專利名稱：功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其是功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(功率 M0SFET)的制作方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)的柵極、源極和漏極大致 處于器件的同一水平面，且器件的工作電流基本上平行于器件的水平方向流動(dòng)。然而，隨著 器件的小型化趨勢(shì)，功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(功率M0SFET)或者垂直型金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(VM0SFET)，被越來越廣泛地加以應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于電源的開關(guān)器 件中。
功率MOSFET之所以能夠負(fù)荷較大的電流，是因?yàn)槠渫ǔ＞哂写怪庇谠礃O層或漏 極層的柵極槽，且其工作電流的流向垂直于器件的水平方向，通過增大了載流子流通的橫 截面積，使得能夠負(fù)載的電流增大。
參考圖1，在常規(guī)功率MOFET器件中，以N+型硅構(gòu)成漏極區(qū)101。在N+型漏極區(qū) 101上外延一層低濃度的N"型硅層102。通過光刻、擴(kuò)散等工藝，在外延層102上形成P型 襯底103和N+型源極區(qū)104。利用光刻法，沿與源極區(qū)104垂直的方向刻槽106，并在所獲 得的槽的表面生成一層Si02絕緣層107，以及覆蓋一層金屬鋁108，以作為柵極。當(dāng)柵源電 壓大于閾值電壓時(shí)，在柵極槽106下方形成導(dǎo)電溝道。此時(shí)，當(dāng)漏源電壓存在時(shí)，就產(chǎn)生了 漏極電流Id。也就是說，功率MOSFET工作電流的流動(dòng)方向，或者說其導(dǎo)電溝道，不是如常規(guī) MOSFET 一樣，平行于器件表面水平方向，而是與器件表面的水平方向相垂直的。
在目前的工藝中，源極接觸孔和柵極接觸孔通常是采用相同的掩模層同步進(jìn)行制 作的。然而，隨著器件的小型化，溝道深度越來越淺，當(dāng)柵極接觸孔采用與源極接觸孔相同 的掩模層進(jìn)行制作時(shí)，會(huì)使得柵極接觸孔的深度更淺，從而帶來器件被擊穿的可能性以及 控制的困難。
因此，有一種解決方案是將源極接觸孔和柵極接觸孔分別采用各自對(duì)應(yīng)的掩模 層，分開進(jìn)行制作。但是，將源極接觸孔和柵極接觸孔分別采用各自對(duì)應(yīng)的掩模層分開進(jìn)行 制作后，在干法刻蝕柵極接觸孔的過程中，等離子體中的帶正電離子在刻蝕過程中在柵電 極被收集，造成柵電容的擊穿或者可靠度變差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種功率MOSFET的制作方法，以避免在柵極接觸 孔的制作過程中柵電容被擊穿或者可靠度變差。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的 制作方法，包括分別形成所述功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極區(qū)、源極區(qū)以及 柵電極；形成所述柵電極的柵極接觸孔；其中，根據(jù)所述柵極接觸孔的深度，將所述柵極接 觸孔按照與所述漏極區(qū)垂直的方向分為至少兩段，并對(duì)所述各段分別進(jìn)行刻蝕，以形成所述柵極接觸孔。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，通過調(diào)節(jié)第一刻蝕長度和第二刻蝕長度的比 例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了工耗和刻蝕效果的均衡，不僅節(jié)省了能源，提高了生產(chǎn)效率，并且也提高了 成品率和柵氧的可靠性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明功率MOSFET制作方法一種實(shí)施方式的流程示意圖3是圖2所示步驟S2 —種具體實(shí)施方式
的流程示意圖4-圖7是采用圖3所示功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管制作方法具體實(shí) 施例的各個(gè)階段中，功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖面示意圖8是圖2所示步驟Sl 一種具體實(shí)施方式
的流程示意圖9-圖16是采用圖8所示功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管制作方法具體實(shí) 施例的各個(gè)階段中，功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
發(fā)明人在進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)之后，提出了一種新型的功率MOSFET接觸孔制作方 法，在所述功率MOSFET接觸孔制作方法中，通過將柵極接觸孔的制作分為至少兩步，并通 過刻蝕工藝分別完成，不僅大大減少了柵極被擊穿的幾率，減低了次品率。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明功率MOSFET的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。
參考圖2，本發(fā)明功率MOSFET制作方法的一種實(shí)施方式可包括
步驟Si，分別形成所述功率MOSFET的漏極區(qū)、源極區(qū)以及柵電極；
步驟S2，形成所述柵電極的柵極接觸孔；其中，根據(jù)所述柵極接觸孔的深度，將所 述柵極接觸孔按照與所述漏極區(qū)垂直的方向，即縱向，分為至少兩段，并對(duì)所述各段分別進(jìn) 行刻蝕，以形成所述柵極接觸孔。
由于干法刻蝕相較于濕法刻蝕，更便于控制尺寸參數(shù)，例如拐角的弧度以及溝槽 的深度等，以降低廢品率，獲得較高的成品質(zhì)量。此外，還可通過選擇合適的刻蝕等離子體 以及刻蝕強(qiáng)度范圍，以控制刻蝕的進(jìn)度。因此，在刻蝕以形成所述柵極接觸孔的過程中，步 驟S2中所述刻蝕多采用干法刻蝕工藝。
結(jié)合圖3至圖7，步驟S2具體可包括
步驟S21，形成中間介電層(ILD，inter layer dielectric)。所述中間介電層可 為覆蓋源極區(qū)和柵電極的氧化層。例如，參考圖4，可以通過化學(xué)氣相沉積等方式，在源極區(qū) 404和柵電極407表面形成二氧化硅層408。
步驟S22，根據(jù)第一深度，形成呈縱向的第一接觸孔。參考圖5，刻蝕以形成第一接 觸孔409。
其中，可采用干法刻蝕工藝，例如，采用含氟的氣體作為刻蝕氣體。此外，也可采用 其它刻蝕方法等。
參考圖5，所形成的第一接觸孔409的深度即為所述第一深度hl，其中，所述第一 深度hi可為所述柵極接觸孔期望深度H的50% -90%。在具體實(shí)施中，可通過控制刻蝕速度和刻蝕時(shí)間，調(diào)節(jié)所述第一接觸孔409的深度。
步驟S23，根據(jù)第二深度，在所述第一接觸孔的基礎(chǔ)上繼續(xù)沿縱向形成第二接觸 孔，所述第二接觸孔與所述第一接觸孔共同構(gòu)成所述柵極接觸孔。參考圖6，順著第一接觸 孔409繼續(xù)沿縱向進(jìn)行刻蝕，形成第二接觸孔410。
在步驟S23中，可采用干法刻蝕，以提高器件尺寸參數(shù)的準(zhǔn)確性，其所采用的刻蝕 強(qiáng)度低于常規(guī)干法刻蝕所采用的刻蝕強(qiáng)度。當(dāng)步驟S22和步驟S23皆采用干法刻蝕時(shí)，步 驟S23中用于形成第二接觸孔410的刻蝕強(qiáng)度小于步驟S22中用于形成第一接觸孔409的 刻蝕強(qiáng)度，例如前者可為后者的1/4-3/4，在具體實(shí)施中，前者可為后者的1/4-1/2。
所述第二接觸孔410的深度即為第二深度h2。其中，第二深度h2與第一深度hi 之和為所述柵極接觸孔的期望深度H，相應(yīng)的，第二深度h2為所述柵極接觸孔期望深度H的 50% -10%。
當(dāng)?shù)诙疃萮2越短，或者說占期望深度H的比例越小時(shí)，由于可采用其它方式或 較大的刻蝕強(qiáng)度形成第一接觸孔409，因此，形成所述柵極接觸孔的時(shí)間越短，生產(chǎn)效率越 高，然而，刻蝕第二接觸孔410時(shí)，刻蝕離子穿入柵電極，造成柵電容的擊穿的可能性就越 大，器件被破壞的風(fēng)險(xiǎn)也就越高。反之，當(dāng)?shù)诙疃萮2越長，或者說占期望深度H的比例越 大時(shí)，由于采用較低的刻蝕強(qiáng)度刻蝕形成第二接觸孔410，使得第二接觸孔410的形成時(shí)間 也就越長，因而，形成所述柵極接觸孔的時(shí)間也就相應(yīng)地被延長，生產(chǎn)效率降低，然而，刻蝕 時(shí)所采用的等離子體由于間距太長且能量不足，其射入柵電極，造成柵電容的擊穿的可能 性就越小，器件被破壞的風(fēng)險(xiǎn)也就越低。在具體實(shí)施中，可根據(jù)實(shí)際需求，對(duì)第二深度h2所 占期望深度H的比例進(jìn)行調(diào)整，以獲得器件成品率和生產(chǎn)效率之間的平衡。
此外，還可根據(jù)實(shí)際需要，將所述柵極接觸孔分為更多段進(jìn)行制作，通過調(diào)整最后 完成的一段的深度占所述柵極接觸孔整體深度的比例，可在保證生產(chǎn)效率的前提下，獲得 較高的產(chǎn)品質(zhì)量。
獲得所述柵極接觸孔之后，接下來，執(zhí)行步驟S24。
步驟S24，在所述柵極接觸孔底部進(jìn)行離子注入，以形成ρ型重?fù)诫s區(qū)。例 如，摻雜離子為可為硼離子，摻雜濃度可為3X1015/cm3，注入能量為25KeV(lKeV = 1. 60217646X1(^6 焦耳)。
參考圖7，沉積導(dǎo)電物質(zhì)，例如可通過化學(xué)氣相沉積的方式，采用氟化鎢、硅烷與氫 氣的混合氣體，進(jìn)行鎢的淀積，并使其注滿所述柵極接觸孔411 ；再通過化學(xué)機(jī)械研磨等方 式去除所述柵極接觸孔外的多余導(dǎo)電物質(zhì)，形成柵極接觸孔導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
此外，為防止金屬擴(kuò)散，在沉積導(dǎo)電金屬之前還可包括沉積隔離層。所述隔離層 可為含鈦的一種化合物或化合物組合。
在具體實(shí)施中，結(jié)合圖8至圖16，步驟Sl可包括
步驟Sl 1，提供具有第一導(dǎo)電類型的襯底。
步驟S12，在所述襯底上形成外延層，所述外延層與所述襯底為相同導(dǎo)電類型，且 所述外延層中，摻雜離子濃度低于所述襯底中摻雜離子濃度。例如，參考圖10，采用外延生 長的工藝，在重?fù)诫s襯底400上外延生長η型低摻雜區(qū)，以形成外延層401。
步驟S13，在所述外延層上，形成阱區(qū)，所述阱區(qū)為不同于所述襯底或所述外延層 的第二導(dǎo)電類型。例如，參考圖11，通過熱氧化或化學(xué)沉積等方法，在η型低摻雜外延層401上形成氧化層；接著，進(jìn)行ρ型離子注入，通過高溫?cái)U(kuò)散等工藝步驟，形成ρ型摻雜的阱 區(qū)402。具體來說，所述ρ型離子可為硼離子等，注入劑量可為1012CnT2-1014Cnr2。[需改為 1 X 10的12次方，到1 X 10的14次方。
步驟S14，通過形成貫穿于所述源區(qū)和溝道區(qū)且到達(dá)所述外延層的柵極溝槽、附于 其表面的柵絕緣層以及注滿所述柵極溝槽的多晶硅，形成柵電極。
步驟S15，在步驟S13所述阱區(qū)上，形成源極區(qū)，所述源極區(qū)為具有高摻雜濃度的 第一導(dǎo)電類型。例如，參考圖12，采用光刻工藝形成源極溝槽403;然后，參考圖13，向源極 溝槽403進(jìn)行η型離子注入，以形成具有η型重?fù)诫s的源區(qū)404 ；其中，所注入的η型離子 可為砷、或銻、或磷等，注入劑量可為4*1016cm_2。
參考圖14，通過刻蝕工藝，形成穿過源極區(qū)404和溝道區(qū)402且到達(dá)外延層401的 柵極溝槽405 ；接著，參考圖15，在所形成的柵極溝槽405中，通過熱氧化或化學(xué)氣相沉積等 方式，在柵極溝槽405表面中形成柵絕緣層406;然后，參考圖16，通過化學(xué)氣相沉積等方 式，將多晶硅注滿柵極溝槽405，并且在柵絕緣層406表面形成多晶硅層；然后，通過化學(xué)機(jī) 械研磨等方式去處柵極溝槽405外的氧化硅及多晶硅，形成柵電極407。
此外，在實(shí)際制作過程中，在步驟S2之前或之后可包括制作源極區(qū)的接觸孔?？?采用常規(guī)方法對(duì)源極區(qū)的接觸孔進(jìn)行制作，其制作方法不對(duì)本發(fā)明的發(fā)明思路造成限制
上述步驟Sll至步驟S15并不對(duì)相應(yīng)部分的形成方法進(jìn)行限制，或還可采用其它 工藝、或其它反應(yīng)物及其它濃度而實(shí)現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解關(guān)于所述步驟Sll至步 驟S15中任一項(xiàng)或幾項(xiàng)的變換并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)思造成影響。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，上述本發(fā)明功率MOSFET制作方法實(shí)施方式所獲得的功率 M0SFET，可通過調(diào)節(jié)第一刻蝕長度和第二刻蝕長度的比例關(guān)系，減少了柵極被擊穿的幾率， 減低了次品率，有效地節(jié)省了工時(shí)和能耗，實(shí)現(xiàn)了工耗和刻蝕效果的均衡。
雖然本發(fā)明已通過較佳實(shí)施例說明如上，但這些較佳實(shí)施例并非用以限定本發(fā) 明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)有能力對(duì)該較佳實(shí)施例做出各 種改正和補(bǔ)充，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法，包括分別形成所述功率金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極區(qū)、源極區(qū)以及柵電極；形成所述柵電極的柵極接觸 孔；其特征在于，根據(jù)所述柵極接觸孔的深度，將所述柵極接觸孔按照與所述漏極區(qū)垂直的方向分為至 少兩段，并對(duì)所述各段分別進(jìn)行刻蝕，以形成所述柵極接觸孔。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述將柵極接觸孔按照與漏極區(qū)垂直 的方向分為至少兩段并對(duì)所述各段分別進(jìn)行刻蝕，至少包括根據(jù)第一深度，形成呈縱向的第一接觸孔；根據(jù)第二深度，在所述第一接觸孔的基礎(chǔ)上繼續(xù)沿縱向形成第二接觸孔，所述第二接 觸孔與所述第一接觸孔共同構(gòu)成所述柵極接觸孔；其中，所述第一深度與第二深度之和為所述柵極接觸孔的期望深度。
3.如權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述第二深度為所述柵極接觸孔期望 深度的10% -50%。
4.如權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，分別采用干法刻蝕形成所述第一接觸 孔和所述第二接觸孔。
5.如權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，形成所述第二接觸孔時(shí)的刻蝕強(qiáng)度小 于形成所述第一接觸孔時(shí)的刻蝕強(qiáng)度。
6.如權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，形成所述第二接觸孔時(shí)的刻蝕強(qiáng)度為 形成所述第一接觸孔時(shí)的刻蝕強(qiáng)度的1/4-1/2。
7.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述將柵極接觸孔按照與漏極區(qū)垂直 的方向分為至少兩段并對(duì)所述各段分別進(jìn)行刻蝕是指，將柵極接觸孔按照與漏極區(qū)垂直的方向分為兩段以上，且每段分別首尾相接，所分成 的各段共同構(gòu)成所述柵極接觸孔；依次分別對(duì)各段進(jìn)行刻蝕，以獲得所述柵極接觸孔；其中，所述各段的深度之和為所述柵極接觸孔的期望深度。
8.如權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述最后形成的一段的深度占所述柵 極接觸孔深度的比例為10% -50%。
9.如權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，分別采用干法刻蝕形成所述各段接觸孔。
10.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，形成最后一段接觸孔時(shí)的刻蝕強(qiáng)度小 于形成之前形成任一段接觸孔時(shí)的刻蝕強(qiáng)度。
全文摘要
一種功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管制作方法，包括分別形成所述功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極區(qū)、源極區(qū)以及柵電極；形成所述柵電極的柵極接觸孔；其中，根據(jù)所述柵極接觸孔的深度，將所述柵極接觸孔按照與所述漏極區(qū)垂直的方向分為至少兩段，并對(duì)所述各段分別進(jìn)行刻蝕，以形成所述柵極接觸孔。本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，通過調(diào)節(jié)第一刻蝕長度和第二刻蝕長度的比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了工耗和刻蝕效果的均衡，不僅節(jié)省了能源，提高了生產(chǎn)效率，并且也提高了成品率和柵氧的可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102034715SQ20101050458
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者李樂 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司