由氮化硅制成，被設(shè)置于溝槽型柵電極202之上。圖 2C中還可以看到，絕緣帽205并沒(méi)有延伸到柵電極202的邊緣之外。
溝槽型MOSFET 230還包括位于P-型體區(qū)層212， N+型摻雜隔片206 和氮化物絕緣帽205之上的勢(shì)壘金屬216，以及用以填充觸點(diǎn)的回流源極金 屬214。
在圖2C所示的結(jié)構(gòu)中，P-型體區(qū)212中所形成的體接觸區(qū)215,與N十 型源極區(qū)209的一角相接觸。該位于源極區(qū)209和體接觸區(qū)215之間的接觸 區(qū)的尺寸和深度由隔片206的尺寸來(lái)決定。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)采用凹入的體接觸 區(qū)(與柵極202之間由自對(duì)準(zhǔn)源極區(qū)209間隔開(kāi)，以確保低內(nèi)阻R^。J可提 高非夾緊式感應(yīng)開(kāi)關(guān)(UIS)的性能。
針對(duì)如何制造上述類型的MOSFET，有多種技術(shù)可以選擇。舉例而言， 圖3A至圖3M為制造圖2A所示的溝槽型MOSFET的方法步驟橫截面示意 圖。如圖3A所示， 一個(gè)N-型外延半導(dǎo)體層302生長(zhǎng)于圖中未示出的襯底之 上(典型為對(duì)N溝道器件進(jìn)行N+型高摻雜)。第一層掩膜304，有時(shí)作為溝 槽掩膜，形成于N-型外延層302表面之上，例如，該掩膜通過(guò)在光阻層上進(jìn) 行光刻，或者對(duì)經(jīng)由低溫氧化物(LTO)沉積技術(shù)所形成的硬掩膜氧化物光 刻，或者熱氧化并通過(guò)光致抗蝕劑掩模蝕刻，得以形成。如圖3B所示，隨后通過(guò)例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)來(lái)蝕刻N(yùn)-型外延硅 層，通過(guò)穿過(guò)溝槽掩膜304將N-型外延層蝕刻至預(yù)設(shè)的深度，以形成溝槽 306。將蝕刻聚合物剝離，并在這個(gè)部位清潔晶圓。如圖3C所示， 一個(gè)柵絕 緣薄層308 (通常為氧化物)，形成于溝槽306的側(cè)壁和底部上(例如采用熱 氧化技術(shù)，并伴隨一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的犧牲氧化層生長(zhǎng)和蝕刻工序)。柵電極材料，例 如N+型摻雜多晶硅，沉積于溝槽306之內(nèi)的剩余空間，并形成溝槽柵310。 如圖3D所示，位于溝槽306內(nèi)的溝槽柵310的導(dǎo)電材料被進(jìn)一步回蝕，直 至其頂部低于N-型外延層302的頂部平面。
如圖3E所示，溝槽掩膜304被剝離。如圖3F所示，絕緣帽312，通常 為氧化物、氮化物或者他們的組合物，形成于溝槽柵310之上。絕緣帽312 的頂部經(jīng)由化學(xué)機(jī)械平面化方法(CMP)或回蝕的方法與N-型外延層302 對(duì)齊。絕緣帽312并不延伸至溝槽柵310的側(cè)面之外。
如圖3G所示，N-型外延層302可選擇性的回蝕至與溝槽柵310頂部平 齊或稍低。如圖3H所示，體區(qū)314通過(guò)離子注入和擴(kuò)散形成于N-型外延層 302的頂部部分。舉例而言(該例并不是本發(fā)明的限制)，硼離子以20至 100KeV的能量被注入到N-型外延層中，注入劑量約為3X10^至1X1014，以 此形成N溝道器件的P-型體區(qū)。采用一掩膜來(lái)形成終止區(qū)(圖中未示出)。 離子隨后通過(guò)例如加熱至950'C到IIO(TC之間的方法進(jìn)行擴(kuò)散。作為另一選 擇，體區(qū)314也可在形成如圖3A中所示的溝槽掩膜304之前就形成。
接下來(lái)，如圖3I所示， 一個(gè)高摻雜N+型多晶硅層316，厚度約為500A 至2KA，沉積于P-體區(qū)314和絕緣帽312之上。該多晶硅層316可在沉積過(guò) 程中進(jìn)行N型原位摻雜，如果在沉積的過(guò)程中未進(jìn)行摻雜，也可在沉積之后 采用砷或磷進(jìn)行離子注入(通常注入劑量為1X10"到5X1015，能量為20KeV 到60KeV)。如圖3J所示，該N+型多晶硅層316隨后進(jìn)行各向異性回蝕， 所使用的蝕刻工藝相對(duì)于絕緣帽312的材料可選擇性的保留，直到位于平面 之上的該N+型多晶硅已被全部清除后形成了一個(gè)高摻雜N+型多晶硅隔片 318，該隔片主要設(shè)置在位于絕緣帽層312側(cè)壁之外的柵極氧化物308之上。 該多晶硅隔片318自對(duì)準(zhǔn)于絕緣帽層312。
如圖3K所示，P+型摻雜物可垂直注入P-型體區(qū)314的頂部平面未被隔 片318覆蓋的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，以此形成一個(gè)P+型體接觸區(qū)320。隔片31S可在摻雜物對(duì)P-型體接觸區(qū)320進(jìn)行注入的時(shí)候起到掩膜的作用。該注入可 以是一個(gè)單一注入或者與體區(qū)具有相同導(dǎo)電類型的組合注入，例如硼或者
BF2，注入能量為10至100KeV，注入劑量為5X1013至4X1015。因?yàn)樵摳邠?雜N+型隔片318為高度摻雜，故其沒(méi)有受到P+體區(qū)接觸注入的顯著影響。
該高摻雜N+型隔片318 (以及體接觸注入)隨即采用擴(kuò)散爐快速熱處理 (RTP)退火。如圖3L所示，加熱使得N+型摻雜物擴(kuò)散出高摻雜N+型隔片 318，并在P-型體區(qū)層314之內(nèi)形成了一個(gè)N+源極區(qū)322。該步驟也可用來(lái) 對(duì)P-型體接觸區(qū)320進(jìn)行退火。其所生成的結(jié)構(gòu)隨后通過(guò)掩膜(無(wú)尺寸限制) 來(lái)界定柵接觸區(qū)，并提供穿過(guò)柵絕緣帽312的通孔(未示出)之后得以完成。
如圖3M所示，該半導(dǎo)體器件通過(guò)在P-型體區(qū)層314、 N+型高慘雜多晶 硅隔片318以及絕緣帽312之上沉積一個(gè)勢(shì)壘金屬324(例如Ti，TiN，Ti/TiN， TiW， TiWN，厚度范圍為200A至1500A)之后，再沉積并圖案化一個(gè)頂部 金屬層326 (例如采用厚鋁，或者銅鋁合金，厚度為0.5至4微米)而得以完 成。該金屬可通過(guò)一個(gè)界定柵極和源極金屬以及觸點(diǎn)位置的掩膜進(jìn)行圖案化 和回蝕。其所生成的結(jié)構(gòu)將被鈍化，例如通過(guò)使用一個(gè)圖3M中未示出的氧 化物層、氮化物層或者氮氧化物層。
該鈍化材料使用一次附加掩膜來(lái)進(jìn)行圖案化，以便露出接合襯墊。這種 圖案化可以界定并在鈍化物當(dāng)中開(kāi)出"窗口"，以便露出用以形成導(dǎo)電連接(例 如接合線，探頭等等)的位置。
圖4A至4F為橫截面示意圖，示出了制造圖2B所示溝槽型MOSFET的 另一種替代方法。圖4A所示與前述圖3I所示完全一致。圖3A至圖3I所述 制造流程也可以用來(lái)制造圖4A所示的結(jié)構(gòu)。
該高摻雜N+型多晶硅層316通過(guò)使用擴(kuò)散爐快速熱處理(RTP)進(jìn)行退 火，因而N+型摻雜物得以由高摻雜N+多晶硅層316擴(kuò)散至P-型體區(qū)層314 的頂部區(qū)域，并形成了如圖4B所示的N+型源極擴(kuò)散層418。
隨后，部分高摻雜N+型多晶硅層316進(jìn)行各向異性回蝕，所使用的各 向異性蝕刻可選擇性地保留絕緣帽312的材料，并使得源極擴(kuò)散層418的頂 部表面上的N+型多晶硅層316都已被去除，這樣就形成了如圖4C中所示的 高摻雜N+型多晶硅隔片420。
外露出來(lái)的N+型源極擴(kuò)散層418進(jìn)一步進(jìn)行各向異性蝕刻，直至蝕刻
18N+型源極擴(kuò)散區(qū)。 如圖4E所示，P+型摻雜可垂直注入到P-型體區(qū)層314外露的頂部表面， 以此形成一個(gè)P+型體接觸區(qū)422。在本實(shí)施例當(dāng)中，隔片420對(duì)于P+型摻雜 物的注入而言起到了自對(duì)準(zhǔn)掩膜的作用。其結(jié)果是體接觸區(qū)422與P-型體區(qū) 層314接觸，并與源極區(qū)418的一角相接觸。
其所生成的結(jié)構(gòu)接下來(lái)將通過(guò)第三掩膜進(jìn)行蝕刻，來(lái)為柵極接觸區(qū)(未 示出)提供穿孔。如圖4F所示，該半導(dǎo)體器件通過(guò)沉積一個(gè)勢(shì)壘金屬424 (例如Ti， TiN， Ti/TiN， TiW， TiWN，厚度范圍為200A至1500A)于P-型體接觸區(qū)422、 N+型摻雜源極擴(kuò)散區(qū)418、 N+型摻雜多晶硅隔片420和絕 緣帽312之上，并接著沉積及圖案化一個(gè)頂部金屬層426 (例如采用厚鋁， 或者銅鋁合金，厚度為0.5至4微米)來(lái)完成。該金屬通過(guò)第四掩膜來(lái)進(jìn)行 圖案化和蝕刻。晶圓接下來(lái)將被鈍化，例如對(duì)晶圓外涂一層氧化物、氮化物 或者氮氧化物，該過(guò)程圖4F中未示出。鈍化材料將通過(guò)第五掩膜被沉積并 進(jìn)行蝕刻。
圖5A至圖5C為橫截面示意圖，示出了制造圖2B所示溝槽型MOSFET 的又一種替代方法。圖5A所示與前述圖3J所示完全一致。圖3A至圖3J所 述制造流程也可以用來(lái)制造圖5A所示的結(jié)構(gòu)。P-型體區(qū)層314頂部表面部 分被選擇性的回蝕，并形成下凹的體接觸區(qū)。P+型摻雜物接著被垂直注入到 P-型體區(qū)層314的剩余部分的頂部表面之內(nèi)，形成了如圖5B中所示的體接 觸區(qū)522。
高摻雜N+型多晶硅隔片318采用擴(kuò)散爐快速熱處理(RTP)進(jìn)行退火， 因而N+型摻雜物得以由N+型高摻雜多晶硅層316擴(kuò)散至P-型體區(qū)層314頂 部表面的未被蝕刻的部分，形成了 N+型摻雜源極區(qū)520。該步驟也可以對(duì)體 接觸區(qū)522進(jìn)行退火。其所生成的結(jié)構(gòu)接下來(lái)通過(guò)第三掩膜進(jìn)行蝕刻，以便 為柵極接觸區(qū)(未示出)提供穿孔。如圖5C所示，該半導(dǎo)體器件經(jīng)由沉積 一個(gè)勢(shì)壘金屬504 (例如Ti， TiN， Ti/TiN， TiW， TiWN，厚度范圍為200A 至1500A)于P-型體區(qū)層314、 N+型摻雜源極區(qū)520、 N+型摻雜多晶硅隔片 318和氧化物312之上，接著沉積并圖案化頂部金屬層506 (例如厚鋁，或者 銅鋁合金，厚度為0.5至4微米)來(lái)完成。晶圓隨后被鈍化，例如通過(guò)對(duì)晶 圓外涂一層氧化物、氮化物或者氮氧化物，該過(guò)程圖5C中未示出。圖6A至6M為橫截面示意圖，示出了制造圖2A所示溝槽型MOSFET 的又一種替代方法。該實(shí)施例的特征是一個(gè)不需要在有源區(qū)進(jìn)行硅蝕刻以形 成凹入溝槽的PSU方法。如圖6A所示，N-型外延半導(dǎo)體層602生長(zhǎng)于一個(gè) 高度摻雜的襯底(圖中未示出)之上。 一個(gè)薄氧化層604 (例如厚度在150A 至500A之間)沉積于N-型外延層602之上。 一個(gè)氮化層606，厚度約為300A 至2KA，沉積于氧化層604之上。
一個(gè)氧化物硬掩膜608通過(guò)圖案化一個(gè)采用低溫氧化(LTO)沉積技術(shù) 或者熱氧化技術(shù)所形成的厚氧化物(分為光致抗蝕劑掩模步驟和其后的氧化 物蝕刻步驟)，形成于氮化物層606的表面之上。氧化層604和氮化物層606 通過(guò)氧化物硬掩膜608的一個(gè)開(kāi)口完全被蝕刻。
如圖6B所示，溝槽610透過(guò)氧化物硬掩膜608，通過(guò)在N外延層上進(jìn) 行反應(yīng)離子蝕刻(RIE)至預(yù)先設(shè)定的深度得以形成。蝕刻下來(lái)的聚合物被 剝離，然后晶圓的這個(gè)部位被清潔。如圖6C所示， 一個(gè)薄層?xùn)艠O氧化物612 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的犧牲氧化層生長(zhǎng)和剝離工序形成于溝槽610的側(cè)壁和底部上。如 圖6D所示， 一種導(dǎo)體材料，例如N+型多晶硅，被沉積于溝槽610的剩余空 間之內(nèi)。該多晶硅通過(guò)回蝕或者CMP過(guò)程進(jìn)行頂部削平。
如圖6E所示，氮化物層606之上的氧化物硬掩膜608 (氧化物)被剝離。 可以選擇性的采用一個(gè)掩膜來(lái)保留氧化物區(qū)域內(nèi)的氧化物。如圖6F所示， 氧化物616可以選擇性的采用熱生長(zhǎng)的方式生成于N+型多晶硅柵極614之 上。該氧化物僅在外露的多晶硅柵極區(qū)之上生長(zhǎng)，因?yàn)槠骷钠渌糠直坏?化物層606所保護(hù)。
如圖6G所示，氮化物層606被選擇性的蝕刻掉。一個(gè)保形氧化物層618， 厚度約為150A至700A，通過(guò)采用高溫氧化(HTO)技術(shù)被沉積于氧化層604 和氧化物616之上。
氮化物材料傾向于在制造過(guò)程當(dāng)中表現(xiàn)出與氧化物不同的特性。舉例而 言，某些氮化物在蝕刻過(guò)程當(dāng)中并不會(huì)被氧化。同樣，某些氮化物，比如氮 化硅，不能采用可以蝕刻氧化硅的化學(xué)方法進(jìn)行蝕刻。所以氧化物可以選擇 性的被蝕刻而與此同時(shí)氮化物則不會(huì)。因此，通過(guò)決定何時(shí)去除下層氧化物 之上的氮化物層，可使得決定何時(shí)停止一個(gè)蝕刻過(guò)程成為可能。
該結(jié)構(gòu)可優(yōu)選地在氮?dú)猱?dāng)中進(jìn)行退火，所采用的方法為快速熱處理(RTP)或熔爐，溫度范圍約為90(TC至1050°C。如圖6H所示，氧化物618， 616和604可通過(guò)反應(yīng)離子蝕刻(RIE)的方式進(jìn)行回蝕，回蝕的終點(diǎn)為當(dāng) N-外延層602的水平表面外露出來(lái)之后。
P型摻雜物被覆毯式注入(例如零傾斜角或某種傾斜和旋轉(zhuǎn)的結(jié)合)到 N-型外延層602的頂部區(qū)域。第二掩膜被用來(lái)形成終止區(qū)。P型摻雜物隨后 進(jìn)行擴(kuò)散(例如通過(guò)在氮?dú)庵屑訜嶂?5(TC至IIOO'C)，于是形成了如圖61 當(dāng)中所示的P-型體區(qū)620。如圖6J所示， 一個(gè)N+型高摻雜多晶硅層622， 厚度約為500A至2KA，隨后被沉積于P-型體區(qū)620和氧化物616之上。該 N+型摻雜多晶硅層622可進(jìn)行原位N+摻雜(對(duì)于N溝道)；或者如果沉積 的時(shí)候未進(jìn)行摻雜，可采取POCl3擴(kuò)散或者多重傾斜和旋轉(zhuǎn)注入的方式進(jìn)行 注入。
該高摻雜N+型多晶硅層622可采用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)的方式進(jìn)行各 向異性回蝕，回蝕的終點(diǎn)為當(dāng)P-型體區(qū)620的水平表面上被清除干凈，由此 形成了如圖6K所示的N+型摻雜多晶硅隔片623。在有源區(qū)內(nèi)過(guò)度蝕刻并不 會(huì)影響該結(jié)構(gòu)，由于源極和溝道均與溝槽側(cè)壁自對(duì)準(zhǔn)。
如圖6L所示，P型摻雜物，例如硼，可垂直注入到P-型體區(qū)620的頂 部部分，該區(qū)域并沒(méi)有被N+型摻雜多晶硅隔片623所覆蓋，這樣形成了一 個(gè)P-型體接觸區(qū)626。該高摻雜N+型多晶硅隔片623隨后采用擴(kuò)散爐快速熱 處理(RTP)進(jìn)行退火，因此N+型摻雜物由高摻雜N+型多晶硅層623擴(kuò)散 出并進(jìn)入P-型體區(qū)620的頂部表面的一個(gè)頂部部分，以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成一 個(gè)N+型源極擴(kuò)散層624。
其所生成的結(jié)構(gòu)接著可通過(guò)第三掩膜來(lái)進(jìn)行蝕刻，以便為柵極接觸區(qū)提 供穿孔。如圖6M所示，該半導(dǎo)體器件經(jīng)由沉積一個(gè)勢(shì)壘金屬628 (例如Ti， TiN， Ti/TiN， TiW, TiWN，厚度范圍為200A至1500A)于P-型體接觸區(qū) 626、 N+型摻雜多晶硅隔片623和氧化物616之上，接著沉積并圖案化頂部 金屬層630 (例如厚鋁，或者銅鋁合金，厚度為0.5至4微米)來(lái)完成。該金 屬隨后通過(guò)第四掩膜來(lái)進(jìn)行圖案化和蝕刻。隨后晶圓被鈍化，例如對(duì)晶圓外 涂一層氧化物、氮化物或者氮氧化物，該過(guò)程圖6M中未示出。鈍化材料其 后通過(guò)第五掩膜來(lái)蝕刻，以便形成接合襯墊的開(kāi)口。
圖7A至7P為橫截面示意圖，示出了采用氮化物絕緣帽的溝槽型
21MOSFET的制造方法。其所生成的結(jié)構(gòu)與圖2C所示結(jié)構(gòu)相似。該方法可加 以修改，用以制造其他結(jié)構(gòu)。如圖7A所示， 一個(gè)N-型外延半導(dǎo)體層702生 長(zhǎng)于圖中未示出的襯底之上(典型的對(duì)于N溝道器件，是高摻雜N+的襯底)。 第一掩膜704，有時(shí)在這里被當(dāng)做溝槽掩膜，隨后形成于N-外延層702的表 面之上，例如，該掩膜通過(guò)在一個(gè)經(jīng)由低溫氧化物(LTO)沉積技術(shù)所形成 的氧化物硬掩膜上進(jìn)行圖案化，或者熱氧化并通過(guò)光致抗蝕劑掩模蝕刻，得 以形成。
如圖7B所示， 一個(gè)溝槽706通過(guò)穿過(guò)溝槽掩膜704將N-外延硅層702 利用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)至一個(gè)預(yù)定的深度得以形成。蝕刻下來(lái)的聚合物 可被剝離，在這個(gè)部位，晶圓隨即被清潔。如圖7C所示， 一個(gè)柵絕緣薄層 710，例如氧化物，使用例如熱氧化技術(shù)，并伴隨一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的犧牲氧化層生長(zhǎng) 和蝕刻工序形成于溝槽706的側(cè)壁和底部上。 一個(gè)導(dǎo)電柵電極材料708,例 如N+型摻雜多晶硅，被沉積于溝槽706之內(nèi)所剩余的空間以及溝槽掩膜704 之上。該導(dǎo)電材料708隨即被回蝕至低于溝槽掩膜704頂部表面的位置，形 成了一個(gè)如圖7D所示的溝槽柵709。
如圖7E所示，氮化物絕緣層711，例如氮化硅，形成于溝槽柵709和溝 槽掩膜704之上。如圖7F所示，該氮化物絕緣層711經(jīng)由回蝕或者CMP過(guò) 程，其頂部與溝槽掩膜704頂部平面大致平齊，剩下的部分成為了氮化物絕 緣帽712，其邊緣沒(méi)有超出柵極709的邊緣。如圖7G所示，溝槽掩膜704 被剝離。如圖7H所示，體區(qū)714經(jīng)由離子注入和擴(kuò)散形成于N-外延層702 的頂部。該體區(qū)注入自對(duì)準(zhǔn)于氮化物絕緣帽712，但仍需要一個(gè)掩膜來(lái)形成 終止區(qū)(圖中未示出)。舉例而言(該例并不是本發(fā)明的限制)，硼離子以20 至100KeV的能量被注入該N-型外延層，注入劑量約為3X10^至1X1014， 以此形成N溝道器件的體區(qū)。離子隨后通過(guò)例如加熱至95(TC到IIO(TC之間 的方法進(jìn)行擴(kuò)散。
如圖71所示，氧化物薄層716通過(guò)例如熱氧化的方法，形成于溝槽柵 709的側(cè)壁上以及P-型體區(qū)714之上。溝槽柵709側(cè)壁上的氧化物生長(zhǎng)增厚。 如圖7J所示，氧化物716接下來(lái)進(jìn)行各向異性垂直蝕刻，以去除氧化物716 未在氮化物絕緣帽712之下的部分。絕緣帽712的氮化物在該蝕刻過(guò)程中起 到掩膜的作用。于是，如圖7K所示， 一個(gè)高摻雜的N+型多晶硅層717，厚度約為500A至2KA之間，沉積于P-型體區(qū)714和氮化物絕緣帽712之上。 該多晶硅層717可以在沉積的過(guò)程當(dāng)中進(jìn)行原位N+型摻雜，如果該多晶硅 層在沉積的過(guò)程當(dāng)中未進(jìn)行摻雜，或者也可以在沉積之后使用砷或磷(劑量 約為3X10"至1X1014，能量為20KeV至60KeV)進(jìn)行離子注入。N+型多晶 硅層717隨即進(jìn)行各向異性回蝕，所使用的蝕刻工藝相對(duì)于絕緣帽312的材 料可選擇性的保留，直至位于各平面上的該N+型多晶硅全部被去除之后， 形成了主要設(shè)置于接近位于氮化物絕緣帽712側(cè)壁上的柵氧化物716上的N+ 型高摻雜的多晶硅隔片718，如圖7L所示。于是，N+型多晶硅隔片718自 對(duì)準(zhǔn)于氮化物絕緣帽712。
如圖7M所示，對(duì)選定的P-型體區(qū)層714的頂部區(qū)域進(jìn)行回蝕，以便形 成下凹的體接觸區(qū)。該蝕刻自對(duì)準(zhǔn)于N+型高摻雜多晶硅隔片718和氮化物 絕緣帽712。該高摻雜N+型隔片718隨即采用擴(kuò)散爐快速熱處理(RTP)退 火。加熱使得N+型摻雜物擴(kuò)散出高摻雜N+型多晶硅隔片718，并在P-型體 區(qū)714之內(nèi)形成了一個(gè)如圖7N所示的N+源極區(qū)720。于是，該N+型源極 區(qū)720自對(duì)準(zhǔn)于多晶硅隔片718。
如圖70所示，P+型摻雜物垂直注入到P-型體區(qū)層714中未被隔片718 和N+型源極區(qū)720覆蓋的一個(gè)或者多個(gè)部分，形成了一個(gè)P+型體接觸區(qū) 722。隔片718在摻雜物注入P-型體接觸區(qū)722時(shí)起到掩膜的作用，并且P+ 型體接觸區(qū)722自對(duì)準(zhǔn)于多晶硅隔片718和氮化物絕緣帽712。該注入可以 是摻雜物單獨(dú)注入，或者是與體區(qū)具有相同導(dǎo)電類型的摻雜物的混合注入， 例如硼或BF2，注入能量范圍是10至100KeV，注入劑量范圍是5X1013至 4X1015。作為另一選擇，體接觸區(qū)注入可以在如圖7N所示的退火步驟之前 進(jìn)行，隨即與N+型源極區(qū)720 —同進(jìn)行退火。
其所生成的結(jié)構(gòu)隨后通過(guò)非限定掩膜來(lái)界定柵接觸區(qū)并提供穿過(guò)柵絕 緣帽712的穿孔(未示出)之后得以完成。
如圖7P所示，該半導(dǎo)體器件通過(guò)沉積一個(gè)勢(shì)壘金屬724 (例如Ti， TiN， Ti/TiN， TiW， TiWN，厚度范圍為200A至1500A)于P-型體接觸區(qū)722、 N+型源極區(qū)720、 N+型摻雜多晶硅隔片718和氮化物絕緣帽712之上，并且 隨后沉積和圖案化一個(gè)頂部金屬層726 (例如厚鋁，或者銅鋁合金，厚度為 0.5至4微米)得以完成。該金屬可通過(guò)一個(gè)界定柵極和源極電極及其位置(在該位置，電極可以被連接)的掩膜進(jìn)行圖案化和蝕刻。其所生成的結(jié)構(gòu)將被
鈍化，例如通過(guò)外涂一個(gè)圖7P中未示出的氧化物層、氮化物層或者氮氧化 物層。該鈍化材料使用一次附加掩膜來(lái)進(jìn)行圖案化，以便露出接合襯墊。這 種圖案化可以界定并在鈍化物當(dāng)中開(kāi)出"窗口"，以便露出用以形成導(dǎo)電連接 (例如接合線，探頭等等)的位置。
上述方法可以使得該半導(dǎo)體器件具有更小的單元間距。對(duì)于0.35微米的 制程工藝來(lái)說(shuō)，1微米或者更小些的間距是可行的(0.35微米的溝槽+0.35微 米的溝槽接觸區(qū)+0.2微米的間隔)。另外，這些方法由于將源極接觸區(qū)到柵 極的間距控制的更為緊湊、整個(gè)側(cè)壁是N+型源極進(jìn)而改進(jìn)了源極接觸區(qū)、 且盡可能的降低了掩膜的次數(shù)，從而獲得了更高的產(chǎn)量。本發(fā)明的實(shí)施例可 以僅僅使用五次掩模(包括鈍化和終止掩膜)而得以實(shí)施。
本發(fā)明的實(shí)施例可用以制造具有低接觸電阻和低寄生雙極效應(yīng)的N溝 道或P溝道器件。值得注意的是，盡管前述的例子涉及N溝道器件及其制造， 掌握現(xiàn)有技術(shù)的人員可以想到同樣的技術(shù)也可以用于P溝道器件及其制造。 由于半導(dǎo)體材料的相反極性(例如P型和N型)區(qū)別主要在于使用極性不同 的摻雜物，上述技術(shù)在采用相反極性的半導(dǎo)體層和摻雜物之后，也可用于P 溝道器件。
盡管上述是有關(guān)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的完整敘述，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行某些替 換、修改和等效仍然是可能的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不由以上相關(guān)敘 述所決定，而是與本發(fā)明的等效物一起由所附的相關(guān)權(quán)利要求所決定。任何 特征，都可以和其他特征進(jìn)行組合，無(wú)論其是否為最佳。在權(quán)利要求當(dāng)中， 冠詞"一"或"一個(gè)"指得是其后文中所述事物在數(shù)量上的單個(gè)或更多個(gè)， 除非該處有清楚的與之相反的意思表示。附加的權(quán)利要求不應(yīng)被解釋為包含 方式加功能的限制，除非該限制明確地在某個(gè)權(quán)利要求中采用短語(yǔ)"意味 著"來(lái)進(jìn)行敘述。
2權(quán)利要求
1.一種垂直型半導(dǎo)體器件，包含一個(gè)形成于外延層內(nèi)的體區(qū)層，其中該外延層是第一種半導(dǎo)體類型，而該體區(qū)層為第二種半導(dǎo)體類型；一個(gè)形成于體區(qū)層和外延層內(nèi)的溝槽內(nèi)的柵電極；一個(gè)形成于臨近柵電極的、體區(qū)層之內(nèi)的源極區(qū)，其中該源極區(qū)為第一種半導(dǎo)體類型；一個(gè)沿柵電極側(cè)壁和底部設(shè)置的柵絕緣體，其中該柵絕緣體位于柵電極和源極區(qū)頂部之間，位于柵電極和體區(qū)層之間，以及位于柵電極和外延層之間；一個(gè)位于柵電極頂部之上的氮化物絕緣帽，其中該絕緣帽未延伸至柵電極邊緣之外區(qū)域；一個(gè)沿源極區(qū)側(cè)壁和絕緣帽側(cè)壁設(shè)置的多晶硅隔片，其中該多晶硅隔片為第一種半導(dǎo)體類型，該源極區(qū)頂部包含有由多晶硅隔片擴(kuò)散而來(lái)的第一種類型的半導(dǎo)體摻雜物，所述的多晶硅隔片具有外露于金屬層的導(dǎo)電側(cè)壁；以及一個(gè)含有第二種半導(dǎo)體類型摻雜物、且形成于體區(qū)層之內(nèi)的體接觸區(qū)，其中該體接觸區(qū)自對(duì)準(zhǔn)于多晶硅隔片和源極區(qū)的邊緣。
2. 如權(quán)利要求1所述的垂直型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的源極區(qū)域的 頂部表面與環(huán)繞在其周圍的體區(qū)層部分的頂部表面平齊。
3. 如權(quán)利要求1所述的垂直型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的源極區(qū)域的 頂部表面高于環(huán)繞在其周圍的體區(qū)層部分的頂部表面。
4. 如權(quán)利要求3所述的垂直型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的源極區(qū)域的 底部與環(huán)繞在其周圍的體區(qū)層部分的頂部表面平齊。
5. 如權(quán)利要求4所述的垂直型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的體接觸區(qū)與源極區(qū)的一角相接觸。
6. 如權(quán)利要求1所述的垂直型半導(dǎo)體器件，還包含一個(gè)位于多晶硅隔片、絕 緣帽以及體接觸區(qū)之上的勢(shì)壘金屬層。
7. 如權(quán)利要求6所述的垂直型半導(dǎo)體器件，還包含一個(gè)位于勢(shì)壘金屬層上方 的金屬層。
8. 如權(quán)利要求1所述的垂直型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的第一種半導(dǎo) 體類型為N型，第二種半導(dǎo)體類型為P型。
9. 如權(quán)利要求1所述的垂直型半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的第一種半導(dǎo) 體類型為P型，第二種半導(dǎo)體類型為N型。
10. —種制造垂直型半導(dǎo)體器件的方法，其步驟包括a在外延層內(nèi)形成一個(gè)體區(qū)層，所述的外延層為第一種半導(dǎo)體類型，體區(qū)層為第二種半導(dǎo)體類型； b在外延層內(nèi)形成一個(gè)溝槽；c將柵,色緣層沿溝槽的底部以及一個(gè)或者多個(gè)側(cè)壁設(shè)置；d在體ik層和外延層內(nèi)的溝槽中形成一個(gè)柵電極，所述的柵絕緣層位于柵電極與體區(qū)層、柵電極與外延層之間； e在柵電極上方形成一個(gè)絕緣帽；f對(duì)絕緣帽周圍進(jìn)行回蝕，直至柵電極的頂部與外延層表面高度相當(dāng)或 者高出；g在外延層上形成一個(gè)多晶硅隔片并自對(duì)準(zhǔn)于絕緣帽，所述的多晶硅隔 片包含第一種半導(dǎo)體類型的高濃度摻雜物，該多晶硅隔片自對(duì)準(zhǔn)于絕 緣帽，該多晶硅隔片的生成過(guò)程包含沉積一個(gè)多晶硅層，隨后通過(guò)相 對(duì)絕緣帽具有選擇性的各向異性回蝕該多晶硅層，使得只保留該多晶 硅隔片；h將多晶硅隔片中的至少一個(gè)部分的摻雜物擴(kuò)散至體區(qū)層之內(nèi)，以形成一個(gè)位于多晶硅隔片之下的源極區(qū)，所述的源極區(qū)為第一種半導(dǎo)體類 型；且i向體區(qū)層內(nèi)注入一個(gè)包含有第二種半導(dǎo)體類型摻雜物的體接觸區(qū)，并對(duì)該體接觸區(qū)進(jìn)行退火，該注入的體接觸區(qū)自對(duì)準(zhǔn)于多晶硅隔片； j在絕緣帽、多晶硅隔片、源極區(qū)以及體接觸區(qū)的上方形成一個(gè)金屬層。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的步驟h與步驟i中對(duì)體 接觸區(qū)退火是同時(shí)迸行的。
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述的步驟g還包括繼續(xù)進(jìn)行 各向異性蝕刻，使得相鄰多晶硅隔片的體區(qū)層經(jīng)回蝕后，低于多晶硅隔片 的底部。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的步驟h在步驟g中沉積 多晶硅層之后進(jìn)行，但在步驟g中的各向異性回蝕之前進(jìn)行。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的步驟h與步驟i中對(duì)體 接觸區(qū)退火是同時(shí)進(jìn)行的。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的步驟g還包括進(jìn)行各向 異性蝕刻，使得相鄰多晶硅隔片的體區(qū)層被回蝕至與該器件完成之后的源 極區(qū)底部平齊。
16. 如權(quán)利要求10所述方法，其特征在于，所述的步驟d包括形成一個(gè)柵電 極，使得柵電極的至少一個(gè)部分突出于外延層表面之上。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述的步驟f包括對(duì)外延層進(jìn) 行回蝕，使得柵電極的至少一個(gè)部分突出于外延層表面之上。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述的步驟b包括在外延層之上形成一個(gè)薄氧化物層；在該薄氧化 物層之上形成一個(gè)氮化物層；在該氮化物層之上形成一個(gè)厚氧化物層； 并且通過(guò)厚氧化物層、氮化物層以及薄氧化物層上的一個(gè)或者多個(gè)穿孔 對(duì)N-型外延層進(jìn)行蝕刻，以形成溝槽；所述的步驟d包括沉積一導(dǎo)電材料于溝槽之內(nèi)，其中柵絕緣層設(shè)置 于導(dǎo)電材料與外延層之間；并且將厚氧化物層蝕刻至氮化物層，保留一 部分導(dǎo)電材料突出于氮化物層的外露表面之上；所述的步驟e包括對(duì)突出于氮化物層的外露表面之上的導(dǎo)電材料進(jìn) 行氧化。
19. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的第一種半導(dǎo)體類型為N 型，第二種半導(dǎo)體類型為P型。
20. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的第一種半導(dǎo)體類型為P 型，第二種半導(dǎo)體類型為N型。
21. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述的步驟a在步驟f之后執(zhí) 行。
22. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的步驟b包括形成一個(gè)硬掩膜氧化物； 所述的步驟d包括形成一個(gè)突出于外延層頂部之上的導(dǎo)電層； 所述的步驟e包括形成一個(gè)含有氮化物的絕緣帽； 所述的步驟f包括選擇性的蝕刻硬掩膜氧化物。
23. —種制造垂直型半導(dǎo)體器件的方法，其步驟包括a對(duì)外延層上的掩膜進(jìn)行圖案化，該掩膜包括， 一個(gè)位于外延層表面之 上的薄氧化物層， 一個(gè)位于薄氧化物層之上的氮化物層，以及一個(gè)位 于氮化物層上的硬掩膜，該圖案化形成了 一個(gè)或者多個(gè)穿透薄氧化物 層、氮化物層和硬掩膜的穿孔，將位于其下方的部分外延層外露，所述的外延層由第一種半導(dǎo)體類型的摻雜物進(jìn)行摻雜； b去除位于穿孔下方的外延層上的材料，以形成一個(gè)溝槽； C將柵絕緣層沿溝槽的底部以及一個(gè)或者多個(gè)側(cè)壁設(shè)置； d使用多晶硅對(duì)溝槽和掩膜中的穿孔進(jìn)行填充，以形成一個(gè)柵電極，所述的柵絕緣層位于柵電極和外延層之間； e去除硬掩膜層直至氮化物層，以至于柵電極的一個(gè)部分突出于薄氧化物層的表面之外； f在外露的柵電極部分上、但不是在氮化物層上，形成絕緣帽； g去除氮化物層；h在絕緣帽和薄氧化物層上方形成一個(gè)保形氧化物層；i去除保形氧化物層和薄氧化物層，直至露出外延層的表面；j注入第二種半導(dǎo)體類型的摻雜物至外延層的上部部分，以形成第二種半導(dǎo)體類型的體區(qū)層； k在絕緣帽和外露的體區(qū)層表面上方形成一個(gè)具有第一種半導(dǎo)體類型的多晶硅層；1將絕緣帽頂部上方和體區(qū)層表面上的多晶硅進(jìn)行各向異性蝕刻剝離，保留位于絕緣帽側(cè)壁上的一個(gè)多晶硅隔片； m將多晶硅隔片中至少一個(gè)部分的第一種半導(dǎo)體類型的摻雜物由該多晶硅隔片向體區(qū)層擴(kuò)散，以形成最鄰近該隔片的頂部源極區(qū)，該源極區(qū)為第一種半導(dǎo)體類型；且 n采用第二種半導(dǎo)體類型的摻雜物對(duì)體區(qū)層最鄰近隔片的一個(gè)部分進(jìn)行摻雜，在體區(qū)層內(nèi)形成一個(gè)體接觸區(qū)。
24. —種制造垂直型半導(dǎo)體器件的方法，其步驟包括a通過(guò)硬掩膜層上的穿孔，在外延層內(nèi)形成溝槽，該外延層由第一種半導(dǎo)體類型構(gòu)成;' b將柵絕緣層沿溝槽的底部以及一個(gè)或者多個(gè)側(cè)壁設(shè)置； c使用摻雜多晶硅對(duì)溝槽和硬掩膜中的穿孔進(jìn)行填充，以形成一個(gè)柵電極，所述的柵絕緣層位于柵電極和外延層之間； d將溝槽中的多晶硅刻蝕至低于掩膜層頂部表面的位置，以形成一個(gè)柵電極；e采用絕緣材料對(duì)柵電極頂部與掩膜上表面之間的空間進(jìn)行填充，以在 柵電極的一個(gè)或多個(gè)部分上方、且未被柵氧化物所遮蓋的位置，形成 一個(gè)絕緣帽；f去除掩膜層，保留絕緣帽和柵電極突出于外延層表面之上的部分； g向外延層頂部注入第二種半導(dǎo)體類型的摻雜物，以形成一個(gè)第二種半 導(dǎo)體類型的體區(qū)層；h在柵電極側(cè)壁和體區(qū)層的外露表面上，但不包括絕緣帽之上，形成一 個(gè)氧化物層；i使用絕緣帽作為掩膜，對(duì)氧化物層進(jìn)行各向異性蝕刻剝離直至體區(qū)層表面，保留氧化物層位于柵電極側(cè)壁上的部分； j在絕緣帽和體區(qū)層外露表面上方形成一個(gè)具有第一種半導(dǎo)體類型的高摻雜多晶硅層；k對(duì)絕緣帽頂部和體區(qū)層表面之上的高摻雜多晶硅層進(jìn)行各向異性蝕刻 剝離，保留鄰近柵電極側(cè)壁和絕緣帽側(cè)壁的具有第一種半導(dǎo)體類型的 多晶硅隔片；1對(duì)體區(qū)層未被多晶硅隔片覆蓋的部分進(jìn)行回蝕，以至于體區(qū)層的臺(tái)階部分突出于體區(qū)層所剩部分的表面之上；m將多晶硅隔片中的至少一個(gè)部分的第一種半導(dǎo)體類型的摻雜物由該多晶硅隔片向體區(qū)層的臺(tái)階部分進(jìn)行擴(kuò)散，以形成鄰近隔片的具有第一 種半導(dǎo)體類型的源極區(qū)；且n使用隔片作為掩膜，對(duì)鄰近源極區(qū)的體區(qū)層采用第二種半導(dǎo)體類型的 摻雜物進(jìn)行摻雜，以形成位于體區(qū)層之內(nèi)的體接觸區(qū)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，包括一個(gè)形成于N-型外延層之內(nèi)P-型體區(qū)層；一個(gè)形成于位于P-型體區(qū)和N-型外延層之內(nèi)的溝槽內(nèi)的柵電極；一個(gè)緊鄰柵電極的由P-型體區(qū)所形成的頂部源極區(qū)；一個(gè)沿柵電極側(cè)壁設(shè)置的、且位于柵電極和源極之間、柵電極和P-型體區(qū)之間、柵電極和N-型外延層之間的柵絕緣體；一個(gè)位于柵電極上方的絕緣帽；以及一個(gè)沿源極側(cè)壁和柵絕緣體側(cè)壁設(shè)置的N+型摻雜隔片。源極包含由隔片擴(kuò)散而來(lái)的N+型摻雜物。一個(gè)包含P型摻雜物的體接觸區(qū)形成自N-型外延層。接觸區(qū)與一個(gè)或者多個(gè)P-型體區(qū)層的P-型摻雜區(qū)以及源極相接觸。制造這一器件的方法也同時(shí)公開(kāi)。本發(fā)明的實(shí)施例同樣可以應(yīng)用于P溝道器件。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101645457SQ20091014927
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
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