用于溝槽功率mosfet的自對(duì)準(zhǔn)接頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種溝槽功率MOSFET器件的自對(duì)準(zhǔn)接頭。該器件具有一個(gè)氮化層，位于柵極溝槽中導(dǎo)電材料上方，以及每?jī)蓚€(gè)鄰近的接觸結(jié)構(gòu)之間的那部分臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方。還可選擇，該器件具有一個(gè)氧化層，在柵極溝槽中的導(dǎo)電材料上方，以及每?jī)蓚€(gè)鄰近的接觸結(jié)構(gòu)之間的那部分臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方。要強(qiáng)調(diào)的是，本摘要是為了滿足摘要的要求，允許研究人員或其他讀者快速掌握技術(shù)方案的主旨內(nèi)容。提交本專利應(yīng)理解，它不會(huì)被用來(lái)解釋或限制權(quán)利要求書(shū)的范圍或含義。
【專利說(shuō)明】
用于溝槽功率MOSFET的自對(duì)準(zhǔn)接頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體功率器件，更確切地說(shuō)，是關(guān)于自對(duì)準(zhǔn)溝槽MOSFET及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)因其低柵極驅(qū)動(dòng)功率、快速的開(kāi)關(guān)速度以及出色的并聯(lián)性能，是常用的功率器件。MOSFET器件的溝槽柵極包含一個(gè)延伸的溝槽，在半導(dǎo)體襯底中從源極延伸到漏極，具有側(cè)壁和地板，內(nèi)襯一層絕緣物(例如熱生長(zhǎng)的二氧化硅)。內(nèi)襯的溝槽用摻雜多晶硅填充，用作柵極。溝槽柵極的結(jié)構(gòu)允許不限制電流，從而提供較小的比導(dǎo)通電阻。此外，溝槽柵極使得MOSFET通道中的晶胞間距減小，沿溝槽側(cè)壁延伸，從源極底部開(kāi)始穿過(guò)晶體管本體，延伸到下方的漏極。因此，增大了通道密度，減小了通道對(duì)導(dǎo)通電阻的貢獻(xiàn)。
[0003]高密度溝槽MOSFET器件還包含一個(gè)接觸溝槽，在鄰近的柵極溝槽之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)區(qū)中，提供到源極和本體區(qū)的接觸。制備溝槽MOSFET器件的傳統(tǒng)工藝，使用獨(dú)立的掩膜工藝限定柵極和接觸溝槽。然而，對(duì)于尺寸逐漸減小的高密度MOSFET器件來(lái)說(shuō)，由于柵極溝槽和附近的接觸溝槽之間需要很好地控制間距，因此制備垂直MOSFET結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)生掩膜覆蓋問(wèn)題。為了解決該掩膜覆蓋問(wèn)題，已經(jīng)提出了基于自對(duì)準(zhǔn)工藝的方案。然而，這些提出的方案使用形成在半導(dǎo)體襯底表面下方的墊片，以形成自對(duì)準(zhǔn)的接觸溝槽。因此，在接觸溝槽之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)區(qū)中丟失了若干個(gè)原始的硅。此外，所提出的方案使用若干個(gè)處理工藝，實(shí)施起來(lái)比較復(fù)雜。
[0004]正是在這樣的背景下，提出了本發(fā)明的實(shí)施例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種用于溝槽功率MOSFET的自對(duì)準(zhǔn)接頭，解決掩膜覆蓋問(wèn)題，避免了在硅襯底表面下方使用墊片時(shí)消耗臺(tái)面結(jié)構(gòu)中大量的原始半導(dǎo)體襯底材料的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種器件，其特點(diǎn)是，包含:
一個(gè)半導(dǎo)體襯底；
若干個(gè)形成在半導(dǎo)體襯底中的柵極溝槽，每個(gè)柵極溝槽都沿柵極溝槽內(nèi)的側(cè)壁內(nèi)襯絕緣材料，每個(gè)柵極溝槽都在柵極溝槽中具有導(dǎo)電材料;以及
若干個(gè)接觸結(jié)構(gòu)，每個(gè)接觸結(jié)構(gòu)都形成在相應(yīng)的若干個(gè)溝槽中的其中一個(gè)溝槽附近，并用導(dǎo)電材料填充，
其中一個(gè)氮化層位于柵極溝槽中的導(dǎo)電材料上方，以及若干個(gè)接觸溝槽的鄰近接觸結(jié)構(gòu)之間的那部分臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方。
[0007]沿每個(gè)柵極溝槽內(nèi)側(cè)壁的絕緣材料具有一個(gè)較厚的部分，沿柵極溝槽底部側(cè)壁，以及一個(gè)較薄的絕緣材料沿柵極溝槽頂部的側(cè)壁。
[0008]絕緣材料較厚部分的厚度約為較薄部分厚度的2至5倍。
[0009]每個(gè)柵極溝槽中導(dǎo)電材料在柵極溝槽底部具有導(dǎo)電材料的底部，在柵極溝槽頂部具有導(dǎo)電材料的頂部，導(dǎo)電材料的底部和頂部被中間電絕緣層隔開(kāi)。
[0010]導(dǎo)電材料的底部和頂部是電性連接的。
[0011]一種器件，其特點(diǎn)是，包含:
一個(gè)半導(dǎo)體襯底；
若干個(gè)形成在半導(dǎo)體襯底中的柵極溝槽，每個(gè)柵極溝槽都沿柵極溝槽內(nèi)的側(cè)壁內(nèi)襯絕緣材料，每個(gè)柵極溝槽都在柵極溝槽中具有導(dǎo)電材料;以及
若干個(gè)接觸結(jié)構(gòu)，每個(gè)接觸結(jié)構(gòu)都形成在相應(yīng)的若干個(gè)溝槽中的其中一個(gè)溝槽附近，并用導(dǎo)電材料填充，
其中一個(gè)氧化層位于柵極溝槽中的導(dǎo)電材料上方，以及每?jī)蓚€(gè)鄰近的接觸結(jié)構(gòu)之間的那部分臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方，并且其中氧化層的加厚部分形成在臺(tái)面結(jié)構(gòu)的拐角處。
[0012]氧化層的厚度為0.050μηι至0.300μηι。
[0013]沿每個(gè)柵極溝槽內(nèi)側(cè)壁的絕緣材料，具有一個(gè)較厚部分，沿柵極溝槽底部?jī)?nèi)側(cè)壁，以及一個(gè)較薄絕緣材料，沿柵極溝槽頂部?jī)?nèi)側(cè)壁。
[0014]絕緣材料的較厚部分厚度約為較薄部分厚度的2至5倍。
[0015]每個(gè)柵極溝槽中的導(dǎo)電材料，都在柵極溝槽底部具有導(dǎo)電材料底部，在柵極溝槽頂部具有導(dǎo)電材料頂部，導(dǎo)電材料的底部和頂部被中間電鍍絕緣層隔開(kāi)。
[0016]導(dǎo)電材料的底部和頂部是電性連接的。
[0017]—種制備半導(dǎo)體器件的方法，其特點(diǎn)是，該方法包含:
在半導(dǎo)體襯底上方，制備一個(gè)硬掩膜層；
通過(guò)刻蝕硬掩膜部分和硬掩膜部分下方的半導(dǎo)體襯底，形成柵極溝槽;并且通過(guò)保留半導(dǎo)體襯底上方至少一部分硬掩膜，形成若干個(gè)墊片支架為接觸結(jié)構(gòu)預(yù)留位置；
沿柵極溝槽內(nèi)側(cè)壁，形成絕緣襯里；
通過(guò)在柵極溝槽中填充導(dǎo)電材料，制備一個(gè)柵極電極；
在柵極電極上方，制備一個(gè)氧化層；
制備一個(gè)本體區(qū)和一個(gè)源極區(qū)；
沉積一個(gè)絕緣層，覆蓋在接觸結(jié)構(gòu)的墊片支架以及鄰近的墊片支架之間的半導(dǎo)體襯底上方，其中所述的絕緣層是可以抵抗刻蝕接觸結(jié)構(gòu)墊片支架工藝的材料。
[0018]硬掩膜層是氮化物或氧化物層。
[0019]沿柵極溝槽內(nèi)側(cè)壁，制備絕緣襯里，包含在柵極溝槽的底部，制備絕緣襯里的較厚部分，在柵極溝槽的頂部，制備絕緣襯里的較薄部分。
[0020]制備一個(gè)柵極電極，包含在柵極溝槽底部，制備柵極電極的底部，在柵極溝槽頂部，制備柵極電極的頂部。
[0021]當(dāng)接觸結(jié)構(gòu)的墊片支架由氧化物制成時(shí)，絕緣層為氮化層。
[0022]硬掩膜為氧化物-氮化物-氧化物層。
[0023]在柵極電極上方制備氧化層包含在硬掩膜的氮化層下方，制備氧化層的較厚部分。
[0024]本發(fā)明用于溝槽功率MOSFET的自對(duì)準(zhǔn)接頭和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明提出了不必在硅襯底表面下方形成墊片，就能制備自對(duì)準(zhǔn)接頭的方法，這樣避免了在表面下方使用墊片時(shí)，消耗臺(tái)面結(jié)構(gòu)中大量的原始半導(dǎo)體襯底材料。本發(fā)明的各個(gè)方面還通過(guò)使用部分硬掩膜用于溝槽限定，在半導(dǎo)體襯底中將來(lái)形成接頭的位置處制備墊片支架，減少了用于制備接頭的工藝步驟的數(shù)量。
【附圖說(shuō)明】
[0025]閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明，并參照附圖之后，本發(fā)明的目的及優(yōu)勢(shì)將顯而易見(jiàn):
圖1A-1Q表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，溝槽功率MOSFET的制備方法的一系列剖面示意圖；
圖2A-21表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，溝槽功率MOSFET的制備方法的一系列剖面示意圖；
圖3A-3U表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，溝槽功率MOSFET的制備方法的一系列剖面示意圖；
圖4A-4G表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，溝槽功率MOSFET的制備方法的一系列剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在以下詳細(xì)說(shuō)明中，參照附圖，表示本發(fā)明可以實(shí)施的典型實(shí)施例。就這一點(diǎn)而言，根據(jù)圖中所示方向，使用“頂部”、“底部”、“正面”、“背面”、“向前”、“向后”等方向術(shù)語(yǔ)。由于本發(fā)明實(shí)施例的零部件，可以位于各種不同方向上，因此所用的方向術(shù)語(yǔ)僅用于解釋說(shuō)明，不用于局限。應(yīng)明確，無(wú)需偏離本發(fā)明的范圍，就能實(shí)現(xiàn)其他實(shí)施例，做出結(jié)構(gòu)或邏輯上的變化。因此，以下詳細(xì)說(shuō)明不用于局限，本發(fā)明的范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求書(shū)限定。
[0027]本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種用于溝槽功率MOSFET的自對(duì)準(zhǔn)接頭及其制備方法。
[0028]第一實(shí)施例
如圖1A-1Q所示，表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該器件制備方法的一系列剖面示意圖。該工藝使用半導(dǎo)體襯底102作為初始材料。襯底102可以分成若干個(gè)晶片。每個(gè)晶片包含一個(gè)有源晶胞區(qū)和一個(gè)在晶片外圍的柵極吸引/接觸區(qū)。通常來(lái)說(shuō)，有源晶胞區(qū)包含若干個(gè)具有相同或類似結(jié)構(gòu)的晶胞(例如MOSFET晶胞)。為了示例，該圖表示出了有源區(qū)中的兩個(gè)晶胞。以此來(lái)表示常用的制備工藝，并不意味著對(duì)本發(fā)明任何實(shí)施例的局限。
[0029]適宜材料(例如氧化物或氮化物)的硬掩膜層104可以形成在半導(dǎo)體襯底102上方。硬掩膜104的厚度約為0.15微米至1.00微米左右。光致抗蝕劑(圖中沒(méi)有表示出)形成在硬掩膜104上，并形成圖案以限定柵極溝槽的圖案?？涛g掉通過(guò)光致抗蝕劑中的開(kāi)口暴露于蝕刻劑的那部分硬掩膜104，刻蝕在硅表面停止，保留將用于掩膜溝槽刻蝕的開(kāi)口。此后，通過(guò)刻蝕掉溝槽開(kāi)口下方的襯底，如圖1A所示，在有源晶胞區(qū)上制備柵極溝槽106。
[0030]在所有的硅表面上生長(zhǎng)薄犧牲氧化物(圖中沒(méi)有表示出)，以氧化在刻蝕中受損的硅部分。利用帶有氫氟酸(HF)的濕刻蝕，除去犧牲氧化物，回刻硅上方的硬掩膜104的寬度，保留一部分將來(lái)接觸所需的尺寸和形狀，如圖1B所示。在圖1C中，通過(guò)氧化硅，進(jìn)行氧化，以生長(zhǎng)柵極氧化物108。在一些實(shí)施例中，柵極氧化物108的厚度約為150-1000 A，最好是150-600 Ao[0031 ]然后，將導(dǎo)電材料110(例如多晶硅)沉積在溝槽中和半導(dǎo)體襯底上方，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP )，除去硬掩膜104上方的多晶硅。將導(dǎo)電材料110刻蝕到溝槽106之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)下方所需凹槽。進(jìn)行多晶硅再次氧化，在導(dǎo)電材料110上方制備所需厚度的氧化物111，如圖1D所示。
[0032]如圖1E所示，通過(guò)將摻雜物注入到半導(dǎo)體襯底102頂部，利用或不用本體掩膜，進(jìn)行本體注入，形成若干個(gè)本體區(qū)112a。在圖1F中，利用熱，激活有源摻雜原子，驅(qū)使摻雜物擴(kuò)散，在襯底102中形成本體區(qū)112(例如根據(jù)注入的摻雜物類型，為P-型或η-型本體區(qū))。在圖1G中，利用源極掩膜，制備若干個(gè)源極區(qū)114，進(jìn)行源極摻雜注入。對(duì)于目前標(biāo)準(zhǔn)的溝槽MOSFET工藝相應(yīng)的階段來(lái)說(shuō)，本體注入和源極注入的工藝是一致的。
[0033]圖1H表示在圖1G所示的結(jié)構(gòu)(包含硬掩膜結(jié)構(gòu)104)頂部，通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)，沉積一層氮化物116。氮化物116的厚度等于或大于裸露的臺(tái)面結(jié)構(gòu)的寬度。在一個(gè)示例中，氮化物116的厚度約為0.08μπι至0.50μπι左右。
[0034]在圖1I中，薄光致抗蝕劑層118可以覆蓋在圖1H所示的結(jié)構(gòu)上方，不裸露出來(lái)并且/或者用作掩膜。光致抗蝕劑層118在此處用作空間支架。進(jìn)行光致抗蝕劑層118的全面刻蝕，保留裸露的氮化物116的升高部分，并且保留升高部分氮化物116之間的凹槽中的光致抗蝕劑118，如圖1J所示。氮化物116的頂部進(jìn)行氮化物刻蝕，如圖1K所示，最好是刻蝕暴露于氧化物硬掩膜104的氮化物，保留后面的光致抗蝕劑。在圖1L中，通過(guò)濕化學(xué)溶劑或干等離子，除去光致抗蝕劑層118。
[0035]還可選擇圖11-1L的工藝，使用氧化層118a(例如高密度等離子(HDP)氧化物)，代替光致抗蝕劑層。通過(guò)HDP沉積，在圖1H所示的結(jié)構(gòu)上方沉積氧化物。進(jìn)行氧化物-選擇性CMP，向下除去HDP氧化物，一直到氮化物116升高部分的表面。通過(guò)氮化物回刻，刻蝕氮化物116暴露于氧化物硬掩膜104的那部分，保留后面的HDP氧化物。圖1L-1表示當(dāng)用HDP氧化物代替光致抗蝕劑層時(shí)，在對(duì)應(yīng)圖1L所示階段的結(jié)構(gòu)。
[0036]然后，在圖1L(如圖1M所示)或圖1L-1所示的結(jié)構(gòu)上方，沉積低溫氧化物(LT0)層120和含有硼酸的硅玻璃(BPSG)層122。
[0037]利用接觸掩膜(圖中沒(méi)有表示出)，保護(hù)器件的其他部分(例如柵極吸引區(qū))，僅暴露出一部分有源晶胞區(qū)。要注意的是，柵極吸引區(qū)可能需要另一個(gè)接觸掩膜。在圖1N中，通過(guò)接觸掩膜中的開(kāi)口，進(jìn)行氧化物刻蝕。利用對(duì)氮化物和硅高選擇性的各向異性的(例如等離子)氧化物刻蝕，在臺(tái)面結(jié)構(gòu)表面停止氧化物刻蝕。該刻蝕除去剩余的氧化物硬掩膜104(如果使用HDP氧化物代替光致抗蝕劑118的話，則是HDP氧化物)，保留后面的氮化物116。換言之，硬掩膜104可以由氮化物制成，層116可以由氧化物制成。
[0038]如圖10所示，可以選擇進(jìn)行第二次源極注入。源極注入利用帶角度的注入和驅(qū)動(dòng)工藝進(jìn)行。然后，如圖1P所示，通過(guò)剩余氮化物116中的開(kāi)口，進(jìn)行接觸刻蝕工藝，刻蝕襯底102的頂部，形成接觸開(kāi)口 124。在圖1Q中，勢(shì)皇金屬層126內(nèi)襯在接觸開(kāi)口的側(cè)壁和底部，隨后在接觸開(kāi)口 124中沉積導(dǎo)電材料(例如鎢)，形成導(dǎo)電插頭124。接下來(lái)，在該結(jié)構(gòu)上方沉積金屬層130 (例如鋁)。然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工藝完成溝槽MOSFET器件的制備。
[0039]依據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，圖1Q所示器件在柵極多晶硅110上方和接頭128之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)部分上方，具有氮化物116。氮化物116用作良好的勢(shì)皇，屏蔽濕氣、活動(dòng)離子等的擴(kuò)散。
[0040]第二實(shí)施例
如圖2A-2I所示，表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在溝槽中帶有非均勻厚度氧化物的器件制備方法的一系列剖面示意圖。與第一實(shí)施例類似，該工藝從半導(dǎo)體襯底202開(kāi)始作為初始材料。適宜材料(例如氧化物或氮化物)的硬掩膜層204形成在半導(dǎo)體襯底202上。光致抗蝕劑(圖中未顯示)形成在硬掩膜204上，并形成圖案，以限定柵極溝槽的圖案。暴露于蝕刻劑的那部分硬掩膜204，通過(guò)光致抗蝕劑中的開(kāi)口刻蝕掉，在硅表面停止刻蝕，保留一個(gè)開(kāi)口，將用于掩膜溝槽刻蝕。此后，通過(guò)刻蝕掉溝槽開(kāi)口下方的襯底，如圖2A所示，在有源晶胞區(qū)上形成柵極溝槽206。
[0041]在圖2B中，當(dāng)所有的硅表面都生長(zhǎng)了薄犧牲氧化物(圖中沒(méi)有表示出)之后，除去薄犧牲氧化物，以便氧化刻蝕過(guò)程中受損的硅部分。與第一實(shí)施例不同，在該步驟中，硬掩膜204的寬度不回刻至硅中接頭的寬度。在圖2C中，例如通過(guò)CVD，在柵極溝槽206的側(cè)壁上，生長(zhǎng)襯里氧化物208a。襯里氧化物208a的厚度約為第一實(shí)施例中柵極氧化物108厚度的2至5倍。作為示例，但不作為局限，襯里氧化物208a的厚度在0.06μπι至0.30μπι左右的范圍內(nèi)。
[0042]然后，在溝槽中和半導(dǎo)體襯底上方，沉積導(dǎo)電材料210a(例如多晶硅)，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP )除去多晶硅至硬掩膜204上方。如圖2D所示，刻蝕導(dǎo)電材料21 Oa到溝槽206中的所需深度。
[0043]在圖2E中，用氫氟酸(HF)進(jìn)行濕刻蝕，除去襯里氧化物208a和硬掩膜204至接頭的所需寬度。如圖2F所示，在導(dǎo)電材料210a上并且沿導(dǎo)電材料210a上方的溝槽側(cè)壁生長(zhǎng)柵極氧化物208b。在一些實(shí)施例中，柵極氧化物208b的厚度在0.015μπι至0.060μπι左右的范圍內(nèi)。
[0044]然后，在溝槽頂部中，沉積導(dǎo)電材料21b(例如多晶硅)，并且刻蝕到溝槽206之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)下方的所需凹槽。如圖2G所示，通過(guò)多晶硅再次氧化，在導(dǎo)電材料21 Ob上方形成所需厚度的氧化物211。
[0045]如圖2G和圖2Η所示，進(jìn)行本體注入到區(qū)域212a中，形成若干個(gè)本體區(qū)212a，然后通過(guò)本體驅(qū)動(dòng)，在襯底202中形成本體區(qū)212(例如根據(jù)注入的摻雜物類型，為P-型或η-型本體區(qū))。在圖21中，利用源極掩膜，制備若干個(gè)源極區(qū)214，以進(jìn)行源極摻雜注入。此后，將硬掩膜204作為墊片支架為接觸結(jié)構(gòu)預(yù)留位置，通過(guò)與圖1H-1Q—致的工藝，制備接頭。
[0046]根據(jù)本發(fā)明所述的該實(shí)施例，與第一實(shí)施例一樣，器件在柵極多晶娃210b上方和接頭之間的一部分臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方，還具有氮化物，以形成自對(duì)準(zhǔn)接觸器件。依據(jù)該實(shí)施例，器件在每個(gè)柵極溝槽中具有兩個(gè)導(dǎo)電材料210a和210b，并且在溝槽中具有厚度不均勻的氧化物。要注意的是，雖然在導(dǎo)電材料210a和210b之間具有絕緣材料，但是導(dǎo)電材料210a和210b可以電連接在一起，或分別連接到源極和柵極電極，用于不同于第一實(shí)施例中結(jié)構(gòu)的器件性能。
[0047]第三實(shí)施例
如圖3A-3U所示，表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，器件制備方法的一系列剖面示意圖。該工藝使用半導(dǎo)體襯底302作為初始材料。通過(guò)沉積或熱氧化，在襯底302上形成一個(gè)薄氧化層304a，并在薄氧化層304a上方形成一個(gè)氮化層304b，在襯底302上方，可以制備硬掩膜層304。在一些實(shí)施例中，氧化硅層的厚度范圍為100A至500A左右，最好是200A。在一些實(shí)施例中，氮化層的厚度范圍為1500A至4000A左右。在氮化層304b上方，沉積另一個(gè)氧化層304c，以形成帶有氧化物/氮化物/氧化物堆棧的硬掩膜。在一些實(shí)施例中，氧化層304c的厚度范圍為100A至7000A。在硬掩膜304上形成光致抗蝕劑(圖中沒(méi)有表示出)，并形成圖案，以限定柵極溝槽的圖案?？涛g掉通過(guò)光致抗蝕劑中的開(kāi)口暴露于蝕刻劑的那部分硬掩膜304，刻蝕在硅表面停止，保留將用于掩膜溝槽刻蝕的開(kāi)口。此后，通過(guò)刻蝕掉溝槽開(kāi)口下方的襯底，如圖3A所示，在有源晶胞區(qū)上制備柵極溝槽306。
[0048]在所有的硅表面上生長(zhǎng)薄犧牲氧化物(圖中沒(méi)有表示出)，以氧化在刻蝕中受損的硅部分。利用帶有氫氟酸(HF)的濕刻蝕，除去犧牲氧化物，回刻氮化層304b上方的氧化層304c的寬度，保留一部分將來(lái)接觸所需的尺寸和形狀，如圖3B所示。在圖3C中，通過(guò)氧化硅，進(jìn)行氧化，以生長(zhǎng)柵極氧化物308。在一些實(shí)施例中，柵極氧化物308的厚度約為150-1000A，最好是 150-600 A0
[0049]然后，將導(dǎo)電材料310(例如多晶硅)沉積在溝槽中和半導(dǎo)體襯底上方，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，除去硬掩膜304c上方的多晶硅。將導(dǎo)電材料310刻蝕到溝槽306之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)下方所需凹槽，如圖3D所示。
[0050]在導(dǎo)電材料310上進(jìn)行氧化，以形成一個(gè)氧化的厚層311。要注意的是，厚氧化層311的厚度大于第一和第二實(shí)施例中的氧化層111或211。在一些實(shí)施例中，厚層311的厚度約為柵極氧化物308厚度的3至6倍。作為示例，但不作為局限，厚氧化層311的厚度范圍為
0.05μηι至0.30μηι左右。要注意的是，當(dāng)導(dǎo)電材料310在臺(tái)面結(jié)構(gòu)下方凹陷到一定量時(shí)，臺(tái)面結(jié)構(gòu)將從邊緣開(kāi)始氧化，而且在臺(tái)面結(jié)構(gòu)拐角周圍的氮化物304b下方，使氮化物304b向上彎曲，如圖3E所示。該結(jié)構(gòu)有時(shí)也稱為“鳥(niǎo)喙”。
[0051 ] 在圖3F中，利用刻蝕(干刻蝕或濕刻蝕)，除去裸露的氮化物304b。如圖3G所示，通過(guò)將摻雜物注入到半導(dǎo)體襯底302頂部，利用本體掩膜，進(jìn)行本體注入，形成若干個(gè)本體區(qū)312a。在圖3H中，利用熱，激活有源摻雜原子，驅(qū)使摻雜物擴(kuò)散，在襯底302中形成本體區(qū)312(例如根據(jù)注入的摻雜物類型，為P-型或η-型本體區(qū))。要注意的是，用氧進(jìn)行本體驅(qū)動(dòng)，可以在裸露的臺(tái)面結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)更多的氧化。該氧化也可以在源極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行。在圖31中，利用源極掩膜，制備若干個(gè)源極區(qū)314，進(jìn)行源極摻雜注入。
[0052]圖3J表示在圖31所示的結(jié)構(gòu)頂部，通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)，沉積一層氮化物316。氮化物316的厚度等于或大于裸露的臺(tái)面結(jié)構(gòu)的寬度。在一個(gè)示例中，氮化物316的厚度約為0.080μπι至0.500μπι左右。
[0053]在圖3Κ中，薄光致抗蝕劑層318可以覆蓋在圖3J所示的結(jié)構(gòu)上方，不裸露出來(lái)并且/或者用作掩膜。取而代之，光致抗蝕劑層318在此處用作空間支架。進(jìn)行光致抗蝕劑層318的全面刻蝕，保留裸露的氮化物316的升高部分，并且保留升高部分氮化物316之間的凹槽中的光致抗蝕劑318，如圖3L所示。氮化物316的頂部進(jìn)行氮化物刻蝕，如圖3Μ所示，最好是刻蝕暴露于氧化物硬掩膜304c的氮化物，保留后面的光致抗蝕劑。在圖3Ν中，通過(guò)濕化學(xué)溶劑或干等離子，除去光致抗蝕劑層318。
[0054]如上所述，與第一實(shí)施例有關(guān)，光致抗蝕劑層318可以用氧化層318a(例如HDP氧化物)代替?？梢酝ㄟ^(guò)HDP沉積，將氧化物沉積在圖3J所示的結(jié)構(gòu)上方。進(jìn)行氧化物-選擇CMP，除去HDP氧化物，在氮化物316升高部分的表面停止。進(jìn)行氮化物回刻，刻蝕暴露于氧化物硬掩膜304c的那部分氮化物316，保留后面的HDP氧化物。圖3N-1表示當(dāng)用HDP氧化物代替光致抗蝕劑層時(shí)，對(duì)應(yīng)圖3N階段處的結(jié)構(gòu)。
[0055]然后，在圖3N(如圖30所示)或圖3N-1的結(jié)構(gòu)上方，沉積LTO層320和BPSG層322。利用接觸掩膜(圖中沒(méi)有表示出)，保護(hù)器件的其他部分(例如柵極吸引區(qū))，僅暴露有源晶胞區(qū)的一部分。要注意的是，柵極吸引區(qū)可能需要另一個(gè)接觸掩膜。在圖3P中，進(jìn)行帶有接觸掩膜的氧化物刻蝕，在臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方的氮化物304b上停止。該刻蝕除去剩余的氧化物硬掩膜304c(如果使用HDP氧化物代替光致抗蝕劑318的話，則是HDP氧化物)，保留后面臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方的氮化物316和304b。
[0056]如圖3Q所示，當(dāng)源極注入是帶角度的或驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以選擇進(jìn)行第二次源極注入。接觸刻蝕穿過(guò)剩余氮化物(包含臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方的氮化物304b)中的開(kāi)口刻蝕，如圖3R所示，以形成接觸開(kāi)口 324。在圖3S中，沿接觸溝槽324生長(zhǎng)薄的熱氧化物340，以便在下一步驟中的氮化物分離過(guò)程中，保護(hù)硅表面。在一些實(shí)施例中，薄氧化物340的厚度約為150A。進(jìn)行圖3T所示的氮化物分離，然后通過(guò)緩沖的氧化物刻蝕(BOE)或HF酸的濕刻蝕，除去接觸溝槽324中的薄氧化物340。
[0057]然后，在接觸開(kāi)口324的側(cè)壁和底部，內(nèi)襯勢(shì)皇金屬層326，之后在接觸開(kāi)口 324中沉積導(dǎo)電材料(例如鎢)，形成導(dǎo)電插頭。接下來(lái)，在該結(jié)構(gòu)上方沉積金屬層330(例如鋁)。然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工藝完成溝槽MOSFET器件的制備。
[0058]依據(jù)本發(fā)明所述的實(shí)施例，圖3U所示器件沒(méi)有氮化物遺留。另外，該器件在臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方和接頭328之間，具有氧化物，在臺(tái)面結(jié)構(gòu)的拐角附近，具有較厚的氧化物。要注意的是，臺(tái)面結(jié)構(gòu)拐角處較厚的氧化物可能會(huì)降低擊穿電壓。
[0059]第四實(shí)施例
要注意的是，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例可提供一種器件，以及與帶有ONO堆棧作為硬掩膜的第二實(shí)施例類似，在兩個(gè)多晶硅柵極溝槽中具有非均勻厚度氧化物的器件制備方法。圖4A-4I表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這種器件制備方法的一系列剖面示意圖。該工藝從半導(dǎo)體襯底402作為初始材料開(kāi)始。通過(guò)沉積或熱氧化，在襯底402上形成薄氧化層404a，在襯底402上方，形成硬掩膜層404，然后在薄氧化層404a上方，沉積氮化層404b。在一些實(shí)施例中，氧化硅層的厚度范圍為100A至500A，最好是200A。在一些實(shí)施例中，氮化層的厚度范圍為1500A至4000A。在氮化層404b上方，可以沉積另一個(gè)氧化層404c，以形成帶有氧化物/氮化物/氧化物堆棧的硬掩膜。在一些實(shí)施例中，氧化層404c的厚度范圍為1000A至7000A。光致抗蝕劑(圖中沒(méi)有表示出)形成在硬掩膜404上，并形成圖案，以限定柵極溝槽的圖案?？涛g掉通過(guò)光致抗蝕劑中的開(kāi)口暴露于蝕刻劑的那部分硬掩膜404，刻蝕在硅表面停止，保留將用于掩膜溝槽刻蝕的開(kāi)口。此后，通過(guò)刻蝕掉溝槽開(kāi)口下方的襯底，如圖4A所示，在有源晶胞區(qū)上制備柵極溝槽406。
[0060]在圖4B中，在所有的硅表面上生長(zhǎng)薄犧牲氧化物(圖中沒(méi)有表示出)，以氧化在刻蝕中受損的硅部分。在該步驟中，并不回刻硬掩膜404的寬度。在圖4C中，例如通過(guò)CVD，在柵極溝槽406的側(cè)壁上生長(zhǎng)襯里氧化物408a。襯里氧化物408a的厚度約為第一實(shí)施例中柵極氧化物108厚度的2至5倍。作為示例，但不作為局限，襯里氧化物408a的厚度范圍為0.060μπι至0.300μηι。
[0061 ]然后，將導(dǎo)電材料410a(例如多晶硅)沉積在溝槽中和半導(dǎo)體襯底上方，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，除去硬掩膜404上方的多晶硅。將導(dǎo)電材料410a刻蝕到溝槽406中的所需深度，如圖4D所示。
[0062]在圖4E中，利用氫氟酸(HF)濕刻蝕，除去襯里氧化物408至所需深度，并回刻氮化層404b上方的氧化層404c的寬度，以保留剩余所需的尺寸，用于如圖4E所示的未來(lái)接頭。如圖4F所示，在導(dǎo)電材料410a上，以及沿導(dǎo)電材料410a上方的溝槽側(cè)壁，生長(zhǎng)柵極氧化物408b。柵極氧化物408b的厚度小于襯里氧化物408a的厚度。在一些實(shí)施例中，柵極氧化物408a的厚度范圍為0.015μπι至0.060μπι。
[0063]然后，在溝槽頂部沉積導(dǎo)電材料410b(例如多晶硅)，隨后將導(dǎo)電材料刻蝕到溝槽406之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)下方所需凹槽。在導(dǎo)電材料410a上進(jìn)行氧化，以形成厚氧化層411。要注意的是，厚氧化層411的厚度大于第一和第二實(shí)施例中的氧化層111或211的厚度。在一些實(shí)施例中，厚層411的厚度約為柵極氧化物408厚度的3至6倍。作為示例，但不作為局限，厚氧化層411的厚度范圍為0.05(^111至0.30(^1]1。要注意的是，當(dāng)導(dǎo)電材料410在臺(tái)面結(jié)構(gòu)下方凹陷到一定量時(shí)，臺(tái)面結(jié)構(gòu)將從邊緣開(kāi)始氧化，而且在臺(tái)面結(jié)構(gòu)拐角周圍的氮化物404b下方，使氮化物404b向上彎曲，如圖4G所示。此后，工藝將與圖3F-3U所示制備接頭的工藝一致。
[0064]本發(fā)明的各個(gè)方面提出了不必在硅襯底表面下方形成墊片，就能制備自對(duì)準(zhǔn)接頭的方法。這樣避免了在表面下方使用墊片時(shí)，消耗臺(tái)面結(jié)構(gòu)中大量的原始半導(dǎo)體襯底材料。本發(fā)明的各個(gè)方面還通過(guò)使用部分硬掩膜用于溝槽限定，在半導(dǎo)體襯底中將來(lái)形成接頭的位置處制備墊片支架，減少了用于制備接頭的工藝步驟的數(shù)量。
[0065]雖然上述內(nèi)容完整敘述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但是可能使用不同的可選、修正和等效方案。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)局限于以上說(shuō)明，而應(yīng)由所附的權(quán)利要求書(shū)及其全部等效內(nèi)容決定。本方法中所述步驟的順序并不用于局限進(jìn)行相關(guān)步驟的特定順序的要求。任何可選件(無(wú)論首選與否)，都可與其他任何可選件(無(wú)論首選與否)組合。在以下權(quán)利要求中，除非特別聲明，否則不定冠詞“一個(gè)”或“一種”都指下文內(nèi)容中的一個(gè)或若干個(gè)項(xiàng)目的數(shù)量。除非在指定的權(quán)利要求中用“意思是”特別指出，否則所附的權(quán)利要求書(shū)應(yīng)認(rèn)為是包含意義及功能的限制。權(quán)利要求書(shū)中沒(méi)有用“意思是”特別指出用于特定功能的任意項(xiàng)目，都不應(yīng)認(rèn)為是35 USC § 112，H 6中具體所述的“意思”或“步驟”。
[0066]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種器件，其特征在于，包含: 一個(gè)半導(dǎo)體襯底； 若干個(gè)形成在半導(dǎo)體襯底中的柵極溝槽，每個(gè)柵極溝槽都沿柵極溝槽內(nèi)的側(cè)壁內(nèi)襯絕緣材料，每個(gè)柵極溝槽都在柵極溝槽中具有導(dǎo)電材料;以及 若干個(gè)接觸結(jié)構(gòu)，每個(gè)接觸結(jié)構(gòu)都形成在相應(yīng)的若干個(gè)溝槽中的其中一個(gè)溝槽附近，并用導(dǎo)電材料填充， 其中一個(gè)氮化層位于柵極溝槽中的導(dǎo)電材料上方，以及若干個(gè)接觸溝槽的鄰近接觸結(jié)構(gòu)之間的那部分臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方。2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，沿每個(gè)柵極溝槽內(nèi)側(cè)壁的絕緣材料具有一個(gè)較厚的部分，沿柵極溝槽底部側(cè)壁，以及一個(gè)較薄的絕緣材料沿柵極溝槽頂部的側(cè)壁。3.如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，絕緣材料較厚部分的厚度約為較薄部分厚度的2至5倍。4.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，每個(gè)柵極溝槽中導(dǎo)電材料在柵極溝槽底部具有導(dǎo)電材料的底部，在柵極溝槽頂部具有導(dǎo)電材料的頂部，導(dǎo)電材料的底部和頂部被中間電絕緣層隔開(kāi)。5.如權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于，導(dǎo)電材料的底部和頂部是電性連接的。6.一種器件，其特征在于，包含: 一個(gè)半導(dǎo)體襯底； 若干個(gè)形成在半導(dǎo)體襯底中的柵極溝槽，每個(gè)柵極溝槽都沿柵極溝槽內(nèi)的側(cè)壁內(nèi)襯絕緣材料，每個(gè)柵極溝槽都在柵極溝槽中具有導(dǎo)電材料;以及 若干個(gè)接觸結(jié)構(gòu)，每個(gè)接觸結(jié)構(gòu)都形成在相應(yīng)的若干個(gè)溝槽中的其中一個(gè)溝槽附近，并用導(dǎo)電材料填充， 其中一個(gè)氧化層位于柵極溝槽中的導(dǎo)電材料上方，以及每?jī)蓚€(gè)鄰近的接觸結(jié)構(gòu)之間的那部分臺(tái)面結(jié)構(gòu)上方，并且其中氧化層的加厚部分形成在臺(tái)面結(jié)構(gòu)的拐角處。7.如權(quán)利要求6所述的器件，其特征在于，氧化層的厚度為0.050μπι至0.300μπι。8.如權(quán)利要求6所述的器件，其特征在于，沿每個(gè)柵極溝槽內(nèi)側(cè)壁的絕緣材料，具有一個(gè)較厚部分，沿柵極溝槽底部?jī)?nèi)側(cè)壁，以及一個(gè)較薄絕緣材料，沿柵極溝槽頂部?jī)?nèi)側(cè)壁。9.如權(quán)利要求8所述的器件，其特征在于，絕緣材料的較厚部分厚度約為較薄部分厚度的2至5倍。10.如權(quán)利要求6所述的器件，其特征在于，每個(gè)柵極溝槽中的導(dǎo)電材料，都在柵極溝槽底部具有導(dǎo)電材料底部，在柵極溝槽頂部具有導(dǎo)電材料頂部，導(dǎo)電材料的底部和頂部被中間電鍍絕緣層隔開(kāi)。11.如權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，導(dǎo)電材料的底部和頂部是電性連接的。12.一種制備半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，該方法包含: 在半導(dǎo)體襯底上方，制備一個(gè)硬掩膜層； 通過(guò)刻蝕硬掩膜部分和硬掩膜部分下方的半導(dǎo)體襯底，形成柵極溝槽;并且 通過(guò)保留半導(dǎo)體襯底上方至少一部分硬掩膜，形成若干個(gè)墊片支架為接觸結(jié)構(gòu)預(yù)留位置； 沿柵極溝槽內(nèi)側(cè)壁，形成絕緣襯里； 通過(guò)在柵極溝槽中填充導(dǎo)電材料，制備一個(gè)柵極電極； 在柵極電極上方，制備一個(gè)氧化層； 制備一個(gè)本體區(qū)和一個(gè)源極區(qū)； 沉積一個(gè)絕緣層，覆蓋在接觸結(jié)構(gòu)的墊片支架以及鄰近的墊片支架之間的半導(dǎo)體襯底上方，其中所述的絕緣層是可以抵抗刻蝕接觸結(jié)構(gòu)墊片支架工藝的材料。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，硬掩膜層是氮化物或氧化物層。14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，沿柵極溝槽內(nèi)側(cè)壁，制備絕緣襯里，包含在柵極溝槽的底部，制備絕緣襯里的較厚部分，在柵極溝槽的頂部，制備絕緣襯里的較薄部分。15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，制備一個(gè)柵極電極，包含在柵極溝槽底部，制備柵極電極的底部，在柵極溝槽頂部，制備柵極電極的頂部。16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，當(dāng)接觸結(jié)構(gòu)的墊片支架由氧化物制成時(shí)，絕緣層為氮化層。17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，硬掩膜為氧化物-氮化物-氧化物層。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在柵極電極上方制備氧化層包含在硬掩膜的氮化層下方，制備氧化層的較厚部分。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK106057895SQ201610215555
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日 公開(kāi)號(hào)201610215555.7, CN 106057895 A, CN 106057895A, CN 201610215555, CN-A-106057895, CN106057895 A, CN106057895A, CN201610215555, CN201610215555.7
【發(fā)明人】薛宏勇, 雷燮光, 黃士彰, 林靖凱, 李文軍, 楊易昌, 鄧覺(jué)為
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