平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法，在柵極材料層側(cè)壁形成側(cè)墻，減小柵源失效的風(fēng)險(xiǎn)。另外，通過(guò)光刻和刻蝕工藝在第二窗口中形成第三窗口后，先進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝形成P型區(qū)，再刻蝕所述第三窗口側(cè)壁的掩蔽層，即使掩蔽層橫向侵蝕，暴露出N型區(qū)的上表面，即可實(shí)現(xiàn)N型區(qū)的平面橫向接觸，保證N型區(qū)的接觸面積，避免導(dǎo)通電阻等異常情況的出現(xiàn)，在減少光刻成本情況下保證器件的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可靠性滿(mǎn)足要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 平面柵工藝在中高壓功率M0SFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和IGBT(絕 緣柵雙極型晶體管)等器件中一直為主流的技術(shù)。
[0003] 平面柵工藝的源區(qū)制作涉及多套光刻版和工藝制造過(guò)程。具體而言，源區(qū)加工共 涉及P阱(Pbody)、N+區(qū)、P+區(qū)、接觸孔四層光刻版，成本較高。同時(shí)由于N+區(qū)、P+區(qū)、接觸孔的 互套對(duì)準(zhǔn)精度影響，多層次的對(duì)偏會(huì)影響到參數(shù)和可靠性問(wèn)題。
[0004] 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，線寬要求越來(lái)越小，平面柵功率器件的特征尺寸也越來(lái) 越小。在接觸孔工藝中，需要使柵極(通常由多晶硅制成)遠(yuǎn)離源極的金屬孔連線，如果在接 觸孔光刻出現(xiàn)對(duì)偏或者刻蝕出現(xiàn)波動(dòng)，就會(huì)使柵極的多晶硅遠(yuǎn)離源極的金屬孔連線短路， 出現(xiàn)柵源(GS)失效等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法，以減小柵源(GS) 失效的風(fēng)險(xiǎn)。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于，解決N型區(qū)接觸不足導(dǎo)致的電流密度減少的問(wèn)題，避免導(dǎo) 通電阻(Rdson)等異常情況的出現(xiàn)。
[0007] 本發(fā)明的又一目的在于，減少光刻成本同時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可靠性滿(mǎn)足要求。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種平面柵功率器件形成方法，包括：
[0009] 提供一半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極材料層；
[0010] 進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在所述柵極材料層中形成第一窗口；
[0011] 進(jìn)行P阱注入以及退火工藝，在所述半導(dǎo)體襯底中形成P阱；
[0012] 進(jìn)行N型區(qū)注入以及退火工藝，在所述P阱中形成N型區(qū)；
[0013] 在所述柵極材料層上以及第一窗口表面淀積阻擋層，并對(duì)所述阻擋層進(jìn)行回刻蝕 工藝，形成第二窗口，所述柵極材料層側(cè)壁的阻擋層被保留下來(lái)構(gòu)成側(cè)墻；
[0014]在所述柵極材料層上淀積掩蔽層，并進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在所述第二窗口中形 成第三窗口，所述第三窗口的橫截面寬度小于所述第二窗口的橫截面寬度；
[0015] 進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝，在所述第三窗口底部形成P型區(qū)，所述P型區(qū)穿透所 述N型區(qū)；
[0016] 刻蝕所述第三窗口側(cè)壁的掩蔽層，形成第四窗口，所述第四窗口暴露所述N型區(qū)的 上表面；以及
[0017] 在所述第四窗口中填充導(dǎo)電材料形成源極結(jié)構(gòu)。
[0018] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述阻擋層是單層結(jié)構(gòu)。所述阻擋 層的材質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅。
[0019] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述阻擋層由第一子阻擋層和形 成于所述第一子阻擋層上的第二子阻擋層組成。所述第一子阻擋層的材質(zhì)是氮化硅或氮氧 化硅，所述第二子阻擋層材質(zhì)是氮化硅、二氧化硅、硼磷硅玻璃或氮氧化硅。
[0020] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述掩蔽層是單層結(jié)構(gòu)。所述掩蔽 層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。
[0021] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述掩蔽層由第一子掩蔽層和形 成于所述第一子掩蔽層上的第二子掩蔽層組成。所述第一子掩蔽層的材質(zhì)是氮化硅或氮氧 化硅，所述第二子掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。
[0022] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，形成第四窗口的步驟包括：
[0023]濕法腐蝕所述第三窗口側(cè)壁的第二子掩蔽層，形成第四窗口，所述第四窗口的底 部暴露所述第一子掩蔽層；以及
[0024] 干法刻蝕所述第四窗口底部的第一子掩蔽層，使所述第四窗口底部暴露出所述N 型區(qū)的上表面。
[0025] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，刻蝕所述第二窗口內(nèi)的掩蔽層和 預(yù)定深度的N型區(qū)，形成所述第三窗口。
[0026] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述柵極材料層包括形成于所述 半導(dǎo)體襯底上的柵極介質(zhì)層以及形成于所述柵極介質(zhì)層上的柵極導(dǎo)電層。所述柵極介質(zhì)層 的材質(zhì)為二氧化硅，所述柵極導(dǎo)電層的材質(zhì)為摻雜多晶硅。
[0027] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述第一窗口暴露所述半導(dǎo)體襯 底，進(jìn)行P阱注入以及退火工藝之前，在所述第一窗口的底部形成注入阻擋層。
[0028] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述第一窗口暴露所述柵極介質(zhì) 層。
[0029 ]本發(fā)明提供一種平面柵功率器件，包括：
[0030]半導(dǎo)體襯底；
[0031 ]形成于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極材料層；
[0032]形成于所述柵極材料層中的第一窗口；
[0033]形成于所述第一窗口下方的半導(dǎo)體襯底中的P阱；
[0034] 形成于所述P阱中的N型區(qū)；
[0035] 形成于所述柵極材料層側(cè)壁的側(cè)墻；
[0036] 形成于所述柵極材料層上的掩蔽層；
[0037]形成于所述第二窗口中的第三窗口，所述第三窗口的橫截面寬度小于所述第二窗 口的橫截面寬度，且所述第三窗口暴露所述N型區(qū)；
[0038] 形成于所述第三窗口底部的P型區(qū)，所述P型區(qū)穿透所述N型區(qū)；
[0039]與所述第三窗口連通的第四窗口，所述第四窗口的橫截面寬度大于所述第三窗口 的橫截面寬度，以暴露所述側(cè)墻一側(cè)的N型區(qū)的上表面;以及
[0040] 填充于所述第四窗口中的源極結(jié)構(gòu)。
[0041] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述阻擋層是單層結(jié)構(gòu)。所述阻擋層的材質(zhì) 是氮化硅或氮氧化硅。
[0042] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述阻擋層由第一子阻擋層和形成于所述 第一子阻擋層上的第二子阻擋層組成。所述第一子阻擋層的材質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅，所 述第二子阻擋層材質(zhì)是氮化硅、二氧化硅、硼磷硅玻璃或氮氧化硅。
[0043] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述掩蔽層是單層結(jié)構(gòu)。所述掩蔽層的材質(zhì) 是二氧化硅或硼磷硅玻璃。
[0044]可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述掩蔽層由第一子掩蔽層和形成于所述 第一子掩蔽層上的第二子掩蔽層組成。所述第一子掩蔽層的材質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅，所 述第二子掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。
[0045] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，形成第四窗口的步驟包括：
[0046] 濕法腐蝕所述第三窗口側(cè)壁的第二子掩蔽層，形成第四窗口，所述第四窗口的底 部暴露所述第一子掩蔽層；以及
[0047] 干法刻蝕所述第四窗口底部的第一子掩蔽層，使所述第四窗口底部暴露出所述N 型區(qū)的上表面。
[0048] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述柵極材料層包括形成于所述半導(dǎo)體襯 底上的柵極介質(zhì)層以及形成于所述柵極介質(zhì)層上的柵極導(dǎo)電層。所述柵極介質(zhì)層的材質(zhì)為 二氧化硅，所述柵極導(dǎo)電層的材質(zhì)為摻雜多晶硅。
[0049] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述第一窗口暴露所述半導(dǎo)體襯底，所述平 面柵功率器件還包括形成于所述第一窗口底部的注入阻擋層。
[0050] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述第一窗口暴露所述柵極介質(zhì)層。
[0051] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法具有如下優(yōu) 占 .
[0052] 1、在本發(fā)明提供的平面柵功率器件結(jié)構(gòu)中，柵極材料層側(cè)壁被側(cè)墻充分保護(hù)，可 避免由于光刻對(duì)偏或接觸孔過(guò)腐蝕導(dǎo)致的源極和柵極短路，從而避免柵源(GS)失效等異常 的發(fā)生;另外，所述第四窗口暴露出Ν型區(qū)的上表面，使得源極與Ν型區(qū)接觸充分，可以解決Ν 型區(qū)接觸不足導(dǎo)致的電流密度減少的問(wèn)題，避免導(dǎo)通電阻(Rdson)等異常情況的出現(xiàn)。
[0053] 2、在本發(fā)明提供的平面柵功率器件形成方法中，在柵極材料層側(cè)壁形成側(cè)墻，減 小柵源失效的風(fēng)險(xiǎn)；另外，通過(guò)光刻和刻蝕工藝在第二窗口中形成第三窗口后，先進(jìn)行P型 區(qū)注入以及退火工藝形成P型區(qū)，再刻蝕所述第三窗口側(cè)壁的掩蔽層，即使掩蔽層橫向侵 蝕，暴露出N型區(qū)的上表面，即可實(shí)現(xiàn)N型區(qū)的平面橫向接觸，保證N型區(qū)的接觸面積，避免導(dǎo) 通電阻(Rdson)等異常情況的出現(xiàn)。總之，本發(fā)明通過(guò)P阱和接觸孔光刻版，利用選擇性腐蝕 技術(shù)，在減少光刻成本情況下保證器件的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可靠性滿(mǎn)足要求。
【附圖說(shuō)明】
[0054] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中平面柵功率器件形成方法的流程示意圖；
[0055] 圖2~13是本發(fā)明一實(shí)施例中平面柵功率器件形成過(guò)程中的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖中標(biāo)記：
[0057] 100-半導(dǎo)體襯底；
[0058] 101-P 阱；102-N 型區(qū)；103-P 型區(qū)；
[0059] 110-柵極材料層;111-柵極介質(zhì)層;112-柵極導(dǎo)電層；
[0060] 120-注入阻擋層；
[0061] 130-阻擋層；131-第一子阻擋層；132-第二子阻擋層；
[0062] 130 側(cè)墻；131' -第一側(cè)墻；132 第一側(cè)墻；
[0063] 150-掩蔽層；151-第一子掩蔽層；152-第二子掩蔽層；
[0064] 201-第一窗口； 202-第二窗口； 203-第三窗口； 204-第四窗口。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0066] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
[0067] 參見(jiàn)圖1，并結(jié)合圖2至圖13所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)形 成方法，包括如下步驟：
[0068] S11:提供一半導(dǎo)體襯底100,并在所述半導(dǎo)體襯底100上形成柵極材料層110;
[0069] S12:進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在柵極材料層110中形成第一窗口 201;
[0070] S13:進(jìn)行P阱注入以及退火工藝，在半導(dǎo)體襯底100中形成P阱101;
[0071] S14:進(jìn)行N型區(qū)注入以及退火工藝，在P阱101中形成N型區(qū)102;
[0072] S15:在柵極材料層110上以及第一窗口 201表面淀積阻擋層130,并對(duì)所述阻擋層 130進(jìn)行回刻蝕工藝，形成第二窗口 202,所述柵極材料層110側(cè)壁的阻擋層130被保留下來(lái) 構(gòu)成側(cè)墻130' ；
[0073] S16:在柵極材料層110上淀積掩蔽層150，并進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在第二窗口 202 中形成第三窗口 203，所述第三窗口 203的橫截面寬度小于所述第二窗口 202的橫截面寬度， 且所述第三窗口 203暴露所述N型區(qū)102;
[0074] S17:進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝，在第三窗口 203底部形成P型區(qū)103,所述P型區(qū) 103穿透所述N型區(qū)102;
[0075] S18:刻蝕第三窗口 203側(cè)壁的掩蔽層，形成第四窗口 204，所述第四窗口 204暴露所 述N型區(qū)102的上表面102a;以及
[0076] S19:在第四窗口 204和第三窗口 203中填充導(dǎo)電材料形成源極結(jié)構(gòu)。
[0077] 在本發(fā)明提供的平面柵功率器件形成方法中，在柵極材料層側(cè)壁形成側(cè)墻，減小 柵源失效的風(fēng)險(xiǎn)。另外，通過(guò)光刻和刻蝕工藝在第二窗口中形成第三窗口后，先進(jìn)行P型區(qū) 注入以及退火工藝形成P型區(qū)，再刻蝕所述第三窗口側(cè)壁的掩蔽層，即使掩蔽層橫向侵蝕， 暴露出N型區(qū)的上表面，即可實(shí)現(xiàn)N型區(qū)的平面橫向接觸，保證N型區(qū)的接觸面積，避免導(dǎo)通 電阻等異常情況的出現(xiàn)?？傊景l(fā)明通過(guò)P阱和接觸孔光刻版，利用選擇性腐蝕技術(shù)，在減 少光刻成本情況下保證器件的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可靠性滿(mǎn)足要求。
[0078] 參見(jiàn)圖13,結(jié)合圖2至圖12所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)，包 括：
[0079] 半導(dǎo)體襯底1〇〇;
[0080 ]形成于所述半導(dǎo)體襯底100上的柵極材料層110;
[0081]形成于所述柵極材料層110中的第一窗口 201;
[0082]形成于所述第一窗口 201下方的半導(dǎo)體襯底100中的P阱101;
[0083] 形成于所述P阱101中的N型區(qū)102;
[0084]形成于所述柵極材料層110側(cè)壁的側(cè)墻130' ；
[0085 ]形成于所述柵極材料層110上的掩蔽層150;
[0086]形成于所述第二窗口 202中的第三窗口 203，所述第三窗口 203的橫截面寬度小于 所述第二窗口 202的橫截面寬度，且所述第三窗口 203暴露所述N型區(qū)102;
[0087] 形成于所述第三窗口 203底部的P型區(qū)103，所述P型區(qū)103穿透所述N型區(qū)102;
[0088]與所述第三窗口 203連通的第四窗口 204，所述第四窗口 204的橫截面寬度大于所 述第三窗口 203的橫截面寬度，以暴露所述側(cè)墻130'一側(cè)的N型區(qū)102的上表面102a;以及 [0089]填充于所述第四窗口 204和第三窗口 203中的源極結(jié)構(gòu)。
[0090] 在本發(fā)明提供的平面柵功率器件結(jié)構(gòu)中，一方面，柵極材料層側(cè)壁被側(cè)墻充分保 護(hù)，可避免由于光刻對(duì)偏或接觸孔過(guò)腐蝕導(dǎo)致的源極和柵極短路，從而避免柵源失效等異 常的發(fā)生；另一方面，所述第四窗口暴露出N型區(qū)的上表面，使得源極與N型區(qū)接觸充分，可 以解決N型區(qū)接觸不足導(dǎo)致的電流密度減少的問(wèn)題，避免導(dǎo)通電阻等異常情況的出現(xiàn)。
[0091] 所述柵極材料層110包括形成于所述半導(dǎo)體襯底100上的柵極介質(zhì)層111以及形成 于所述柵極介質(zhì)層111上的柵極導(dǎo)電層112。優(yōu)選的，所述柵極介質(zhì)層111的材質(zhì)為二氧化 硅，所述柵極導(dǎo)電層112為摻雜多晶硅層。本實(shí)施例中，在刻蝕柵極導(dǎo)電層112之后，還刻蝕 所述柵極介質(zhì)層111，因此所述第一窗口 201暴露所述半導(dǎo)體襯底100。相應(yīng)的，所述平面柵 功率器件結(jié)構(gòu)還包括形成于所述第一窗口201底部的注入阻擋層120。在另一實(shí)施例中，第 一窗口 201中的柵極介質(zhì)層111予以保留部分或者全部，直接將該柵極介質(zhì)層111作為P阱注 入工藝的注入阻擋層。
[0092] 所述阻擋層130可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是雙層結(jié)構(gòu)。若所述阻擋層130是單層結(jié) 構(gòu)，優(yōu)選采用與遮蔽層150刻蝕選擇比較高的材質(zhì)，比如遮蔽層150采用二氧化硅或硼磷硅 玻璃(BPSG)，那么阻擋層130采用氮化硅或氮氧化硅。若所述阻擋層130為雙層結(jié)構(gòu)，那么至 少其中一層優(yōu)選采用與遮蔽層150刻蝕選擇比較高的材質(zhì)。具體如圖7所示，本實(shí)施例中，所 述阻擋層130由第一子阻擋層131和形成于第一子阻擋層131之上的第二子阻擋層132組成， 那么第一子阻擋層131和第二子阻擋層132中至少有一個(gè)采用與遮蔽層150刻蝕選擇比較高 的材質(zhì)。例如，所述第一子阻擋層131為氮化硅或氮氧化硅，所述第二子阻擋層132為氮化 硅、二氧化硅、BPSG或氮氧化硅。本實(shí)施例中，由于所述阻擋層130為雙層結(jié)構(gòu)，故而所述側(cè) 墻130 '也為雙層結(jié)構(gòu)，如圖8所示，所述側(cè)墻130 '由第一側(cè)墻131'和第二側(cè)墻132 '組成，柵 極材料層110側(cè)壁保留下來(lái)的第二子阻擋層作為第二側(cè)墻132'，柵極材料層110側(cè)壁保留下 來(lái)的第一子阻擋層作為第一側(cè)墻131'。
[0093] 所述掩蔽層150可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是雙層結(jié)構(gòu)。若所述掩蔽層150是單層結(jié) 構(gòu)，優(yōu)選采用與阻擋層130刻蝕選擇比較高的材質(zhì)，比如阻擋層130采用氮化硅或氮氧化硅， 那么掩蔽層150采用二氧化硅或硼磷硅玻璃(BPSG)。若所述掩蔽層150為雙層結(jié)構(gòu)，那么至 少外層的一層優(yōu)選采用與阻擋層130刻蝕選擇比較高的材質(zhì)。具體如圖9所示，本實(shí)施例中， 所述掩蔽層150由第一子掩蔽層151和形成于第一子掩蔽層151之上的第二子掩蔽層152組 成，所述第一子掩蔽層151起隔離作用，所述第二子掩蔽層152則起吸潮作用。所述第一子掩 蔽層151為氮化硅或氮氧化硅，所述第二子掩蔽層152為二氧化硅或硼磷硅玻璃(BPSG)。本 實(shí)施例中，由于所述掩蔽層150為雙層結(jié)構(gòu)，因而后續(xù)刻蝕時(shí)分兩步進(jìn)行:先是濕法腐蝕第 三窗口 203側(cè)壁的第二子掩蔽層152，形成第四窗口 204，所述第四窗口的橫截面寬度W2大于 第三窗口區(qū)的橫截面寬度W1，所述第四窗口 204底部暴露出第一子掩蔽層151;接著，干法刻 蝕所述第四窗口 204底部的第一子掩蔽層151和注入阻擋層120，使第四窗口 204底部暴露出 N型區(qū)102的上表面102a。
[0094] 下面結(jié)合圖2至圖13更詳細(xì)的描述本發(fā)明實(shí)施例的平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成 方法。
[0095] 首先，結(jié)合圖1和圖2所示，提供一半導(dǎo)體襯底100。所述半導(dǎo)體襯底100可以是硅襯 底、鍺硅襯底、m-v族元素化合物襯底或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底。本 實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100采用的是硅襯底，并且，所述半導(dǎo)體襯底100中形成有耐壓環(huán) 結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，所述半導(dǎo)體襯底100中還可以形成有M0SFET、IGBT、肖特基等公知的半導(dǎo)體器 件。此外，所述半導(dǎo)體襯底100還可以根據(jù)所需產(chǎn)品的特性進(jìn)行一定雜質(zhì)量的N型和/或P型 摻雜。
[0096] 接著，結(jié)合圖1和3所示，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成柵極材料層110。所述柵極材 料層110包括形成于所述半導(dǎo)體襯底100上的柵極介質(zhì)層111以及形成于所述柵極介質(zhì)層 111上的柵極導(dǎo)電層112。所述柵極介質(zhì)層111的材質(zhì)為二氧化硅，厚度為100A~2000A，采 用熱氧化工藝形成。優(yōu)選的，所述柵極介質(zhì)層111采用摻氯氧化(即含有氯、氧的氛圍下進(jìn)行 氧化)工藝形成，摻氯氧化可以有效減少氧化層中雜質(zhì)，提高柵極介質(zhì)層質(zhì)量。另外，由于柵 極介質(zhì)層111生長(zhǎng)溫度越高質(zhì)量越好，因此，柵極介質(zhì)層111的生長(zhǎng)溫度優(yōu)選在1000°c~ 1200°C之間。所述柵極導(dǎo)電層112的厚度為1〇〇〇人~15000人。所述柵極導(dǎo)電層112優(yōu)選為摻 雜多晶硅層。具體的，可以先淀積不摻雜多晶硅，后采用離子注入對(duì)不摻雜多晶硅進(jìn)行摻 雜;或者，先淀積不摻雜多晶硅，后采用磷預(yù)淀積工藝對(duì)其進(jìn)行摻雜;再或者，采用邊淀積多 晶硅邊摻雜的原位摻雜方式。
[0097] 接著，結(jié)合圖1和圖4所示，采用P阱光刻版(Pbody mask)進(jìn)行光刻工藝，并刻蝕所 述柵極材料層110，形成第一窗口 201，此第一窗口 201可稱(chēng)為P阱(Pbody)窗口。本實(shí)施例中， 刻蝕柵極導(dǎo)電層112之后，還刻蝕所述柵極介質(zhì)層111，形成的第一窗口 201暴露所述半導(dǎo)體 襯底100。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，刻蝕柵極導(dǎo)電層112之后，也可以選擇刻蝕部分柵極介質(zhì) 層111或者不刻蝕柵極介質(zhì)層111，從而將全部柵極介質(zhì)層或者剩余的柵極介質(zhì)層保留作為 后續(xù)P阱注入工藝的注入阻擋層。作為一個(gè)非限制的例子，本步驟采用的是干法各項(xiàng)異性刻 蝕，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)有限次試驗(yàn)獲知具體的工藝參數(shù)。
[0098]接著，結(jié)合圖1和圖5所示，進(jìn)行P阱注入以及退火工藝，在第一窗口 201下方的半導(dǎo) 體襯底100中形成P阱(Pbody)lOl。所述P阱101的橫截面寬度大于第一窗口 201的橫截面寬 度，此處，所提及的橫截面寬度是指平行于半導(dǎo)體襯底100表面方向的截面寬度。P阱注入工 藝的注入能量?jī)?yōu)選為60Kev~150Kev，注入劑量?jī)?yōu)選為lE13/cm2~lE15/cm2,退火工藝的溫 度優(yōu)選為l〇〇〇°C~1200Γ。本實(shí)施例中，刻蝕柵極導(dǎo)電層之后，還刻蝕盡所述柵極介質(zhì)層， 因此，進(jìn)行P阱注入以及退火工藝之前，先在第一窗口 201底部生長(zhǎng)注入阻擋層120,所述注 入阻擋層120可以利用氧化工藝形成。
【申請(qǐng)人】研究發(fā)現(xiàn)，由于所述注入阻擋層120需要作為 注入掩蔽層使用，厚度太薄無(wú)法起到減少注入損傷的作用，厚度太厚則會(huì)導(dǎo)致注入不充分， 因而優(yōu)選的厚度是ιοοΛαοοΑ，但應(yīng)理解，亦可根據(jù)實(shí)際的注入能量、劑量來(lái)調(diào)整注入阻 擋層120的厚度。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中是將柵極介質(zhì)層111刻蝕掉暴露出半導(dǎo)體襯底 100,故而額外形成注入阻擋層120,如果在前述步驟中柵極介質(zhì)層111予以保留部分或者全 部，那么也可以直接將該柵極介質(zhì)層111作為Ρ阱注入工藝的注入阻擋層，無(wú)需再額外形成 注入阻擋層120。尤其是柵極介質(zhì)層111厚度小于800Α時(shí)，優(yōu)選直接采用該柵極介質(zhì)層111 作為注入阻擋層，此情形下柵極介質(zhì)層111厚度適宜，且減少了工藝步驟。
[0099] 接著，結(jié)合圖2和圖6所示，進(jìn)行Ν型區(qū)注入以及退火工藝，以在Ρ阱101內(nèi)形成Ν型區(qū) 102,所述Ν型區(qū)102的深度和橫截面寬度小于所述Ρ阱101的深度和橫截面寬度。優(yōu)選的，Ν型 區(qū)注入工藝中，注入的元素為As或Ρ，注入能量為60Kev~150Kev，注入劑量lE14/cm2~ lE16/cm2,退火工藝的溫度為900°C~1200°C。
[0100] 接著，結(jié)合圖2和圖7所示，在所述柵極導(dǎo)電層112上以及第一窗口 201表面淀積阻 擋層130。由于淀積工藝的特點(diǎn)，在第一窗口 201的位置相應(yīng)具有凹陷130 '。本實(shí)施例中，所 述阻擋層130是雙層結(jié)構(gòu)，由第一子阻擋層131和形成于第一子阻擋層131之上的第二子阻 擋層132組成。所述第一子阻擋層131優(yōu)選為氮化硅或氮氧化硅層，由于所述氮化硅或氮氧 化硅層與作為遮蔽層的二氧化硅或BPSG具有較高的選擇比，利于后續(xù)步驟中形成第四窗口 204。當(dāng)然，所述第一子阻擋層131亦可采用其它與遮蔽層具有較高選擇比的材質(zhì)。所述第二 子阻擋層132可以是氮化硅、二氧化硅、BPSG或氮氧化硅層等。所述第一子阻擋層131厚度優(yōu) 選在ΙΟΟΛ?ΟΟΟΛ之間，所述第二子阻擋層132的厚度優(yōu)選在loooA~300:0人之間。
[0101] 接著，結(jié)合圖2和圖8所示，進(jìn)行回刻蝕工藝，去除柵極導(dǎo)電層112以及N型區(qū)102上 的阻擋層，形成第二窗口 202,同時(shí)，使柵極導(dǎo)電層112側(cè)壁的阻擋層保留下來(lái)構(gòu)成側(cè)墻 130'。所述回刻蝕工藝指的是依次從上而下回刻蝕第二子阻擋層132和第一子阻擋層131， 柵極導(dǎo)電層112側(cè)壁的第一子阻擋層和第二子阻擋層保留下來(lái)，詳細(xì)的，保留下來(lái)的第二子 阻擋層作為第二側(cè)墻132'，保留下來(lái)的第一子阻擋層作為第一側(cè)墻131'。具體的，所述回刻 蝕工藝采用的是干法刻蝕，由于干法刻蝕工藝的特性，在柵極導(dǎo)電層112側(cè)壁臺(tái)階處的第二 子阻擋層和第一子阻擋層不易被刻蝕盡，故而保留下該處的第二子阻擋層和第一子阻擋層 構(gòu)成側(cè)墻130'，亦即第二窗口202的側(cè)壁具有側(cè)墻130'以作為后續(xù)刻蝕工藝的保護(hù)結(jié)構(gòu)，避 免在后續(xù)刻蝕工藝中柵極導(dǎo)電層112側(cè)壁被損傷。
[0102] 接著，結(jié)合圖2和圖9所示，在所述柵極導(dǎo)電層112上淀積掩蔽層150。所述掩蔽層 150可以是單層結(jié)構(gòu)，例如是單層的二氧化硅或硼磷硅玻璃(BPSG)。所述掩蔽層150也可以 是雙層結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，所述掩蔽層150由第一子掩蔽層151和形成于第一子掩蔽層151之 上的第二子掩蔽層152組成，所述第一子掩蔽層151起隔離作用，所述第二子掩蔽層152則起 吸潮作用。所述第一子掩蔽層151例如為氮化硅或氮氧化硅層等，所述第一子掩蔽層151的 厚度為100A~5000/\。所述第二子掩蔽層152例如為二氧化硅或BPSG，所述第二子掩蔽層 152的厚度為2000A~15000A。所述第二子掩蔽層152例如采用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝形 成，化學(xué)氣相源含SiH4、B2H6和PH3，其中，SiH4主要提供BPSG中的Si02，B2H6主要提供BPSG 中的B成分（以B203形式存在），PH3主要提供BPSG中的P成分（以P205形式存在），所述BPSG中 Si02、B203、P205形成三元氧化系統(tǒng)，以此可形成具有良好臺(tái)階覆蓋能力、低溫回流、吸雜吸 潮作用的氧化保護(hù)層。
【申請(qǐng)人】研究發(fā)現(xiàn)，BPSG流動(dòng)依賴(lài)膜的組份、流動(dòng)溫度、流動(dòng)時(shí)間和流 動(dòng)氣氛。BPSG中硼(B)質(zhì)量濃度增加1%，所需的回流溫度降低40°C，同時(shí)，BPSG中B質(zhì)量百分 比超過(guò)5%后薄膜吸濕性變強(qiáng)，導(dǎo)致薄膜不穩(wěn)定，因此，所述BPSG中B的質(zhì)量百分比優(yōu)選為 1%~5%。
【申請(qǐng)人】進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BPSG中磷(P)的含量越高，其回流后的平坦化效果更佳， 同時(shí)，BPSG中P的含量越高，吸潮效果更佳，但吸潮會(huì)形成磷酸，會(huì)對(duì)后續(xù)的金屬進(jìn)行腐蝕， 因此，所述BPSG中P的含量?jī)?yōu)選不超過(guò)6%，例如，BPSG中P的質(zhì)量百分比為2~6%。實(shí)驗(yàn)發(fā) 現(xiàn)，BPSG中由于含B和P，其腐蝕速率比純二氧化硅要快，因此，本實(shí)施例中，將第三窗口擴(kuò)大 至第四窗口時(shí)，第二子掩蔽層152先被腐蝕掉，而第一子掩蔽層151保留。
[0103] 接著，結(jié)合圖2和圖10所示，采用接觸孔光刻版(contact mask)進(jìn)行光刻工藝，亥IJ 蝕第二窗口 202內(nèi)的第二子掩蔽層152、第一子掩蔽層151、注入阻擋層120和一定深度的N型 區(qū)102，形成第三窗口 203，該第三窗口 203亦稱(chēng)為接觸孔。此處所指光刻工藝包括涂膠、曝光 以及顯影等工藝，具體的，本步驟中，先是在第二子掩蔽層152上涂膠，然后對(duì)光刻膠曝光形 成接觸孔窗口圖案，接著以光刻膠為掩膜從上往下依次刻蝕第二子掩蔽層152、第一子掩蔽 層151、注入阻擋層120和深度為h的N型區(qū)102形成第三窗口 203。此步驟中形成的光刻膠可 不必去除，留待后續(xù)濕法腐蝕第三窗口203側(cè)壁的第二子掩蔽層152時(shí)作為掩膜，形成第四 窗口 204之后再去除該光刻膠即可。所述第三窗口 203暴露出N型區(qū)102,形成深度為h的臺(tái) 階，如此，N型區(qū)102刻蝕掉一部分，使后續(xù)的P型區(qū)能夠穿透N型區(qū)。本實(shí)施例中，第三窗口 203的臺(tái)階的深度h為0. Ιμπι~Ιμπι，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不限制該臺(tái)階的深度，可依據(jù)產(chǎn)品的 特性調(diào)整所述臺(tái)階的深度。在本發(fā)明其它實(shí)施例中，形成第三窗口 203時(shí)也可以不刻蝕一定 深度的Ν型區(qū)102,即，僅是刻蝕第二窗口 202內(nèi)的第二子掩蔽層152、第一子掩蔽層151和注 入阻擋層120，從而形成所述第三窗口。
[0104] 接著，結(jié)合圖2和圖11所示，進(jìn)行Ρ型區(qū)注入以及退火工藝，以在第三窗口 203底部 形成Ρ型區(qū)103,所述Ρ型區(qū)103穿透所述Ρ型區(qū)102。具體的，Ρ型區(qū)注入工藝中，注入元素可以 為Bl 1或BF2，也可以是先注入Bl 1再注入BF2，注入能量?jī)?yōu)選為20Kev~lOOKev，注入劑量?jī)?yōu) 選為lE14/cm2~lE16/cm2。進(jìn)一步的，所述P型注入采用的是零度角注入。所述退火工藝選 擇爐管或快速退火(RTA)，退火溫度為500°C~1000°C。
[0105] 接著，結(jié)合圖2和圖12所示，濕法腐蝕第三窗口 203側(cè)壁的第二子掩蔽層152，形成 第四窗口 204。由于第二子掩蔽層152具有橫向的腐蝕，因此所述第四窗口的橫截面寬度W2 大于第三窗口區(qū)的橫截面寬度W1。具體的，步驟S21中，只腐蝕第二子掩蔽層152，而并不腐 蝕第一子掩蔽層151，從而形成第四窗口 204,所述第四窗口 204底部暴露出第一子掩蔽層 151。為方便描述，將第四窗口 204底部暴露出來(lái)的第一子掩蔽層151的表面記為151a。本步 驟中，可采用的濕法腐蝕或各項(xiàng)同性的干法刻蝕，由于柵極導(dǎo)電層112側(cè)壁還有側(cè)墻130'， 同時(shí)還有第一子掩蔽層151保護(hù)，因此，該步驟不會(huì)腐蝕到柵極導(dǎo)電層112(本實(shí)施例中是指 多晶硅），因此，可以避免由于光刻對(duì)偏或接觸孔過(guò)腐蝕導(dǎo)致的源區(qū)和柵極導(dǎo)電層短路，從 而避免柵源(GS)失效等異常的發(fā)生。
[0106] 接著，結(jié)合圖2和圖13所示，干法刻蝕所述第四窗口 204底部的第一子掩蔽層151和 注入阻擋層120，使第四窗口 204暴露N型區(qū)102，為方便描述，將第四窗口 204暴露的N型區(qū) 102的上表面記為102a。如此，所述N型區(qū)102的上表面102a和部分側(cè)面102b被暴露出來(lái)。
[0107] 需要說(shuō)明的是，上述圖12和圖13是以所述遮蔽層150為雙層結(jié)構(gòu)為例，因而分兩步 形成第四窗口 204,若遮蔽層150為單層結(jié)構(gòu)，那么可以利用一步濕法腐蝕工藝形成第四窗 口 204,并使得N型區(qū)102的上表面102a被暴露出來(lái)。
[0108] 接下來(lái)，在第四窗口 204中淀積導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料填滿(mǎn)所述第四窗口 204，以 形成源極。所述導(dǎo)電材料例如是鋁金屬。具體地，當(dāng)在第四窗口204中淀積金屬層后，功率器 件的源極結(jié)構(gòu)完成，同時(shí)由于N型區(qū)102的接觸充分(源極可與N型區(qū)102的上表面102a和部 分側(cè)面102b接觸），可以避免N型區(qū)102接觸不足導(dǎo)致的電流密度減少，避免導(dǎo)通電阻等異常 的情況出現(xiàn)。
[0109] 本發(fā)明所提供的功率器件源區(qū)結(jié)構(gòu)及其形成方法，可以運(yùn)用于功率M0SFET、 CM0SFET、BCD、大功率晶體管、IGBT和肖特基等產(chǎn)品中。
[0110] 本發(fā)明實(shí)施例雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定權(quán)利要求，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本 發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種平面柵功率器件形成方法，其特征在于，包括： 提供一半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極材料層； 進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在所述柵極材料層中形成第一窗口； 進(jìn)行P阱注入以及退火工藝，在所述半導(dǎo)體襯底中形成P阱； 進(jìn)行N型區(qū)注入以及退火工藝，在所述P阱中形成N型區(qū)； 在所述柵極材料層上以及第一窗口表面淀積阻擋層，并對(duì)所述阻擋層進(jìn)行回刻蝕工 藝，形成第二窗口，所述柵極材料層側(cè)壁的阻擋層被保留下來(lái)構(gòu)成側(cè)墻； 在所述柵極材料層上淀積掩蔽層，并進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在所述第二窗口中形成第 三窗口，所述第三窗口的橫截面寬度小于所述第二窗口的橫截面寬度； 進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝，在所述第三窗口底部形成P型區(qū)，所述P型區(qū)穿透所述N 型區(qū)； 刻蝕所述第三窗口側(cè)壁的掩蔽層，形成第四窗口，所述第四窗口暴露所述N型區(qū)的上表 面；以及 在所述第四窗口中填充導(dǎo)電材料形成源極結(jié)構(gòu)。2. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述阻擋層是單層結(jié) 構(gòu)。3. 如權(quán)利要求2所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述阻擋層的材質(zhì)是氮 化硅或氮氧化硅。4. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述阻擋層由第一子阻 擋層和形成于所述第一子阻擋層上的第二子阻擋層組成。5. 如權(quán)利要求4所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述第一子阻擋層的材 質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅，所述第二子阻擋層材質(zhì)是氮化硅、二氧化硅、硼磷硅玻璃或氮氧化 娃。6. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述掩蔽層是單層結(jié) 構(gòu)。7. 如權(quán)利要求6所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述掩蔽層的材質(zhì)是二 氧化硅或硼磷硅玻璃。8. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述掩蔽層由第一子掩 蔽層和形成于所述第一子掩蔽層上的第二子掩蔽層組成。9. 如權(quán)利要求8所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述第一子掩蔽層的材 質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅，所述第二子掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。10. 如權(quán)利要求8所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，形成第四窗口的步驟 包括： 濕法腐蝕所述第三窗口側(cè)壁的第二子掩蔽層，形成第四窗口，所述第四窗口的底部暴 露所述第一子掩蔽層；以及 干法刻蝕所述第四窗口底部的第一子掩蔽層，使所述第四窗口底部暴露出所述N型區(qū) 的上表面。11. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，刻蝕所述第二窗口內(nèi) 的掩蔽層和預(yù)定深度的N型區(qū)，形成所述第三窗口。12. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述柵極材料層包括 形成于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極介質(zhì)層以及形成于所述柵極介質(zhì)層上的柵極導(dǎo)電層。13. 如權(quán)利要求12所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述柵極介質(zhì)層的材 質(zhì)為二氧化硅，所述柵極導(dǎo)電層的材質(zhì)為摻雜多晶硅。14. 如權(quán)利要求12所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述第一窗口暴露所 述半導(dǎo)體襯底，進(jìn)行P阱注入以及退火工藝之前，在所述第一窗口的底部形成注入阻擋層。15. 如權(quán)利要求12所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述第一窗口暴露所 述柵極介質(zhì)層。16. -種平面柵功率器件，其特征在于，包括： 半導(dǎo)體襯底； 形成于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極材料層； 形成于所述柵極材料層中的第一窗口； 形成于所述第一窗口下方的半導(dǎo)體襯底中的P講； 形成于所述P阱中的N型區(qū)； 形成于所述柵極材料層側(cè)壁的側(cè)墻； 形成于所述柵極材料層上的掩蔽層； 形成于所述第二窗口中的第三窗口，所述第三窗口的橫截面寬度小于所述第二窗口的 橫截面寬度，且所述第三窗口暴露所述N型區(qū)； 形成于所述第三窗口底部的P型區(qū)，所述P型區(qū)穿透所述N型區(qū)； 與所述第三窗口連通的第四窗口，所述第四窗口的橫截面寬度大于所述第三窗口的橫 截面寬度，以暴露所述側(cè)墻一側(cè)的N型區(qū)的上表面;以及 填充于所述第四窗口中的源極結(jié)構(gòu)。17. 如權(quán)利要求16所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述阻擋層是單層結(jié)構(gòu)。18. 如權(quán)利要求17所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述阻擋層的材質(zhì)是氮化硅或 氮氧化硅。19. 如權(quán)利要求16所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述阻擋層由第一子阻擋層和 形成于所述第一子阻擋層上的第二子阻擋層組成。20. 如權(quán)利要求19所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述第一子阻擋層的材質(zhì)是氮 化硅或氮氧化硅，所述第二子阻擋層材質(zhì)是氮化硅、二氧化硅、硼磷硅玻璃或氮氧化硅。21. 如權(quán)利要求16所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述掩蔽層是單層結(jié)構(gòu)。22. 如權(quán)利要求21所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅 或硼磷硅玻璃。23. 如權(quán)利要求16所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述掩蔽層由第一子掩蔽層和 形成于所述第一子掩蔽層上的第二子掩蔽層組成。24. 如權(quán)利要求23所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述第一子掩蔽層的材質(zhì)是氮 化硅或氮氧化硅，所述第二子掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。25. 如權(quán)利要求23所述的平面柵功率器件，其特征在于，形成第四窗口的步驟包括： 濕法腐蝕所述第三窗口側(cè)壁的第二子掩蔽層，形成第四窗口，所述第四窗口的底部暴 露所述第一子掩蔽層；以及 干法刻蝕所述第四窗口底部的第一子掩蔽層，使所述第四窗口底部暴露出所述N型區(qū) 的上表面。26. 如權(quán)利要求16所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述柵極材料層包括形成于所 述半導(dǎo)體襯底上的柵極介質(zhì)層以及形成于所述柵極介質(zhì)層上的柵極導(dǎo)電層。27. 如權(quán)利要求26所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述柵極介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧 化硅，所述柵極導(dǎo)電層的材質(zhì)為摻雜多晶硅。28. 如權(quán)利要求26所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述第一窗口暴露所述半導(dǎo)體 襯底，所述平面柵功率器件還包括形成于所述第一窗口底部的注入阻擋層。29. 如權(quán)利要求26所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述第一窗口暴露所述柵極介 質(zhì)層。
【文檔編號(hào)】H01L29/423GK106024595SQ201610529944
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】楊彥濤, 邵凱, 向璐, 陳琛, 呂煥秀
【申請(qǐng)人】杭州士蘭集成電路有限公司