溝渠式mos整流元件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溝渠式MOS整流元件及其制造方法，該元件包含：多個溝渠平行形成于重摻雜的n+半導(dǎo)體基板上的n-外延層內(nèi)，多個溝渠內(nèi)具有溝渠氧化層形成于溝渠底部及側(cè)壁；一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶硅層填滿多個溝渠；一平面柵極氧化層形成于多個溝渠相間的平臺；一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第二多晶硅層形成于所述平臺上，第二多晶硅層及其下的平面柵極氧化層被圖案化，而形成平面MOS結(jié)構(gòu)。p型摻雜區(qū)形成于平臺上MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)作為陽極的一部分；一頂部金屬層形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該MOS結(jié)構(gòu)的源、柵極及第一多晶硅層。本發(fā)明提供的溝渠式MOS整流元件結(jié)構(gòu)，可充分利用可被利用的平面面積，使得順向偏壓更低，反向漏電更小。
【專利說明】溝渠式MOS整流元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于半導(dǎo)體元件，特別是指一種溝槽型MOS整流結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]肖特基二極管是一種重要的功率元件，廣泛應(yīng)用于電源供應(yīng)器的開關(guān)、電機控制、電信開關(guān)、工廠自動化、電子自動化等等及許多高速電力開關(guān)應(yīng)用。肖特基二極管之所以具有吸引力在于具有不錯的性能，例如在逆偏壓下，具有還算合理的漏電流(肖特基二極管漏電流比一般的PN型二極管高)、低順向偏壓以及逆向恢復(fù)時間短、逆向偏壓時則至少可以阻擋達250伏特的高壓。不過，肖特基二極管的漏電流比一般的PN型二極管高，且漏電流也非穩(wěn)定值而是隨逆向偏壓的增加而增加，這是因為鏡像電荷位能障礙降低(imagecharge potential barrier lowering)。另外一主要缺點是,金屬-半導(dǎo)體接觸在溫度升高下，它的可靠度也會降低，而使得肖特基二極管承受順向及逆向突波的能力下降。
[0003]現(xiàn)有的溝渠式整流元件有多種不同的制造方法，其中之一可參考發(fā)明人的另一專利申請案，中國臺灣申請流水號為第101140637號。
[0004]新一代的MOS整流二極管可以克服這些問題。如圖1所示，一頂部金屬層20連接金屬氧化物半導(dǎo)體柵極(金屬或多晶硅層15及柵極氧化層10)及源極5，重η+摻雜源極5是形成于P型阱內(nèi)。而在金屬氧化物半導(dǎo)體柵極下方在順向偏壓時，電流并不是由左至右(因左右兩邊源極等電位)，而是向下由溝道30向下流向η+基板。逆偏壓時，溝道被P型阱所形成的耗盡區(qū)截止。MOS保證順向偏壓性能類似肖特基二極管的性能，而逆向偏壓的表現(xiàn)則是大幅改善，因為它沒有前述鏡像電荷位能障礙降低，而使得漏電流成為常數(shù)，不隨逆向偏壓值增加而增加。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的主要目的是提供一種溝渠式MOS整流元件，充分利用可以被利用的平面面積，達到順向偏壓更低，反向漏電更小的目的。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]提供一種溝渠式MOS整流元件，其包含:
[0008]多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，多個溝渠內(nèi)具有溝渠氧化層，其形成于多個溝渠底部及側(cè)壁；
[0009]—導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶娃層填滿多個溝渠；
[0010]一平面MOS結(jié)構(gòu)形成于多個溝渠相間的平臺上；
[0011]P型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于平臺上該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；
[0012]一頂部金屬層形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該平面MOS結(jié)構(gòu)的源極、柵極及該第一多晶娃層。
[0013]本發(fā)明另一種溝渠式MOS整流元件，其包含:
[0014]多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，多個溝渠內(nèi)具有溝渠氧化層，溝渠氧化層形成于多個溝渠底部及側(cè)壁；
[0015]—導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶娃層填滿多個溝渠；
[0016]一平面柵極氧化層形成于該第一多晶硅層及平臺上；
[0017]一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第二多晶硅層形成于平面柵極氧化層上，該第二多晶硅層及其下的平面柵極氧化層被圖案化，而形成數(shù)列垂直于多個溝渠的平面MOS結(jié)構(gòu)；
[0018]P型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于平臺上該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；
[0019]一頂部金屬層形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該平面MOS結(jié)構(gòu)的源極、柵極及該第一多晶娃層。
[0020]本發(fā)明又提供一種溝渠式MOS整流元件，其包含:
[0021]多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，多個溝渠內(nèi)具有溝渠氧化層，溝渠氧化層形成于多個溝渠底部及側(cè)壁；
[0022]一平面柵極氧化層形成于平臺上；
[0023]—導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶娃層填滿多個溝渠且形成于平臺上,該第一多晶娃層及其下的平面柵極氧化層被圖案化，而形成數(shù)列垂直于多個溝渠的平面MOS結(jié)構(gòu)；
[0024]P型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于平臺上的該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；
[0025]一頂部金屬層形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該平面MOS結(jié)構(gòu)的源極、柵極及該第一多晶娃層。
[0026]本發(fā)明提供一種溝渠式MOS整流元件的制造方法，其至少包含以下步驟:
[0027]形成以平臺相間的多個溝渠于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)；
[0028]施以熱氧化工藝，以形成溝渠氧化層于多個溝渠的側(cè)壁、底部及平臺上；
[0029]形成一導(dǎo)電型第一多晶硅層于多個溝渠內(nèi)至溢出于平臺上的溝渠氧化層；
[0030]施以回蝕工藝，以該η-外延層為蝕刻終止層；
[0031]施以熱氧化工藝，以形成一平面柵極氧化層于所有裸露的第一多晶硅層及平臺上；
[0032]形成一導(dǎo)電型第二多晶娃層于裸露的表面上；
[0033]圖案化該第二多晶硅層，以形成多列相隔一預(yù)定距離的MOS結(jié)構(gòu)，多列MOS結(jié)構(gòu)的走向與多個溝渠垂直；
[0034]注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)，以形成第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)于MOS結(jié)構(gòu)兩側(cè)的平臺上；
[0035]移除平臺上的裸露的該平面柵極氧化層；及
[0036]形成頂部金屬層以連接該MOS結(jié)構(gòu)及第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)以作為陽極；
[0037]形成底部金屬層于該重摻雜的η+半導(dǎo)體基板背面以作為陰極；及
[0038]施以退火工藝以活化所有注入的離子。
[0039]本發(fā)明另提供一種溝渠式MOS整流元件的制造方法，其包含以下步驟:
[0040]形成以平臺相間的多個溝渠于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)；
[0041]施以熱氧化工藝，以形成溝渠氧化層于多個溝渠的側(cè)壁、底部及平臺上；
[0042]施以回蝕工藝，以移除平臺上的溝渠氧化層，以該η-外延層為蝕刻終止層；
[0043]施以熱氧化工藝，以形成一平面柵極氧化層于所有裸露的平臺上；
[0044]形成一導(dǎo)電型第一多晶硅層于多個溝渠內(nèi)至溢出于平臺上；
[0045]圖案化該導(dǎo)電型第一多晶硅層，以形成多列相隔一預(yù)定距離的MOS結(jié)構(gòu)，列MOS結(jié)構(gòu)的走向與多個溝渠垂直；
[0046]注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)，以形成第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)于MOS結(jié)構(gòu)兩側(cè)的平臺上；
[0047]移除平臺上的裸露的該平面柵極氧化層；及
[0048]形成頂部金屬層以連接該MOS結(jié)構(gòu)及第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)以作為陽極；
[0049]形成底部金屬層于該重摻雜的η+半導(dǎo)體基板背面以作為陰極；及
[0050]施以退火工藝以活化所有注入的離子。
[0051]本發(fā)明的特點和優(yōu)點是:
[0052]依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，溝渠氧化層形成于溝渠底部及側(cè)壁；一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜的第一多晶硅層填滿多個溝渠以形成溝渠MOS結(jié)構(gòu)；一平面柵極氧化層形成于多個溝渠相間的平臺上；一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜的第二多晶硅層形成于平面柵極氧化層上，第二多晶硅層及其下的平面柵極氧化層然后被圖案化以構(gòu)成平面MOS結(jié)構(gòu)于分立的平臺上，而P型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)平臺下；一頂部金屬層覆蓋MOS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體基板正面，連接P型雜質(zhì)摻雜區(qū)、第二及第一多晶硅層作為陽極。一底部金屬層(未圖示)形成于該重摻雜的η+半導(dǎo)體基板背面作為陰極。
[0053]依據(jù)本發(fā)明的第二實施例，溝渠式MOS整流元件，至少包含:多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，多個溝渠內(nèi)具有溝渠氧化層形成于溝渠底部及側(cè)壁；一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶硅層填滿多個溝渠；一平面柵極氧化層形成于平臺也形成于第一多晶娃層上，一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第二多晶娃層形成于一平面柵極氧化層上，然后，再被圖案化以形成數(shù)列垂直于溝渠走向的MOS結(jié)構(gòu)。MOS結(jié)構(gòu)形成于平臺上也形成于第一多晶硅層上；Ρ型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于平臺上MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)作為陽極的一部分；一頂部金屬層作為陽極，形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該MOS結(jié)構(gòu)的P型雜質(zhì)摻雜區(qū)、第二及第一多晶硅層。在第二實施例中，還包含一變化型:在P型雜質(zhì)摻雜區(qū)接近MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)再重摻雜注入η型雜質(zhì)，以降低元件的Vf電壓。
[0054]依據(jù)本發(fā)明的第三實施例，溝渠式MOS整流元件，至少包含:多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，多個溝渠內(nèi)具有溝渠柵極氧化層形成于溝渠底部及側(cè)壁；一平面柵極氧化層形成于平臺上，一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶硅層填滿多個溝渠也形成于平面柵極氧化層上，然后，第一多晶硅層及其下方的平面柵極氧化層，再被圖案化以形成數(shù)列垂直于溝渠走向的MOS結(jié)構(gòu)于平臺上，而以第一多晶硅層相連接；？型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于平臺上MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；一頂部金屬層形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該MOS結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)摻雜區(qū)及第一多晶硅層作為陽極。
[0055]同樣地，在第三實施例中，還包含一變化型:在P型雜質(zhì)摻雜區(qū)接近MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)再重摻雜注入η型雜質(zhì)，以降低元件的Vf電壓。
[0056]相較于現(xiàn)有的MOS整流結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還包含溝渠MOS元件以降低逆向偏壓的漏電流。
[0057]平面MOS結(jié)構(gòu)的平面柵極氧化層很薄，所以相對于純溝渠式較厚的溝渠氧化層而言，可以較低的電壓開啟MOS結(jié)構(gòu)。
[0058]在MOS結(jié)構(gòu)兩側(cè)的P型離子注入?yún)^(qū)中包含η+摻雜區(qū)可以進一步使Vf下降。
[0059]總之，本發(fā)明提供的溝渠式MOS整流元件結(jié)構(gòu)，可充分利用可被利用的平面面積，使得順向偏壓更低，反向漏電更小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0060]以下附圖僅旨在對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍，其中:
[0061]圖1顯示現(xiàn)有的溝渠式整流器橫截面示意圖。
[0062]圖2a顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例制造的溝渠MOS整流元件(不含頂部金屬層)的俯視不意圖。
[0063]圖2b顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例變化型制造的溝渠MOS整流元件(不含頂部金屬層)的俯視示意圖。
[0064]圖2c顯示依據(jù)本發(fā)明第二實施例制造的溝渠MOS整流元件(不含頂部金屬層)的俯視不意圖。
[0065]圖2d顯示依據(jù)本發(fā)明第二實施例變化型制造的溝渠MOS整流元件(不含頂部金屬層)的俯視示意圖。
[0066]圖2e顯示依據(jù)本發(fā)明第三實施例制造的溝渠MOS整流元件(不含頂部金屬層)的俯視不意圖。
[0067]圖2f顯示依據(jù)本發(fā)明第三實施例變化型制造的溝渠MOS整流元件(不含頂部金屬層)的俯視示意圖。
[0068]圖3顯示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，溝渠形成于η-外延層內(nèi)，溝渠內(nèi)并有主溝渠氧化層形成的橫截面示意圖。
[0069]圖4顯示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，第一多晶硅層回填于圖4的溝渠后，再施以回蝕以移除高出主平臺上的第一多晶硅層及平臺上溝渠氧化層的橫截面示意圖。
[0070]圖5顯示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，進行平面柵極氧化層后的橫截面示意圖。
[0071]圖6顯示第二多晶硅層形成后，以定義第二多晶硅層的光刻膠圖案形成于第二多晶硅層的橫截面示意圖。
[0072]圖7Α、圖7Β、圖7C分別顯示沿著圖2a的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示第二多晶硅層圖案化已完成，再進行離子注入技術(shù)以形成P型雜質(zhì)摻雜區(qū)于平臺下。
[0073]圖8A、圖8B、圖8C分別顯示沿著圖2a的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例的溝渠MOS整流元件正面的最終結(jié)構(gòu)。
[0074]圖9A、圖9B、圖9C分別顯示示沿著圖2a的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例變化型，形成η+離子注入用的光刻膠圖案于基板正面。
[0075]圖10Α、圖10Β、圖1OC分別顯示沿著圖2a的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示依據(jù)本發(fā)明的第一實施例變化型的溝渠MOS整流元件正面的最終結(jié)構(gòu)。
[0076]圖11A、圖11B、圖1lC分別顯示沿著圖2a的AA’切割線、BB，及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示依據(jù)第二實施例，第二多晶硅層140已定義，再形成P型雜質(zhì)摻雜區(qū)。
[0077]圖12A、圖12B、圖12C分別顯示沿著圖2b的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示柵極氧化層被圖形化，定義第二多晶硅層140的光刻膠被去除。
[0078]圖13A、圖13B、圖13C分別顯示沿著圖2c的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示依據(jù)本發(fā)明的第二實施例的溝渠MOS整流元件的最終結(jié)構(gòu)。
[0079]圖14A、圖14B、圖14C分別顯示沿著圖2d平面俯視圖的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示第二實施例變化型的溝渠MOS整流元件正面的最終結(jié)構(gòu)。
[0080]圖15顯示依據(jù)第三實施例以CMP去除平臺上溝渠氧化層120。
[0081]圖16顯示依據(jù)第三實施例去除平臺上溝渠氧化層120，再形成平面柵極氧化層127的橫截面示意圖。
[0082]圖17A、圖17B、圖17C分別顯示沿著圖3b平面俯視圖的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示依據(jù)第三實施例，溝渠MOS整流元件以光刻膠圖案為掩膜，圖案化第一多晶硅層，再形成P型雜質(zhì)摻雜區(qū)。
[0083]圖18A、圖18B、圖18C分別顯示沿著圖2e平面俯視圖的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示第三實施例的溝渠MOS整流元件正面的最終結(jié)構(gòu)。
[0084]圖19A、圖19B、圖19C分別顯示沿著圖2f平面俯視圖的AA’切割線、BB’及CC’切割線的橫截面示意圖，圖示第三實施例變化型的溝渠MOS整流元件正面的最終結(jié)構(gòu)。
[0085]附圖標號說明:
[0086]100重摻雜的η+半導(dǎo)體基板 105η_外延層
[0087]115溝渠118平臺
[0088]127平面柵極氧化層120溝渠氧化層
[0089]130第一多晶娃層135ρ型雜質(zhì)摻雜區(qū)
[0090]140第二多晶硅層180頂部金屬層
[0091]145 η+摻雜區(qū)132、142、152光刻膠圖案
【具體實施方式】
[0092]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0093]本發(fā)明揭示一溝渠式MOS元件結(jié)構(gòu)，此處及以下所述的圖#八、圖#8、圖#C中的#指的是第#圖，#后的大寫英文A、B、C所表示的是沿平面俯視圖所繪的AA’切割線、BB’切割線、CC’切割線。為利于了解細部結(jié)構(gòu)，平面俯視圖并不包含頂部金屬層180，頂部金屬層180和元件結(jié)構(gòu)的關(guān)系及元件結(jié)構(gòu)的細部內(nèi)容,請參考橫截面示意圖。
[0094]依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，一種溝渠式MOS整流元件，請參考圖2a的平面俯視圖及圖8A至圖SC的橫截面示意圖，其包含:多個溝渠115平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板100上的η-外延層105內(nèi)，溝渠氧化層120形成于溝渠115底部及側(cè)壁；一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜的第一多晶硅層130填滿多個溝渠115以形成溝渠MOS結(jié)構(gòu)；一平面柵極氧化層127形成于多個溝渠115相間的平臺118上；一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第二多晶硅層140形成于平面柵極氧化層127上，第二多晶硅層140及其下的平面柵極氧化層127被圖案化以構(gòu)成平面MOS結(jié)構(gòu)于分立的平臺118上，而P型雜質(zhì)摻雜區(qū)135形成于MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)平臺118下；一頂部金屬層180覆蓋MOS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體基板正面，連接P型雜質(zhì)摻雜區(qū)135、第二及第一多晶硅層作為陽極。一底部金屬層190形成于該重摻雜的η+半導(dǎo)體基板100上作為陰極。
[0095]第一實施例的變化型，是在P型雜質(zhì)摻雜區(qū)135內(nèi)另包含兩個η+摻雜區(qū)145形成于接近MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)以降低順向起始偏壓值Vf，請參見平面俯視圖2b及橫截面示意圖，圖1OA至圖10C。同樣的，頂部金屬層180覆蓋MOS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體基板正面，連接P型雜質(zhì)摻雜區(qū)135、η+摻雜區(qū)145、第二及第一多晶硅層作為陽極。
[0096]依據(jù)本發(fā)明的第二實施例，溝渠式MOS整流元件與第一實施例的元件結(jié)構(gòu)不同處在于:第一實施例的平面MOS結(jié)構(gòu)僅僅在平臺118上，而第二實施例平臺上的MOS結(jié)構(gòu)是通過第二多晶硅層140連接的。換言之，第二多晶硅層140圖案化后，沿ΑΑ’切割線的第二多晶硅層140是連續(xù)的，不只是平臺上有MOS結(jié)構(gòu)(第二多晶硅層140/平面柵極氧化層127/η-外延層105)，溝渠115上也有MOS結(jié)構(gòu)，(第二多晶硅層140/平面柵極氧化層127/第一多晶硅層130)，請參考圖2c的平面俯視圖及圖13A至圖13C的橫截面示意圖，第二實施例結(jié)構(gòu)描繪如下:
[0097]一種溝渠式MOS整流元件，包含:多個溝渠115平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板100上的η-外延層105內(nèi)，多個溝渠115內(nèi)具有溝渠氧化層120形成于溝渠115底部及側(cè)壁；一平面柵極氧化層127形成于多個溝渠115相間的平臺118上；一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜的第一多晶硅層130填滿多個溝渠115形成溝渠MOS結(jié)構(gòu)；一平面柵極氧化層127形成于平臺與第一多晶娃層130上,一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜的第二多晶娃層140形成于平面柵極氧化層127上，第二多晶硅層140及平面柵極氧化層127再被圖案化形成與溝渠115走向相垂直的MOS結(jié)構(gòu)列；ρ型雜質(zhì)摻雜區(qū)135則形成于MOS結(jié)構(gòu)列以外的平臺118下方的η-外延層105內(nèi)。一頂部金屬層180覆蓋該MOS結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體基板正面，連接P型雜質(zhì)摻雜區(qū)135、第二及第一多晶娃層作為陽極。一底部金屬層190形成于該重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上作為陰極。
[0098]第二實施例的變化型，是在P型雜質(zhì)摻雜區(qū)內(nèi)另包含兩個η+摻雜區(qū)145，請參見平面俯視圖2d及橫截面不意圖，圖14Α至圖14C。η+摻雜區(qū)145的功能一如在第一較佳實施例所述。
[0099]上述第一較佳實施例與第二較佳實施例的溝渠平面MOS結(jié)構(gòu)，是以第一多晶硅層130形成于溝渠，而平面上的MOS結(jié)構(gòu)則以第二多晶硅層140來完成，這可再進一步變化。
[0100]依據(jù)本發(fā)明的第三實施例，溝渠內(nèi)的導(dǎo)電層及平面的MOS結(jié)構(gòu)則是同一多晶硅層。請參考圖2e的平面俯視圖及圖18A?圖18C的橫截面示意圖。其結(jié)構(gòu)說明如下:溝渠氧化層120形成于溝渠115底部及側(cè)壁；一平面柵極氧化層127形成于多個溝渠相間的平臺上；一導(dǎo)電型離子摻雜第一多晶硅層130填滿多個溝渠115，溢出而形成于平面柵極氧化層127上，第一多晶硅層130及其下的平面柵極氧化層127再被圖案化而形成垂直多個溝渠115的數(shù)列MOS結(jié)構(gòu)，MOS結(jié)構(gòu)列兩側(cè)的平臺則是P型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)，一頂部金屬層180覆蓋MOS結(jié)構(gòu)列半導(dǎo)體基板正面，連接P型雜質(zhì)摻雜區(qū)135及第一多晶硅層130作為陽極。一底部金屬層190形成于該重摻雜的η+半導(dǎo)體基板100上作為陰極。
[0101 ] 第三實施例的變化型，同樣也是在P型雜質(zhì)摻雜區(qū)內(nèi)另包含兩個η+摻雜區(qū)145，請參見平面俯視圖2f及橫截面示意圖，圖19A至圖19C。
[0102]以下將詳述制造方法。以下的說明中，跟隨于η或P后的號代表輕摻雜，而“ + ”表示重摻雜。
[0103]請參考圖3所示的橫截面示意圖，圖3顯示一 η型雜質(zhì)重摻雜的η+半導(dǎo)體基板100具有一 η型雜質(zhì)摻雜的η-外延層105。多個主溝渠115，可以現(xiàn)有的光刻膠圖案(未圖示)為掩膜或以硬式掩膜(例如墊氧化層及氮化層掩膜；未圖示)，再施以干式蝕刻法形成。
[0104]接著，再施以熱氧化工藝形成溝渠氧化層120于主溝渠115的側(cè)壁及底部及相鄰溝渠的平臺118上。本步驟同時也可修復(fù)蝕刻損傷。
[0105]請參考圖4，接著，以沉積且同步摻雜的技術(shù)將導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜的第一多晶硅層130沉積于溝渠115內(nèi)至溢出溝渠之外。隨后，再以回蝕技術(shù)或化學(xué)機械研磨將高于平臺118上的第一多晶硅層130去除，直到平臺118上的氧化層120也去除，以裸露出平臺的η-外延層105為止。
[0106]接著，請參考圖5，施以一熱氧化工藝以形成平面柵極氧化層127。平面柵極氧化層127相對于溝渠氧化層120是薄很多的。例如平面柵極氧化層127厚度約為l_50nm，而溝渠氧化層120的厚度是平面柵極氧化層127厚度的2倍?100倍。
[0107]緊接著，如圖6所示，在沉積同步摻雜導(dǎo)電性雜質(zhì)的第二多晶硅層140于平面柵極氧化層127上之后，再形成一光刻膠圖案142于第二多晶硅層140上，以定義平面柵極位置。
[0108]隨后，進行非等向蝕刻，以光刻膠圖案142為掩膜蝕刻第二多晶硅層140。請參考圖7A、圖7B及圖7C，分別圖示兩個垂直于溝渠115走向但不同位置，及一個平行于溝渠115走向的橫截面示意圖。其中，沿AA’切割線的橫截面示意圖形成平面MOS于平臺118的位置。而沿BB’切割線的橫截面示意圖的第二多晶硅層140已移除，以作為離子注入?yún)^(qū)。換言之，于圖案化第二多晶硅層140后，再施以離子注入以形成P型導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)135。最后，再去除光刻膠圖案142。請注意在此及以下，除非特說明，注入時以光刻膠為掩膜，離子注入是以毯覆式全面注入進行，使得第一多晶硅層130及/或第二多晶硅層140也同樣的注入離子，而圖示中，在第一多晶硅層130及第二多晶硅層140都被略去注入?yún)^(qū)，以簡化圖示。
[0109]離子注入的劑量以使P型雜質(zhì)摻雜區(qū)(或注入?yún)^(qū))135的濃度高于η-外延層105的?型濃度I?3個數(shù)量級即可，例如lE12-lE14/cm2。注入的能量約為10keV-1000keV。
[0110]圖7C沿CC’切割線的橫截面示意圖可以看到平面MOS晶體管結(jié)構(gòu)。然后，再施以退火工藝，以活化已注入的導(dǎo)電性離子。
[0111]接著，再以稀釋的HF或氟化銨緩沖液去除裸露的平面柵極氧化層127。然后，再形成頂部金屬層180以連接源極及平面柵極。在另一實施例中，形成頂部金屬層180前，可以選擇先施以自對準金屬硅化物工藝。例如，先以濺鍍技術(shù)依序沉積Ti/TiN。然后再施以快速熱退火RTA工藝，以使金屬層和裸露的第二多晶硅層140及η-外延層105反應(yīng)以產(chǎn)生金屬硅化物(未圖示)，再以濕式蝕刻去除未反應(yīng)的金屬層。頂部金屬層180通常為一至三層的堆疊金屬層。例如TiNi/Ag或TiW/Al或Al等等。圖8A至圖8C顯示最后的結(jié)構(gòu)。
[0112]第一實施例的變化型是在P型雜質(zhì)摻雜區(qū)內(nèi)再形成兩個η+摻雜(η型重摻雜)區(qū)145。圖9Α?圖9C則顯示離子注入的光刻膠圖案152掩膜。圖1OA?圖1OC則顯示ρ型雜質(zhì)摻雜區(qū)135包含兩個η+摻雜區(qū)145的最后結(jié)構(gòu)的橫截面不意圖。圖2b為對應(yīng)的俯視圖。η+離子注入的劑量約為lE13-9E15/cm2。
[0113]依據(jù)本發(fā)明的第二實施例，在圖6形成第二多晶硅層140后，光刻膠圖案前的步驟一如第一實施例。請參考圖1lA?圖11C。
[0114]緊接著，形成一光刻膠圖案142于第二多晶硅層140上以定義MOS結(jié)構(gòu)。其中，沿AA’切割線的第二多晶硅層140全以光刻膠圖案142保護以形成MOS結(jié)構(gòu)列。沿BB’切割線的第二多晶硅層140則沒有光刻膠圖案以作為注入?yún)^(qū)。隨后，進行離子注入技術(shù)以注入P型導(dǎo)電性離子。離子注入的劑量一如第一實施例所述。其結(jié)果如圖1lA?IlC所示。緊接著去除光刻膠圖案142，接著，再以稀釋的HF或氟化銨緩沖液去除裸露的平面柵極氧化層127，其結(jié)果如圖12A?12C所示。然后，再施以退火工藝，以活化已注入的導(dǎo)電性離子。
[0115]然后，再形成頂部金屬層180。形成頂部金屬層180前，可以選擇先施以自對準金屬硅化物工藝。一如第一實施例所述。頂部金屬層180通常為一至三層的堆疊金屬層。例如TiNi/Ag或TiW/Al或Al等等。圖13A至圖13C顯示最后的結(jié)構(gòu)。圖2c為對應(yīng)的俯視圖。
[0116]第二實施例的變化型是在ρ型雜質(zhì)摻雜區(qū)內(nèi)再形成兩個η+摻雜區(qū)145。離子注入的光刻膠圖案一如圖9Α?圖9C的光刻膠圖案152掩膜。圖2d為俯視圖，圖14Α?圖14C則顯示P型雜質(zhì)摻雜區(qū)包含兩個η+摻雜區(qū)145的最后結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
[0117]上述第一實施例及第二實施例，第一多晶硅層130及第二多晶硅層140是分兩次沉積的。依據(jù)本發(fā)明的第三實施例，多晶硅層可以只要沉積一次即可。
[0118]在圖3的溝渠氧化層120完成后，請參考圖15，將平臺上的氧化層以化學(xué)機械研磨工藝移除。然后，重新再以熱氧化工藝形成一厚度較薄的平面柵極氧化層127。結(jié)果如圖16所示。
[0119]接著，如圖17Α?17C所示。先同步摻雜導(dǎo)電性雜質(zhì)第一多晶硅層130于溝渠115內(nèi)至溢出于平臺上。接著再以光刻膠圖案132于第一多晶硅層130上，以定義第一多晶硅層130以形成離子注入?yún)^(qū)及MOS結(jié)構(gòu)列區(qū)，再進行非等向蝕刻，以光刻膠圖案132為掩膜，蝕刻第一多晶硅層130。沿ΑΑ’切割線的第一多晶硅層130全以光刻膠圖案132保護以作為MOS結(jié)構(gòu)列區(qū)。沿ΒΒ’切割線的第一多晶硅層130則沒有光刻膠圖案，以作為離子注入?yún)^(qū)。隨后，進行離子注入技術(shù)以注入P型導(dǎo)電性離子。離子注入的劑量一如第一實施例所述。其結(jié)果如圖17Α?17C所示。然后，再施以退火工藝，以活化已注入的導(dǎo)電性離子。
[0120]緊接著去除光刻膠圖案132，接著，再以稀釋的HF或氟化銨緩沖液去除裸露的平面柵極氧化層127。
[0121]然后，再形成頂部金屬層180于上述工藝后的表面。形成頂部金屬層180前，可以選擇先施以自對準金屬娃化物工藝。一如第一實施例所述。頂部金屬層180通常為一至三層的堆疊金屬層。例如TiNi/Ag或TiW/Al或Al等等。圖18A至圖18C顯示最后的結(jié)構(gòu)。
[0122]第一實施例、第二實施例及第三實施例中，MOS結(jié)構(gòu)有如下差異:在第一實施例中，MOS結(jié)構(gòu)只形成于平臺上。第二實施例中MOS結(jié)構(gòu)成條狀的MOS結(jié)構(gòu)列，形成于平臺上也形成于平臺連接的第一多晶硅層130上(第二多晶硅層140/平面柵極氧化層127/第一多晶硅層130)。而第三實施例中MOS結(jié)構(gòu)只出現(xiàn)于平臺，溝渠中的第一多晶硅層130溢出至平臺上，連接平臺118上的MOS結(jié)構(gòu)。第三實施例中MOS結(jié)構(gòu)以第一多晶硅層130相連接，而成條狀(橫列)。
[0123]第三實施例的變化型是在ρ型雜質(zhì)摻雜區(qū)135內(nèi)再形成兩個η+摻雜區(qū)145。離子注入的光刻膠圖案一如圖9Α?圖9C的光刻膠圖案152掩膜。圖19Α?圖19C則顯示ρ型雜質(zhì)摻雜區(qū)包含兩個η+摻雜區(qū)145的最后結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
[0124]以上所述僅為本發(fā)明的示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種溝渠式MOS整流元件，其特征在于，所述元件包含: 多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，所述多個溝渠內(nèi)具有溝渠氧化層，所述溝渠氧化層形成于所述多個溝渠底部及側(cè)壁； 一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶硅層填滿所述多個溝渠； 一平面MOS結(jié)構(gòu)形成于所述多個溝渠相間的平臺上； P型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于所述平臺上該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)； 一頂部金屬層形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該平面MOS結(jié)構(gòu)的源極、柵極及該第一多晶娃層。
2.如權(quán)利要求1所述的溝渠式MOS整流元件，其特征在于，上述的P型雜質(zhì)摻雜區(qū)的每一區(qū)還包含兩個η+摻雜區(qū)，所述η+摻雜區(qū)形成于緊臨該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
3.一種溝渠式MOS整流元件，其特征在于，所述元件包含: 多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，所述多個溝渠內(nèi)具有溝渠氧化層，所述溝渠氧化層形成于所述多個溝渠底部及側(cè)壁； 一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶硅層填滿所述多個溝渠； 一平面柵極氧化層形成于該第一多晶硅層及平臺上； 一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第二多晶硅層形成于所述平臺上，該第二多晶硅層及其下的所述平面柵極氧化層被圖案化，而形成數(shù)列垂直于所述多個溝渠的平面MOS結(jié)構(gòu)； P型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于所述平臺上該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)； 一頂部金屬層形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該平面MOS結(jié)構(gòu)的源極、柵極及該第一多晶娃層。
4.如權(quán)利要求3所述的溝渠式MOS整流元件，其特征在于，上述的P型雜質(zhì)摻雜區(qū)的每一區(qū)還包含兩個η+摻雜區(qū)，所述η+摻雜區(qū)形成于緊臨該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
5.一種溝渠式MOS整流元件，其特征在于，所述元件包含: 多個溝渠平行形成于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)，所述多個溝渠內(nèi)具有溝渠氧化層，其形成于所述多個溝渠底部及側(cè)壁； 一平面柵極氧化層形成于平臺上； 一導(dǎo)電性雜質(zhì)摻雜第一多晶硅層填滿所述多個溝渠且形成于所述平臺的所述平面柵極氧化層上，該第一多晶硅層及其下的所述平面柵極氧化層被圖案化，而形成數(shù)列垂直于所述多個溝渠的平面MOS結(jié)構(gòu)； P型雜質(zhì)摻雜區(qū)形成于所述平臺上的該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)； 一頂部金屬層形成于該半導(dǎo)體基板正面，連接該平面MOS結(jié)構(gòu)的源極、柵極及該第一多晶娃層。
6.如權(quán)利要求5所述的溝渠式MOS整流元件，其特征在于，上述的P型雜質(zhì)摻雜區(qū)的每一區(qū)還包含兩個η+摻雜區(qū)，所述η+摻雜區(qū)形成于緊臨該平面MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
7.一種溝渠式MOS整流元件的制造方法，其特征在于，所述方法至少包含以下步驟: 形成以平臺相間的多個溝渠于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)； 施以熱氧化工藝，以形成溝渠氧化層于所述多個溝渠的側(cè)壁、底部及所述平臺上； 形成一導(dǎo)電型第一多晶硅層于所述多個溝渠內(nèi)至溢出于所述平臺上的所述溝渠氧化層； 施以回蝕工藝，以該η-外延層為蝕刻終止層； 施以熱氧化工藝，以形成一平面柵極氧化層于所有裸露的所述第一多晶硅層及所述平臺上; 形成一導(dǎo)電型第二多晶娃層于裸露的表面上； 圖案化該第二多晶硅層，以形成多列相隔一預(yù)定距離的MOS結(jié)構(gòu)，所述多列MOS結(jié)構(gòu)的走向與所述多個溝渠垂直； 注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)，以形成所述第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)于所述MOS結(jié)構(gòu)兩側(cè)的平臺上； 移除平臺上的裸露的該平面柵極氧化層；及 形成頂部金屬層以連接該MOS結(jié)構(gòu)及所述第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)以作為陽極； 形成底部金屬層于該重摻雜的η+半導(dǎo)體基板背面以作為陰極 '及 施以退火工藝以活化所有注入的離子。
8.如權(quán)利要求7所述的溝渠式MOS整流元件的制造方法，其特征在于，所述方法還包含在注入該第一導(dǎo)電型雜質(zhì)步驟后，移除平臺上的裸露的該平面柵極氧化層步驟前，再形成一光刻膠圖案以作為第二導(dǎo)電型雜質(zhì)注入掩膜；然后再進行第二次離子注入以注入第二導(dǎo)電型雜質(zhì)于該第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)緊臨該MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)內(nèi)。
9.一種溝渠式MOS整流元件的制造方法，其特征在于，所述方法包含以下步驟: 形成以平臺相間的多個溝渠于重摻雜的η+半導(dǎo)體基板上的η-外延層內(nèi)； 施以熱氧化工藝，以形成溝渠氧化層于所述多個溝渠的側(cè)壁、底部及所述平臺上； 施以回蝕工藝，以移除所述平臺上的所述溝渠氧化層，以該η-外延層為蝕刻終止層； 施以熱氧化工藝，以形成一平面柵極氧化層于所有裸露的所述平臺上； 形成一導(dǎo)電型第一多晶硅層于所述多個溝渠內(nèi)至溢出于所述平臺上； 圖案化該導(dǎo)電型第一多晶硅層，以形成多列相隔一預(yù)定距離的MOS結(jié)構(gòu)，所述列MOS結(jié)構(gòu)的走向與所述多個溝渠垂直； 注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)，以形成第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)于所述MOS結(jié)構(gòu)兩側(cè)的平臺上； 移除平臺上的裸露的該平面柵極氧化層；及 形成頂部金屬層以連接該MOS結(jié)構(gòu)及所述第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)以作為陽極； 形成底部金屬層于該重摻雜的η+半導(dǎo)體基板背面以作為陰極 '及 施以退火工藝以活化所有注入的離子。
10.如權(quán)利要求9所述的溝渠式MOS整流元件的制造方法，其特征在于，所述方法還包含在注入該第一導(dǎo)電型雜質(zhì)步驟后，移除所述平臺上的裸露的該平面柵極氧化層步驟前，再形成一光刻膠圖案以作為第二導(dǎo)電型雜質(zhì)注入掩膜；然后再進行第二次離子注入以注入第二導(dǎo)電型雜質(zhì)，于該第一導(dǎo)電型雜質(zhì)摻雜區(qū)緊臨該MOS結(jié)構(gòu)的兩側(cè)內(nèi)。
【文檔編號】H01L29/78GK104241363SQ201410006584
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】金勤海 申請人:竹懋科技股份有限公司, 金勤海