溝槽柵功率器件的制造方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溝槽柵功率器件的制造方法，導(dǎo)通區(qū)的各元胞的形成步驟包括：形成硬質(zhì)掩模層并光刻刻蝕形成溝槽；在溝槽中形成柵介質(zhì)層和多晶硅柵；進行各向同性刻蝕使硬質(zhì)掩模層的開口增加并形成自對準(zhǔn)柱；形成體區(qū)；形成源區(qū)；進行層間膜沉積；對層間膜進行化學(xué)機械研磨平坦化至自對準(zhǔn)柱的頂部表面；去除自對準(zhǔn)柱形成源區(qū)頂部的接觸孔的打開口；在接觸孔中填充金屬。本發(fā)明還公開了一種溝槽柵功率器件。本發(fā)明能實現(xiàn)接觸孔的自對準(zhǔn)定義，不需要考慮套準(zhǔn)冗余，且接觸孔不需要曝光工藝，能節(jié)約制作成本，從而能改善器件的閾值電壓穩(wěn)定性以及能縮小器件單元尺寸、降低導(dǎo)通電阻。
【專利說明】
溝槽柵功率器件的制造方法及結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種溝槽柵功率器件的制造方法。本發(fā)明還涉及一種溝槽柵功率器件。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有溝槽柵功率器件的制造方法中，器件的導(dǎo)通區(qū)由多個原胞即單元結(jié)構(gòu)(cell)排列組成如組成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，原胞內(nèi)的源區(qū)采用普注即全面注入形成，制作接觸孔時需要刻穿源區(qū)從而連接位于源區(qū)底部的體區(qū)。實際工藝中要考慮接觸孔和溝槽的套準(zhǔn)冗余，接觸孔和溝槽間的間隙要足夠大以防止因接觸孔曝光套偏導(dǎo)致的閾值電壓漂移等問題。這就限制了通過縮小溝槽間平臺尺寸降低導(dǎo)通電阻的可能。此外小尺寸接觸孔曝光對機臺能力也有一定的要求。
[0003]如圖1所示，是現(xiàn)有方法形成的溝槽柵功率器件結(jié)構(gòu)示意圖；器件結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底如娃襯底101，形成于半導(dǎo)體襯底101表面的外延層102，溝槽柵的溝槽形成于外延層102中，在溝槽的內(nèi)側(cè)表面形成有柵介質(zhì)層如柵氧化層103以及在內(nèi)部填充有多晶硅并形成多晶硅柵104。器件包括導(dǎo)通區(qū)和位于導(dǎo)通區(qū)外側(cè)的柵極引出區(qū)，導(dǎo)通區(qū)和柵極引出區(qū)的溝槽相連通，各溝槽中的多晶硅柵104也互相連接在一起，其中在圖1中特意將柵極引出區(qū)中的多晶娃柵用標(biāo)記104a標(biāo)出。
[0004]體區(qū)105形成于外延層102的表面，體區(qū)105—般由阱區(qū)組成，被多晶硅柵104側(cè)面覆蓋的體區(qū)105表面用于形成溝道。
[0005]源區(qū)106形成于導(dǎo)通區(qū)中的體區(qū)105表面，且在導(dǎo)通區(qū)中源區(qū)106是采用普注形成的。
[0006]層間膜107覆蓋在外延層102的表面。接觸孔108穿過層間膜107和底部摻雜區(qū)連接。在層間膜107的頂部形成有正面金屬層110，正面金屬層110圖形化后形成柵極和源極?？梢钥闯?，柵極通過接觸孔108和底部的多晶娃柵104a連接，并能通過多晶娃柵104a連接位于導(dǎo)通區(qū)中的各多晶硅柵104。
[0007]源極通過接觸孔108和底部的源區(qū)106連接。而且為了實現(xiàn)源極和體區(qū)105的連接，源區(qū)106對應(yīng)的接觸孔108的底部需要穿過所述源區(qū)106和體區(qū)105實現(xiàn)連接，且在該接觸孔108的底部形成有體區(qū)接觸區(qū)109，體區(qū)接觸區(qū)109用于和接觸孔108形成良好的歐姆接觸。
[0008]由圖1可知，由于現(xiàn)有方法形成的接觸孔108需要穿過源區(qū)106實現(xiàn)和體區(qū)105的接觸，故實際工藝中要考慮接觸孔108和溝槽的套準(zhǔn)冗余，接觸孔108和溝槽間的間隙要足夠大以防止因接觸孔108曝光套偏導(dǎo)致的閾值電壓漂移等問題。這就限制了通過縮小溝槽間平臺尺寸降低導(dǎo)通電阻的可能，溝槽間平臺尺寸也即為溝槽之間的間距，也即溝槽之間的外延層的寬度。此外小尺寸接觸孔曝光對機臺能力也有一定的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽柵功率器件的制造方法，能實現(xiàn)接觸孔的自對準(zhǔn)定義，不需要考慮套準(zhǔn)冗余，且接觸孔不需要曝光工藝，能節(jié)約制作成本，從而能改善器件的閾值電壓穩(wěn)定性以及能縮小器件單元尺寸、降低導(dǎo)通電阻。為此，本發(fā)明還提供一種溝槽柵功率器件。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的溝槽柵功率器件的制造方法的溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)由多個原胞周期性排列組成，溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的各元胞的形成步驟包括:
[0011]步驟一、在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底表面形成硬質(zhì)掩模層;采用光刻工藝定義出柵極形成區(qū)域;依次對所述柵極形成區(qū)域的所述硬質(zhì)掩模層和所述半導(dǎo)體襯底進行刻蝕形成溝槽。
[0012]步驟二、在所述溝槽的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層，采用多晶硅淀積和回刻工藝形成完全填充所述溝槽的多晶硅柵。
[0013]步驟三、采用各向同性刻蝕工藝對所述硬質(zhì)掩模層進行繼續(xù)刻蝕并使所述硬質(zhì)掩模層的開口增加且在各所述溝槽之間的所述半導(dǎo)體襯底表面形成由保留的所述硬質(zhì)掩模層組成的自對準(zhǔn)柱。
[0014]步驟四、進行第二導(dǎo)電類型的體區(qū)注入并激活在所述溝槽之間的所述半導(dǎo)體襯底表面形成體區(qū)，激活工藝使所述自對準(zhǔn)柱兩側(cè)的所述體區(qū)注入雜質(zhì)橫向擴散到所述自對準(zhǔn)柱底部并相接觸形成一個整體結(jié)構(gòu)。
[0015]由所述體區(qū)組成溝道區(qū)，所述多晶硅柵從側(cè)面覆蓋所述溝道區(qū)且被所述多晶硅柵側(cè)面覆蓋的所述溝道區(qū)表面用于形成溝道。
[0016]步驟五、進行第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s的源注入并激活在所述溝槽之間的所述溝道區(qū)的表面形成源區(qū)，激活工藝使所述自對準(zhǔn)柱兩側(cè)的所述源注入雜質(zhì)橫向擴散到所述自對準(zhǔn)柱底部并相接觸形成一個整體結(jié)構(gòu)。
[0017]步驟六、進行層間膜沉積，所述層間膜覆蓋所述自對準(zhǔn)柱以及所述自對準(zhǔn)柱之外的所述半導(dǎo)體襯底表面;所述層間膜和所述自對準(zhǔn)柱的材料不同，且要求保證后續(xù)步驟八對所述自對準(zhǔn)柱進行濕法刻蝕時的刻蝕速率大于所述層間膜的刻蝕速率。
[0018]步驟七、進行化學(xué)機械研磨(CMP)，所述化學(xué)機械研磨工藝對所述層間膜進行平坦化直至所述自對準(zhǔn)柱的頂部表面露出。
[0019]步驟八、采用濕法刻蝕工藝去除所述自對準(zhǔn)柱并在所述自對準(zhǔn)柱的去除區(qū)域形成所述源區(qū)頂部的接觸孔的打開口，實現(xiàn)對所述接觸孔的自對準(zhǔn)定義。
[0020]步驟九、在所述接觸孔中填充金屬。
[0021]進一步的改進是，步驟一中的所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底。
[0022]進一步的改進是，步驟一中的所述硬質(zhì)掩模層由氮化膜組成或者為氮化膜上疊加氧化膜形成的雙層結(jié)構(gòu)。
[0023 ]所述自對準(zhǔn)柱由氮化膜組成。
[0024]所述層間膜由氧化膜組成。
[0025]進一步的改進是，步驟三形成所述自對準(zhǔn)柱之后還包括淀積一層包裹所述自對準(zhǔn)柱的氧化膜的步驟，用以對所述自對準(zhǔn)柱進行加固。
[0026]進一步的改進是，步驟九中在所述接觸孔中填充的金屬為鎢。
[0027]進一步的改進是，在步驟八的所述接觸孔的打開口形成之后以及在步驟九的在所述接觸孔中填充金屬之前，還包括在所述接觸孔的底部進行第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s注入形成接觸注入層的步驟，所述接觸注入層和底部所述體區(qū)相接觸并用于在引出所述體區(qū)時和頂部的所述接觸孔的金屬形成歐姆接觸。
[0028]進一步的改進是，在步驟八的所述接觸孔的打開口形成之后以及在步驟九的在所述接觸孔中填充金屬之前，還包括對所述接觸孔底部的硅進行刻蝕的步驟，該刻蝕使所述接觸孔的底部穿過所述源區(qū)并和所述源區(qū)底部的所述體區(qū)接觸。
[0029]進一步的改進是，在所述溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的外側(cè)還包括柵電極連接區(qū)。
[0030]所述柵電極連接區(qū)中形成有和所述導(dǎo)通區(qū)的溝槽相連通的溝槽，所述柵電極連接區(qū)中的溝槽在步驟一中同時形成。
[0031]所述柵電極連接區(qū)的溝槽中也形成有柵介質(zhì)層和多晶硅柵并在步驟二中同時形成。
[0032]步驟三中進行各向同性刻蝕工藝形成所述自對準(zhǔn)柱之前還包括將所述柵電極連接區(qū)的所述硬質(zhì)掩模層去除的步驟。
[0033]步驟八中所述源區(qū)頂部的接觸孔的打開口之后還包括采用光刻刻蝕工藝在所述柵電極連接區(qū)的所述溝槽頂部形成用于連接所述多晶硅柵的接觸孔的開口。
[0034I進一步的改進是，還包括:
[0035]步驟十、形成正面金屬層，對所述正面金屬層進行光刻刻蝕形成柵極和源極;所述源區(qū)和所述體區(qū)通過頂部的所述接觸孔連接到所述源極;所述導(dǎo)通區(qū)中各所述原胞的所述多晶硅柵連接到所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵并通過所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵頂部的所述接觸孔連接到所述柵極。
[0036]步驟十一、在所述半導(dǎo)體襯底背面形成第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s的漏區(qū)，形成背面金屬層，所述背面金屬層和所述漏區(qū)接觸并作為漏極。
[0037]進一步的改進是，步驟三中的各向同性刻蝕工藝為濕法刻蝕。
[0038]進一步的改進是，所述溝槽柵功率器件為N型器件，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型；或者，所述溝槽柵功率器件為P型器件，第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。
[0039]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)由多個原胞周期性排列組成，溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的各元胞包括:
[0040 ]第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底中形成有由硬質(zhì)掩模層定義的溝槽。
[0041]在所述溝槽的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層，多晶硅柵由填充于所述溝槽中的多晶硅組成。
[0042]在所述溝槽之間的所述半導(dǎo)體襯底表面形成有第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；由所述體區(qū)組成溝道區(qū)，所述多晶硅柵從側(cè)面覆蓋所述溝道區(qū)且被所述多晶硅柵側(cè)面覆蓋的所述溝道區(qū)表面用于形成溝道。
[0043]在所述半導(dǎo)體襯底表面形成有層間膜以及穿過所述層間膜的接觸孔，所述接觸孔中填充有金屬。
[0044]所述接觸孔由通過對定義所述溝槽的所述硬質(zhì)掩模層進行各向同性刻蝕后形成的自對準(zhǔn)柱自對準(zhǔn)定義;所述層間膜和所述自對準(zhǔn)柱的材料不同，且要求保證對所述自對準(zhǔn)柱進行濕法刻蝕時的刻蝕速率大于所述層間膜的刻蝕速率;所述接觸孔的打開口在所述層間膜形成后并采用化學(xué)機械研磨工藝回刻到露出所述自對準(zhǔn)柱的頂部表面之后采用濕法刻蝕工藝去除所述自對準(zhǔn)柱形成。
[0045]進一步的改進是，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底。
[0046]進一步的改進是，步驟一中的所述硬質(zhì)掩模層由氮化膜組成或者為氮化膜上疊加氧化膜形成的雙層結(jié)構(gòu)。
[0047]所述自對準(zhǔn)柱由氮化膜組成。
[0048]所述層間膜由氧化膜組成。
[0049]進一步的改進是，所述接觸孔中填充的金屬為鎢。
[0050]進一步的改進是，在所述接觸孔的底部形成有第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s的接觸注入層，所述接觸注入層和底部所述體區(qū)相接觸并用于在引出所述體區(qū)時和頂部的所述接觸孔的金屬形成歐姆接觸。
[0051]進一步的改進是，所述接觸孔的底部還包括一硅刻蝕區(qū)域，該硅刻蝕區(qū)域使所述接觸孔的底部穿過所述源區(qū)并和所述源區(qū)底部的所述體區(qū)接觸。
[0052]進一步的改進是，在所述溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的外側(cè)還包括柵電極連接區(qū)；
[0053]所述柵電極連接區(qū)中形成有和所述導(dǎo)通區(qū)的溝槽相連通且同時形成的溝槽。
[0054]所述柵電極連接區(qū)的溝槽中也形成有柵介質(zhì)層和多晶硅柵。
[0055]所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵頂部形成有引出所述多晶硅柵的接觸孔。[°°56]進一步的改進是，還包括:
[0057]由正面金屬層圖形化形成的柵極和源極;所述源區(qū)和所述體區(qū)通過頂部的所述接觸孔連接到所述源極;所述導(dǎo)通區(qū)中各所述原胞的所述多晶硅柵連接到所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵并通過所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵頂部的所述接觸孔連接到所述柵極。
[0058]在所述半導(dǎo)體襯底背面形成有第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s的漏區(qū)，背面金屬層和所述漏區(qū)接觸并作為漏極。
[0059]進一步的改進是，所述柵介質(zhì)層為柵氧化層，采用熱氧化層工藝形成。
[0060]進一步的改進是，所述溝槽柵功率器件為N型器件，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型；或者，所述溝槽柵功率器件為P型器件，第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。
[0061]本發(fā)明器件的導(dǎo)通區(qū)的各元胞的溝槽和接觸孔都是通過硬質(zhì)掩模層定義，首先利用光刻定義的硬質(zhì)掩模層開口定義溝槽的寬度，而接觸孔的定義則不再需要采用光刻定義，而是對硬質(zhì)掩模層進行各向同性刻蝕使硬質(zhì)掩模層的開口變大并在各溝槽之間的半導(dǎo)體襯底表面形成由保留的硬質(zhì)掩模層組成的自對準(zhǔn)柱，在層間膜形成后去除這些自對準(zhǔn)柱就能形成接觸孔的打開口，由此可知，本發(fā)明實現(xiàn)了接觸孔的自對準(zhǔn)定義，由于自對準(zhǔn)柱的位置是位于各溝槽之間，不會出現(xiàn)接觸孔偏移到溝槽上方的情形，所以本發(fā)明不需要考慮套準(zhǔn)冗余，由于本發(fā)明的接觸孔采用自對準(zhǔn)定義實現(xiàn)故不需要曝光工藝，在半導(dǎo)體集成電路中，少一道光刻工藝能夠節(jié)約不少成本，故本發(fā)明還能節(jié)約制作成本。
[0062]另外，由于本發(fā)明的接觸孔采用自對準(zhǔn)定義，對器件來說能夠防止接觸孔和溝槽之間套偏時對器件的閾值電壓產(chǎn)生影響，故本發(fā)明還能改善器件的閾值電壓穩(wěn)定性；由于不需要考慮套準(zhǔn)冗余以及自對準(zhǔn)工藝不會受到機臺曝光能力的限制，故本發(fā)明能縮小器件的單元尺寸，單元尺寸為器件的步進(pitch)也即溝槽的寬度和間距和，從而能制作小pitch的溝槽柵功率器件，并能通過降低器件的單元尺寸來降低導(dǎo)通電阻(Rdson)。如:本發(fā)明方法能制作寬度小于0.1微米的接觸孔，能使溝槽柵功率器件的pitch可以從現(xiàn)在的1.0微米縮小到0.5微米，器件Rdson可以降低10% ;
【附圖說明】
[0063]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明:
[0064]圖1是現(xiàn)有方法形成的溝槽柵功率器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖2是本發(fā)明實施例溝槽柵功率器件的制造方法的流程圖；
[0066]圖3A-圖30是本發(fā)明實施例溝槽柵功率器件的制造方法各步驟的器件結(jié)構(gòu)意圖。
【具體實施方式】
[0067]如圖2所示，是本發(fā)明實施例溝槽柵功率器件的制造方法的流程圖；如圖3A至圖30所示，是本發(fā)明實施例溝槽柵功率器件的制造方法各步驟的器件結(jié)構(gòu)意圖。本發(fā)明實施例溝槽柵功率器件的制造方法的溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)由多個原胞周期性排列組成，溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的各元胞的形成步驟包括:
[0068]步驟一、如圖3A所示，在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底I表面形成硬質(zhì)掩模層201;較佳為，所述半導(dǎo)體襯底I為硅襯底且在表面形成有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體外延層2。的所述硬質(zhì)掩模層201由氮化膜組成或者為氮化膜上疊加氧化膜形成的雙層結(jié)構(gòu)。
[0069]采用光刻工藝形成光刻膠圖形202定義出柵極形成區(qū)域；
[0070]對所述柵極形成區(qū)域的所述硬質(zhì)掩模層201進行刻蝕然后去除光刻膠圖形202。
[0071]如圖3B所示，以所述硬質(zhì)掩模層201圖形為掩模對所述半導(dǎo)體襯底I進行刻蝕形成溝槽203。
[0072]本發(fā)明實施例方法中，在所述溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的外側(cè)還包括柵電極連接區(qū)。其中，位于柵極引出區(qū)中的溝槽單獨用標(biāo)記203a標(biāo)出。所述柵電極連接區(qū)中的溝槽203a和所述導(dǎo)通區(qū)的溝槽203相連通。
[0073]步驟二、如圖3C所示，在所述溝槽203的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層3。較佳為，所述柵介質(zhì)層3為柵氧化層，采用熱氧化層工藝形成。
[0074]如圖3D所示，采用多晶硅淀積和回刻工藝形成完全填充所述溝槽203的多晶硅柵4。
[0075]所述柵電極連接區(qū)的溝槽203a中也形成有柵介質(zhì)層和多晶硅柵，所述柵電極連接區(qū)的多晶硅柵單獨用標(biāo)記4a標(biāo)出。
[0076]如圖3E所示，進行多晶硅回刻，回刻后的多晶硅柵4的表面和半導(dǎo)體外延層2的表面相平。
[0077]步驟三、如圖3H所示，采用各向同性刻蝕工藝對所述硬質(zhì)掩模層201進行繼續(xù)刻蝕并使所述硬質(zhì)掩模層201的開口增加且在各所述溝槽203之間的所述半導(dǎo)體襯底I表面形成由保留的所述硬質(zhì)掩模層201組成的自對準(zhǔn)柱201a。
[0078]本發(fā)明實施例方法中由于所述導(dǎo)通區(qū)和所述柵電極連接區(qū)集成在一起形成，故在進行各向同性刻蝕工藝形成所述自對準(zhǔn)柱201a之前還包括將所述柵電極連接區(qū)的所述硬質(zhì)掩模層201去除的步驟:
[0079]首先、如圖3F所示，采用光刻工藝形成光刻膠圖204，光刻膠圖形204將所述導(dǎo)通區(qū)保護，將所述柵極連接區(qū)暴露。
[0080]其次、如圖3F所示，將所述柵極連接區(qū)中的所述硬質(zhì)掩模層201去除。
[0081]最后、如圖3G所示，去除所述光刻膠圖形204。
[0082]本發(fā)明實施例方法中，所述自對準(zhǔn)柱201a由氮化膜組成。步驟三中的各向同性刻蝕工藝為濕法刻蝕。
[0083]之后、如圖31所示，在形成所述自對準(zhǔn)柱20 Ia之后還包括淀積一層包裹所述自對準(zhǔn)柱201a的氧化膜的步驟，用以對所述自對準(zhǔn)柱201a進行加固。
[0084]步驟四、如圖3J所示，進行第二導(dǎo)電類型的體區(qū)注入并激活在所述溝槽203之間的所述半導(dǎo)體襯底I表面形成體區(qū)5，激活工藝使所述自對準(zhǔn)柱201a兩側(cè)的所述體區(qū)注入雜質(zhì)橫向擴散到所述自對準(zhǔn)柱201a底部并相接觸形成一個整體結(jié)構(gòu)。
[0085]由所述體區(qū)5組成溝道區(qū)5，所述多晶硅柵4從側(cè)面覆蓋所述溝道區(qū)5且被所述多晶硅柵4側(cè)面覆蓋的所述溝道區(qū)5表面用于形成溝道。
[0086]步驟五、如圖3J所示，進行第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s的源注入并激活在所述溝槽203之間的所述溝道區(qū)5的表面形成源區(qū)6，激活工藝使所述自對準(zhǔn)柱201a兩側(cè)的所述源注入雜質(zhì)橫向擴散到所述自對準(zhǔn)柱201a底部并相接觸形成一個整體結(jié)構(gòu)。
[0087]步驟六、如圖3K所示，進行層間膜7沉積，所述層間膜7覆蓋所述自對準(zhǔn)柱201a以及所述自對準(zhǔn)柱201a之外的所述半導(dǎo)體襯底I表面;所述層間膜7和所述自對準(zhǔn)柱201a的材料不同，且要求保證后續(xù)步驟八對所述自對準(zhǔn)柱201a進行濕法刻蝕時的刻蝕速率大于所述層間膜7的刻蝕速率。
[0088]較佳為，所述層間膜7由氧化膜組成。
[0089]步驟七、如圖3L所示，進行化學(xué)機械研磨，所述化學(xué)機械研磨工藝對所述層間膜7進行平坦化直至所述自對準(zhǔn)柱201a的頂部表面露出。
[0090]步驟八、如圖3M所示，采用濕法刻蝕工藝去除所述自對準(zhǔn)柱201a并在所述自對準(zhǔn)柱201a的去除區(qū)域形成所述源區(qū)6頂部的接觸孔8的打開口，實現(xiàn)對所述接觸孔8的自對準(zhǔn)定義。
[0091]如圖3N所示，為了實現(xiàn)所述導(dǎo)通區(qū)和所述柵極電極連接區(qū)的集成，在所述源區(qū)6頂部的接觸孔8的打開口之后還包括采用光刻刻蝕工藝在所述柵電極連接區(qū)的所述溝槽203頂部形成用于連接所述多晶硅柵4a的接觸孔8a的開口。
[0092 ]步驟九、如圖30所示，在所述接觸孔8中填充金屬。
[0093]較佳為，在所述接觸孔8中填充的金屬為鎢。
[0094]在步驟九的在所述接觸孔8中填充金屬之前，還包括如下步驟:
[0095]對所述接觸孔8底部的硅進行刻蝕的步驟，該刻蝕使所述接觸孔8的底部穿過所述源區(qū)6并和所述源區(qū)6底部的所述體區(qū)5接觸。
[0096]在所述接觸孔8的底部進行第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s注入形成接觸注入層9的步驟，所述接觸注入層9和底部所述體區(qū)5相接觸并用于在引出所述體區(qū)5時和頂部的所述接觸孔8的金屬形成歐姆接觸。[0097 ] 步驟九的上述工藝在所述接觸孔8a中也同時進行。
[0098]還包括步驟:
[0099]步驟十、形成正面金屬層10，對所述正面金屬層10進行光刻刻蝕形成柵極和源極；所述源區(qū)6和所述體區(qū)5通過頂部的所述接觸孔8連接到所述源極;所述導(dǎo)通區(qū)中各所述原胞的所述多晶硅柵4連接到所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵4a并通過所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵4a頂部的所述接觸孔8a連接到所述柵極。
[0100]步驟十一、在所述半導(dǎo)體襯底I背面形成第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s的漏區(qū)，形成背面金屬層，所述背面金屬層和所述漏區(qū)接觸并作為漏極。
[0101]本發(fā)明實施例方法中，所述溝槽柵功率器件為N型器件，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。在其它實施例方法中也能為:所述溝槽柵功率器件為P型器件，第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。
[0102]如圖30所示，本發(fā)明實施例溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)由多個原胞周期性排列組成，溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的各元胞包括:
[0103]第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底I，在所述半導(dǎo)體襯底I中形成有由硬質(zhì)掩模層201定義的溝槽203。較佳為，所述半導(dǎo)體襯底I為硅襯底且在表面形成有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體外延層2。的所述硬質(zhì)掩模層201由氮化膜組成或者為氮化膜上疊加氧化膜形成的雙層結(jié)構(gòu)。
[0104]在所述溝槽203的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層3，多晶硅柵4由填充于所述溝槽203中的多晶硅組成。較佳為，所述柵介質(zhì)層3為柵氧化層，采用熱氧化層工藝形成。
[0105]在所述溝槽203之間的所述半導(dǎo)體襯底I表面形成有第二導(dǎo)電類型的體區(qū)5;由所述體區(qū)5組成溝道區(qū)5，所述多晶硅柵4從側(cè)面覆蓋所述溝道區(qū)5且被所述多晶硅柵4側(cè)面覆蓋的所述溝道區(qū)5表面用于形成溝道。
[0106]在所述半導(dǎo)體襯底I表面形成有層間膜7以及穿過所述層間膜7的接觸孔8，所述接觸孔8中填充有金屬。
[0107]所述接觸孔8由通過對定義所述溝槽203的所述硬質(zhì)掩模層201進行各向同性刻蝕后形成的自對準(zhǔn)柱201a自對準(zhǔn)定義;所述層間膜7和所述自對準(zhǔn)柱201a的材料不同，且要求保證對所述自對準(zhǔn)柱201a進行濕法刻蝕時的刻蝕速率大于所述層間膜7的刻蝕速率。較佳為，所述自對準(zhǔn)柱201 a由氮化膜組成。所述層間膜7由氧化膜組成。
[0108]所述接觸孔8的打開口在所述層間膜7形成后并采用化學(xué)機械研磨工藝回刻到露出所述自對準(zhǔn)柱201a的頂部表面之后采用濕法刻蝕工藝去除所述自對準(zhǔn)柱201a形成。
[0109]較佳為，所述接觸孔8中填充的金屬為鎢。所述接觸孔8的底部還包括一硅刻蝕區(qū)域，該硅刻蝕區(qū)域使所述接觸孔8的底部穿過所述源區(qū)6并和所述源區(qū)6底部的所述體區(qū)5接觸。
[0110]在所述接觸孔8的底部形成有第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s的接觸注入層9，所述接觸注入層9和底部所述體區(qū)5相接觸并用于在引出所述體區(qū)5時和頂部的所述接觸孔8的金屬形成歐姆接觸。
[0111]在所述溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的外側(cè)還包括柵電極連接區(qū)。
[0112]所述柵電極連接區(qū)中形成有和所述導(dǎo)通區(qū)的溝槽203相連通且同時形成的溝槽203ao
[0113]所述柵電極連接區(qū)的溝槽203a中也形成有柵介質(zhì)層3和多晶硅柵4a。
[0114]所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵4a頂部形成有引出所述多晶硅柵4的接觸孔
8a ο
[0115]由正面金屬層10圖形化形成的柵極和源極;所述源區(qū)6和所述體區(qū)5通過頂部的所述接觸孔8連接到所述源極;所述導(dǎo)通區(qū)中各所述原胞的所述多晶硅柵4連接到所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵4a并通過所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵4a頂部的所述接觸孔8a連接到所述柵極。
[0116]在所述半導(dǎo)體襯底I背面形成有第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s的漏區(qū)，背面金屬層和所述漏區(qū)接觸并作為漏極。
[0117]本發(fā)明實施例中，所述溝槽柵功率器件為N型器件，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。在其它實施例中也能為:所述溝槽柵功率器件為P型器件，第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。
[0118]以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于，溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)由多個原胞周期性排列組成，溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的各元胞的形成步驟包括: 步驟一、在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底表面形成硬質(zhì)掩模層;采用光刻工藝定義出柵極形成區(qū)域;依次對所述柵極形成區(qū)域的所述硬質(zhì)掩模層和所述半導(dǎo)體襯底進行刻蝕形成溝槽； 步驟二、在所述溝槽的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層，采用多晶硅淀積和回刻工藝形成完全填充所述溝槽的多晶硅柵； 步驟三、采用各向同性刻蝕工藝對所述硬質(zhì)掩模層進行繼續(xù)刻蝕并使所述硬質(zhì)掩模層的開口增加且在各所述溝槽之間的所述半導(dǎo)體襯底表面形成由保留的所述硬質(zhì)掩模層組成的自對準(zhǔn)柱； 步驟四、進行第二導(dǎo)電類型的體區(qū)注入并激活在所述溝槽之間的所述半導(dǎo)體襯底表面形成體區(qū)，激活工藝使所述自對準(zhǔn)柱兩側(cè)的所述體區(qū)注入雜質(zhì)橫向擴散到所述自對準(zhǔn)柱底部并相接觸形成一個整體結(jié)構(gòu)； 由所述體區(qū)組成溝道區(qū)，所述多晶硅柵從側(cè)面覆蓋所述溝道區(qū)且被所述多晶硅柵側(cè)面覆蓋的所述溝道區(qū)表面用于形成溝道； 步驟五、進行第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s的源注入并激活在所述溝槽之間的所述溝道區(qū)的表面形成源區(qū)，激活工藝使所述自對準(zhǔn)柱兩側(cè)的所述源注入雜質(zhì)橫向擴散到所述自對準(zhǔn)柱底部并相接觸形成一個整體結(jié)構(gòu)； 步驟六、進行層間膜沉積，所述層間膜覆蓋所述自對準(zhǔn)柱以及所述自對準(zhǔn)柱之外的所述半導(dǎo)體襯底表面;所述層間膜和所述自對準(zhǔn)柱的材料不同，且要求保證后續(xù)步驟八對所述自對準(zhǔn)柱進行濕法刻蝕時的刻蝕速率大于所述層間膜的刻蝕速率； 步驟七、進行化學(xué)機械研磨，所述化學(xué)機械研磨工藝對所述層間膜進行平坦化直至所述自對準(zhǔn)柱的頂部表面露出； 步驟八、采用濕法刻蝕工藝去除所述自對準(zhǔn)柱并在所述自對準(zhǔn)柱的去除區(qū)域形成所述源區(qū)頂部的接觸孔的打開口，實現(xiàn)對所述接觸孔的自對準(zhǔn)定義； 步驟九、在所述接觸孔中填充金屬。2.如權(quán)利要求1所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:步驟一中的所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底。3.如權(quán)利要求1或2所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:步驟一中的所述硬質(zhì)掩模層由氮化膜組成或者為氮化膜上疊加氧化膜形成的雙層結(jié)構(gòu)； 所述自對準(zhǔn)柱由氮化膜組成； 所述層間膜由氧化膜組成。4.如權(quán)利要求3所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:步驟三形成所述自對準(zhǔn)柱之后還包括淀積一層包裹所述自對準(zhǔn)柱的氧化膜的步驟，用以對所述自對準(zhǔn)柱進行加固。5.如權(quán)利要求1或2所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:步驟九中在所述接觸孔中填充的金屬為鎢。6.如權(quán)利要求1或2所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:在步驟八的所述接觸孔的打開口形成之后以及在步驟九的在所述接觸孔中填充金屬之前，還包括在所述接觸孔的底部進行第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s注入形成接觸注入層的步驟，所述接觸注入層和底部所述體區(qū)相接觸并用于在引出所述體區(qū)時和頂部的所述接觸孔的金屬形成歐姆接觸。7.如權(quán)利要求1或2所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:在步驟八的所述接觸孔的打開口形成之后以及在步驟九的在所述接觸孔中填充金屬之前，還包括對所述接觸孔底部的硅進行刻蝕的步驟，該刻蝕使所述接觸孔的底部穿過所述源區(qū)并和所述源區(qū)底部的所述體區(qū)接觸。8.如權(quán)利要求1或2所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:在所述溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的外側(cè)還包括柵電極連接區(qū)； 所述柵電極連接區(qū)中形成有和所述導(dǎo)通區(qū)的溝槽相連通的溝槽，所述柵電極連接區(qū)中的溝槽在步驟一中同時形成； 所述柵電極連接區(qū)的溝槽中也形成有柵介質(zhì)層和多晶硅柵并在步驟二中同時形成； 步驟三中進行各向同性刻蝕工藝形成所述自對準(zhǔn)柱之前還包括將所述柵電極連接區(qū)的所述硬質(zhì)掩模層去除的步驟； 步驟八中所述源區(qū)頂部的接觸孔的打開口之后還包括采用光刻刻蝕工藝在所述柵電極連接區(qū)的所述溝槽頂部形成用于連接所述多晶硅柵的接觸孔的開口。9.如權(quán)利要求8所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于，還包括: 步驟十、形成正面金屬層，對所述正面金屬層進行光刻刻蝕形成柵極和源極;所述源區(qū)和所述體區(qū)通過頂部的所述接觸孔連接到所述源極;所述導(dǎo)通區(qū)中各所述原胞的所述多晶硅柵連接到所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵并通過所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵頂部的所述接觸孔連接到所述柵極； 步驟十一、在所述半導(dǎo)體襯底背面形成第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s的漏區(qū)，形成背面金屬層，所述背面金屬層和所述漏區(qū)接觸并作為漏極。10.如權(quán)利要求1或2所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:步驟三中的各向同性刻蝕工藝為濕法刻蝕。11.如權(quán)利要求1或2所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:所述溝槽柵功率器件為N型器件，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型；或者，所述溝槽柵功率器件為P型器件，第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。12.—種溝槽柵功率器件，其特征在于，溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)由多個原胞周期性排列組成，溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的各元胞包括: 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底中形成有由硬質(zhì)掩模層定義的溝槽； 在所述溝槽的底部表面和側(cè)面形成柵介質(zhì)層，多晶硅柵由填充于所述溝槽中的多晶硅組成； 在所述溝槽之間的所述半導(dǎo)體襯底表面形成有第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；由所述體區(qū)組成溝道區(qū)，所述多晶硅柵從側(cè)面覆蓋所述溝道區(qū)且被所述多晶硅柵側(cè)面覆蓋的所述溝道區(qū)表面用于形成溝道； 在所述半導(dǎo)體襯底表面形成有層間膜以及穿過所述層間膜的接觸孔，所述接觸孔中填充有金屬； 所述接觸孔由通過對定義所述溝槽的所述硬質(zhì)掩模層進行各向同性刻蝕后形成的自對準(zhǔn)柱自對準(zhǔn)定義;所述層間膜和所述自對準(zhǔn)柱的材料不同，且要求保證對所述自對準(zhǔn)柱進行濕法刻蝕時的刻蝕速率大于所述層間膜的刻蝕速率;所述接觸孔的打開口在所述層間膜形成后并采用化學(xué)機械研磨工藝回刻到露出所述自對準(zhǔn)柱的頂部表面之后采用濕法刻蝕工藝去除所述自對準(zhǔn)柱形成。13.如權(quán)利要求12所述的溝槽柵功率器件，其特征在于:所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底。14.如權(quán)利要求12或13所述的溝槽柵功率器件，其特征在于:步驟一中的所述硬質(zhì)掩模層由氮化膜組成或者為氮化膜上疊加氧化膜形成的雙層結(jié)構(gòu)； 所述自對準(zhǔn)柱由氮化膜組成； 所述層間膜由氧化膜組成。15.如權(quán)利要求12或13所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:所述接觸孔中填充的金屬為鎢。16.如權(quán)利要求12或13所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:在所述接觸孔的底部形成有第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s的接觸注入層，所述接觸注入層和底部所述體區(qū)相接觸并用于在引出所述體區(qū)時和頂部的所述接觸孔的金屬形成歐姆接觸。17.如權(quán)利要求12或13所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:所述接觸孔的底部還包括一硅刻蝕區(qū)域，該硅刻蝕區(qū)域使所述接觸孔的底部穿過所述源區(qū)并和所述源區(qū)底部的所述體區(qū)接觸。18.如權(quán)利要求1或2所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:在所述溝槽柵功率器件的導(dǎo)通區(qū)的外側(cè)還包括柵電極連接區(qū)； 所述柵電極連接區(qū)中形成有和所述導(dǎo)通區(qū)的溝槽相連通且同時形成的溝槽； 所述柵電極連接區(qū)的溝槽中也形成有柵介質(zhì)層和多晶硅柵； 所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵頂部形成有引出所述多晶硅柵的接觸孔。19.如權(quán)利要求18所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于，還包括: 由正面金屬層圖形化形成的柵極和源極;所述源區(qū)和所述體區(qū)通過頂部的所述接觸孔連接到所述源極;所述導(dǎo)通區(qū)中各所述原胞的所述多晶硅柵連接到所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵并通過所述柵電極連接區(qū)中的所述多晶硅柵頂部的所述接觸孔連接到所述柵極； 在所述半導(dǎo)體襯底背面形成有第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s的漏區(qū)，背面金屬層和所述漏區(qū)接觸并作為漏極。20.如權(quán)利要求12或13所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:所述柵介質(zhì)層為柵氧化層，采用熱氧化層工藝形成。21.如權(quán)利要求12或13所述的溝槽柵功率器件的制造方法，其特征在于:所述溝槽柵功率器件為N型器件，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型;或者，所述溝槽柵功率器件為P型器件，第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。
【文檔編號】H01L21/336GK105826205SQ201610373499
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】柯行飛, 繆進征
【申請人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司