溝槽型mos晶體管的制造方法
【專利摘要】在本發(fā)明提供的溝槽型MOS晶體管的制造方法中，在形成有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)之后進行兩次硼磷硅玻璃填充，在第一次形成硼磷硅玻璃之后通過濕法刻蝕工藝將有源區(qū)通孔內(nèi)的硼磷硅玻璃完全去除，同時保留外圍區(qū)保護環(huán)內(nèi)的部分硼磷硅玻璃，使得源區(qū)離子注入的通孔變大的同時避免源區(qū)離子注入對外圍區(qū)造成影響，由此提高了器件的摻雜效果和接觸孔填充的性能，同時，簡化了制造工藝。
【專利說明】溝槽型MOS晶體管的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率MOS晶體管【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種溝槽型MOS晶體管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率MOS晶體管是一種在集成電路中提供和切換功率的特定類型的MOS晶體管，其不僅繼承了 MOS場效應(yīng)管的優(yōu)點，還具有耐壓高、工作電流大、輸出功率高、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。正是由于它將電子管與功率晶體管的優(yōu)點集于一身，因此在開關(guān)電源、逆變器、電壓放大器、功率放大器等電路中獲得廣泛應(yīng)用。
[0003]功率MOS晶體管要求能夠在高電壓下正常工作，另一方面還要求能夠輸出大電流。因而，典型的做法是將大量的功率MOS晶體管單元組合成單個功率MOS晶體管，其中每一功率MOS晶體管單元輸出相對少量的電流。然而，這種做法制成的功率MOS晶體管非常大，不符合如今的尺寸要求。
[0004]為了減小功率MOS晶體管的尺寸，目前引入了溝槽型MOS (trench M0S)晶體管，所述溝槽型MOS晶體管的溝道是垂直的，因而能夠提高溝道密度，減小芯片尺寸。
[0005]請參考圖1，其為現(xiàn)有技術(shù)的溝槽型MOS晶體管的部分剖視圖。如圖1所示，所述溝槽型MOS晶體管包括:襯底10，所述襯底10包括有源區(qū)和外圍區(qū)(圖中未示出)；形成于所述襯底10中的溝槽11 ;形成于所述溝槽11內(nèi)的柵極結(jié)構(gòu)12 ;形成于所述襯底10中的阱區(qū)13 ;形成于所述阱區(qū)13中的源區(qū)15和；形成于所述襯底10上的層間介質(zhì)層16 ;貫穿所述層間介質(zhì)層16并與所述有源區(qū)接觸的接觸孔18 ;以及形成于所述襯底10背面的漏區(qū)(圖中未示出)。所述溝槽型MOS晶體管100的溝道是垂直的，電子從所述源區(qū)15經(jīng)由溝道流至漏區(qū)。
[0006]請繼續(xù)參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)的溝槽型MOS晶體管的制造方法通常包括以下步驟:首先，提供一襯底10，所述襯底10包括有源區(qū)和外圍區(qū)；接著，對所述襯底10進行刻蝕形成溝槽11，并在所述溝槽11中形成柵極結(jié)構(gòu)12 ;之后，在所述襯底10上沉積層間介質(zhì)層16并刻蝕所述層間介質(zhì)層16在有源區(qū)和外圍區(qū)分別形成有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)；此后，通過所述有源區(qū)通孔進行阱區(qū)離子注入(well implant)在所述襯底10中形成阱區(qū)13，同時通過外圍區(qū)保護環(huán)進行外圍區(qū)離子注入(termination implant);接著,填充所述有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)，并對所述有源區(qū)通孔中的填充物進行干法刻蝕形成初步的側(cè)墻，接著通過所述初步的側(cè)墻之間的間隙對所述阱區(qū)13進行源區(qū)離子注入(source implant)形成源區(qū)15 ;然后，通過刻蝕濕法去除所述初步的側(cè)墻；之后，進行側(cè)墻氧化層的沉積和干法刻蝕形成最終的側(cè)墻17 ;最后，以最終的側(cè)墻17為掩膜刻蝕所述源區(qū)15和阱區(qū)13，形成接觸孔18。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)的溝槽型MOS晶體管的制造方法中，阱區(qū)離子注入、源區(qū)離子注入以及接觸孔形成這三道工藝集成于一道光刻工藝中。然而，在制造過程中需要先形成初步的側(cè)墻，通過初步的側(cè)墻對所述阱區(qū)13進行源區(qū)離子注入，之后再通過刻蝕去除初步的側(cè)墻，形成最終的側(cè)墻17，整個過程需要兩次干法刻蝕和一次濕法刻蝕才能完成?？梢?，制造工藝非常復(fù)雜。而且，由于初步的側(cè)墻的存在使得源區(qū)離子注入時橫向擴散的范圍變得非常狹窄。進一步的，造成后續(xù)形成的接觸孔18非常小，填充困難，極易造成接觸孔填充不良。
[0008]因此，如何解決現(xiàn)有的溝槽型MOS晶體管的制造工藝復(fù)雜，而且摻雜效果和接觸孔填充的性能都比較差的問題成為當(dāng)前亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種溝槽型MOS晶體管的制造方法，以解決現(xiàn)有的溝槽型MOS晶體管的制造工藝復(fù)雜，而且摻雜效果和接觸孔填充的性能都比較差的問題。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種溝槽型MOS晶體管的制造方法，所述溝槽型MOS晶體管的制造方法包括:
[0011]提供一襯底，所述襯底包括有源區(qū)和外圍區(qū)；
[0012]在所述襯底上沉積層間介質(zhì)層，并刻蝕所述層間介質(zhì)層以在所述有源區(qū)和外圍區(qū)分別形成有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)；
[0013]通過所述有源區(qū)通孔對所述襯底進行阱區(qū)離子注入形成阱區(qū)；
[0014]利用填充物填充所述有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)；
[0015]通過濕法刻蝕去除所述有源區(qū)通孔內(nèi)的填充物和部分外圍區(qū)保護環(huán)內(nèi)的填充物；
[0016]對所述阱區(qū)進行源區(qū)離子注入形成源區(qū)；
[0017]再次利用填充物填充所述有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)，并刻蝕所述有源區(qū)通孔中的填充物形成側(cè)墻；
[0018]以所述側(cè)墻為掩膜刻蝕所述襯底形成與所述有源區(qū)接觸的接觸孔。
[0019]優(yōu)選的，在溝槽型MOS晶體管的制造方法中，所述外圍區(qū)保護環(huán)的截面寬度大于所述有源區(qū)通孔的截面寬度。
[0020]優(yōu)選的，在溝槽型MOS晶體管的制造方法中，所述外圍區(qū)保護環(huán)的截面寬度在0.6微米到0.8微米之間，所述有源區(qū)通孔的截面寬度在0.2微米到0.4微米之間。
[0021]優(yōu)選的，在溝槽型MOS晶體管的制造方法中，所述填充物為硼磷硅玻璃。
[0022]優(yōu)選的，在溝槽型MOS晶體管的制造方法中，在所述襯底上形成層間介質(zhì)層之前，在提供所述襯底之后，還包括:
[0023]所述襯底中形成有溝槽；
[0024]在所述溝槽中形成柵極結(jié)構(gòu)。
[0025]優(yōu)選的，在溝槽型MOS晶體管的制造方法中，在通過所述有源區(qū)通孔對所述襯底進行阱區(qū)離子注入形成阱區(qū)的同時，還包括:
[0026]通過所述外圍區(qū)保護環(huán)對所述襯底進行外圍區(qū)離子注入。
[0027]優(yōu)選的，在溝槽型MOS晶體管的制造方法中，所述阱區(qū)離子注入、外圍區(qū)離子注入及源區(qū)離子注入均為N型注入。
[0028]優(yōu)選的，在溝槽型MOS晶體管的制造方法中，在進行源區(qū)離子注入之后，在再次利用填充物填充所述有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)之前，還包括:[0029]沉積所述側(cè)墻的氧化層；
[0030]對所述源區(qū)進行退火處理。
[0031]優(yōu)選的，在溝槽型MOS晶體管的制造方法中，在形成與所述有源區(qū)接觸的接觸孔之后，還包括:
[0032]依次形成接觸孔阻擋層和金屬層。
[0033]在本發(fā)明提供的溝槽型MOS晶體管的制造方法中，在形成有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)之后進行兩次硼磷硅玻璃填充，在第一次形成硼磷硅玻璃之后通過濕法刻蝕工藝將有源區(qū)通孔內(nèi)的硼磷硅玻璃完全去除，同時保留外圍區(qū)保護環(huán)內(nèi)的部分硼磷硅玻璃，使得源區(qū)離子注入的通孔變大的同時避免源區(qū)離子注入對外圍區(qū)造成影響，由此提高了器件的摻雜效果和接觸孔填充的性能，同時，簡化了制造工藝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的溝槽型MOS晶體管的部分剖視圖；
[0035]圖2是本發(fā)明實施例的溝槽型MOS晶體管的制造方法的工藝流程圖；
[0036]圖3a至圖3j是本發(fā)明實施例的溝槽型MOS晶體管的制造方法各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的溝槽型MOS晶體管的制造方法作進一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0038]請參考圖2，并結(jié)合參考圖3a至圖3j，所述溝槽型MOS晶體管的制造方法包括:
[0039]S200:提供一襯底20，所述襯底20包括有源區(qū)20a和外圍區(qū)20b ；
[0040]S201:在所述襯底20上沉積層間介質(zhì)層26，并刻蝕所述層間介質(zhì)層26在所述有源區(qū)20a和外圍區(qū)20b分別形成有源區(qū)通孔30a和外圍區(qū)保護環(huán)30b ；
[0041]S202:通過所述有源區(qū)通孔30a對所述襯底20進行阱區(qū)離子注入形成阱區(qū)23 ；
[0042]S203:利用填充物40填充所述有源區(qū)通孔30a和外圍區(qū)保護環(huán)30b ；
[0043]S204:通過濕法刻蝕去除所述有源區(qū)通孔30a內(nèi)的填充物40和部分外圍區(qū)保護環(huán)30b內(nèi)的填充物40 ；
[0044]S205:對所述阱區(qū)23進行源區(qū)離子注入形成源區(qū)25 ；
[0045]S206:再次利用填充物40填充所述有源區(qū)通孔30a和外圍區(qū)保護環(huán)30b，并刻蝕所述有源區(qū)通孔30a中的填充物40形成側(cè)墻27 ；
[0046]S207:以所述側(cè)墻27為掩膜刻蝕所述襯底20形成與所述有源區(qū)20a接觸的接觸孔28。
[0047]具體的，首先，提供一襯底20。如圖3a所示，所述襯底20可以是硅襯底、絕緣體上硅襯底或者形成有其他中間層的襯底，在此選用硅襯底，所述襯底20包括有源區(qū)和外圍區(qū)(圖中未示出)。
[0048]接著，如圖3b所示，對所述襯底20進行刻蝕在所述襯底20中形成溝槽21，并在所述溝槽21內(nèi)依次形成柵氧化層和多晶硅層(圖中未示出)，其中所述柵氧化層包圍所述多晶硅層的側(cè)面和底面，由此在所述溝槽21中形成柵極結(jié)構(gòu)22。通常的，所述柵極結(jié)構(gòu)22位于所述有源區(qū)20a。
[0049]此后，在所述襯底20上沉積層間介質(zhì)層26，并刻蝕所述層間介質(zhì)層26在所述有源區(qū)和外圍區(qū)分別形成有源區(qū)通孔30a和外圍區(qū)保護環(huán)30b。如圖3c所示，所述有源區(qū)通孔30a位于相鄰的柵極結(jié)構(gòu)22之間，且不接觸，有源區(qū)通孔30的截面寬度dl —般在0.2微米到0.4微米之間，外圍區(qū)保護環(huán)30b的截面寬度d2 —般在0.6微米到0.8微米之間。優(yōu)選的，所述有源區(qū)通孔30的截面寬度dl為0.25微米、0.3微米或0.35微米。優(yōu)選的，所述外圍區(qū)保護環(huán)30b的截面寬度d2為0.65微米、0.7微米或0.75微米。
[0050]之后，通過所述有源區(qū)通孔30a和外圍區(qū)保護環(huán)30b對所述襯底20分別進行阱區(qū)離子注入和外圍區(qū)離子注入，所述外圍區(qū)和阱區(qū)離子注入采用的離子均為N型離子，例如磷離子(P)。如圖3d所示，阱區(qū)離子注入之后，在所述襯底20中形成阱區(qū)23。
[0051]形成阱區(qū)23之后，利用填充物40對所述有源區(qū)通孔30a和外圍區(qū)保護環(huán)30b進行填充。本實施例中，所述填充物40采用硼磷硅玻璃(BPSG)。優(yōu)選的，所述BPSG采用化學(xué)氣相沉積和回流工藝形成，回流溫度范圍在700 V -900 °C，形成的BPSG的厚度范圍為
I500A-4500Ao如圖3e所示，第一次BPSG沉積之后，所述有源區(qū)通孔30a內(nèi)填充有BPSG，同時BPSG充滿外圍區(qū)保護環(huán)30b。
[0052]接著，通過濕法刻蝕工藝去除所述有源區(qū)通孔30a內(nèi)BPSG和部分外圍區(qū)保護環(huán)30b內(nèi)的BPSG。由于有源區(qū)通孔30a中的BPSG被去除，故源區(qū)離子注入的開口尺寸即為有源區(qū)通孔30a的尺寸dl。由于源區(qū)離子注入的開口尺寸比較大，橫向擴散范圍變大，因此能夠有效地改善離子注入情況。與此同時，由于外圍區(qū)保護環(huán)30b內(nèi)仍保留有部分BPSG，因此源區(qū)離子注入不會對外圍區(qū)造成影響。如圖3f所示，由于外圍區(qū)保護環(huán)30b的尺寸d2比有源區(qū)通孔30的尺寸dl要大得多，通過濕法刻蝕工藝完全去除所述有源區(qū)通孔30a內(nèi)BPSG時，外圍區(qū)保護環(huán)30b中的BPSG并沒有被完全刻蝕，外圍區(qū)保護環(huán)30b的底部仍被BPSG封住，因此能夠避免后續(xù)的源漏注入工藝對外圍區(qū)的影響。
[0053]此后，如圖3g所示,對所述講區(qū)23進行源區(qū)離子注入(source implant)之后形成源區(qū)25。所述源區(qū)離子注入采用的離子為N型離子，例如磷離子(P)。
[0054]接下來，進行側(cè)墻氧化層的沉積(未圖示)，并對源區(qū)25做退火處理。
[0055]然后，再次利用填充物填充所述有源區(qū)通孔30a和外圍區(qū)保護環(huán)30b。第二次BPSG沉積的工藝與第一次BPSG沉積的工藝相同。如圖3h所示，第二次BPSG沉積之后，所述有源區(qū)通孔30a內(nèi)填充有BPSG，同時BPSG充滿外圍區(qū)保護環(huán)30b。由此，外圍區(qū)保護環(huán)30b經(jīng)過了兩次BPSG填充，這使得外圍區(qū)保護環(huán)30b的填充效果更好。
[0056]之后，通過干法刻蝕工藝形成側(cè)墻27。如圖3i所示，所述有源區(qū)通孔30a中的填充物BPSG被刻蝕掉了一部分，保留在側(cè)壁上的BPSG形成了側(cè)墻27，在同一有源區(qū)通孔30a中的兩個側(cè)墻27之間的間隙形成新的通孔，所述新的通孔的尺寸d3即為形成接觸孔的最終尺寸。
[0057]形成側(cè)墻27之后，以所述側(cè)墻27為掩膜刻蝕所述襯底20，形成與所述有源區(qū)接觸20a的接觸孔28。如圖3j所示，所述接觸孔28貫穿所述源區(qū)25并伸至阱區(qū)23中。
[0058]由此，通過利用兩次BPSG沉積使得有源區(qū)通孔30a的初始關(guān)鍵尺寸dl變?yōu)樽罱K關(guān)鍵尺寸d3，同時將阱區(qū)離子注入、源區(qū)離子注入以及接觸孔形成這三步整和到同一道光刻工藝中，而且在形成側(cè)墻27之前無需形成初步的側(cè)墻，因此減少了一次干法刻蝕工藝。
[0059]之后，還可以繼續(xù)進行后續(xù)的沉積、刻蝕等過程，形成接觸孔阻擋層以及金屬層，從而完成溝槽型MOS晶體管的整個制作工序。
[0060]綜上，在本發(fā)明實施例提供的溝槽型MOS晶體管的制造方法中，通過兩次采硼磷硅玻璃的填充，使得源區(qū)離子注入的開口變大，有利于提高注入質(zhì)量和接觸孔填充性能，同時能夠有效地提高外圍區(qū)保護環(huán)的填充效果，進而提高了器件的質(zhì)量，而且，在第一次形成硼磷硅玻璃之后通過一次濕法刻蝕工藝將有源區(qū)通孔內(nèi)的硼磷硅玻璃完全去除，在第二次形成硼磷硅玻璃之后通過一次干法刻蝕形成側(cè)墻，簡化了制造工藝。
[0061]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽型MOS晶體管的制造方法，其特征在于，包括: 提供一襯底，所述襯底包括有源區(qū)和外圍區(qū)； 在所述襯底上沉積層間介質(zhì)層，并刻蝕所述層間介質(zhì)層以在所述有源區(qū)和外圍區(qū)分別形成有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)； 通過所述有源區(qū)通孔對所述襯底進行阱區(qū)離子注入形成阱區(qū)； 利用填充物填充所述有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)； 通過濕法刻蝕去除所述有源區(qū)通孔內(nèi)的填充物和部分外圍區(qū)保護環(huán)內(nèi)的填充物； 對所述阱區(qū)進行源區(qū)離子注入形成源區(qū)； 再次利用填充物填充所述有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)，并刻蝕所述有源區(qū)通孔中的填充物形成側(cè)墻； 以所述側(cè)墻為掩膜刻蝕所述襯底形成與所述有源區(qū)接觸的接觸孔。
2.如權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述外圍區(qū)保護環(huán)的截面寬度大于所述有源區(qū)通孔的截面寬度。
3.如權(quán)利要求2所述的溝槽型MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述外圍區(qū)保護環(huán)的截面寬度在0.6微米到0.8微米之間，所述有源區(qū)通孔的截面寬度在0.2微米到0.4微米之間。
4.如權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS晶體管的制造方法，其特征在于，所述填充物為硼磷硅玻璃。
5.如權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS晶體管的制造方法，其特征在于，在所述襯底上形成層間介質(zhì)層之前，在提供所述襯底之后，還包括: 所述襯底中形成有溝槽； 在所述溝槽中形成柵極結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS晶體管的制造方法，其特征在于，在通過所述有源區(qū)通孔對所述襯底進行阱區(qū)離子注入形成阱區(qū)的同時，還包括: 通過所述外圍區(qū)保護環(huán)對所述襯底進行外圍區(qū)離子注入。
7.如權(quán)利要求6所述的溝槽型MOS晶體管制造方法，其特征在于，所述阱區(qū)離子注入、外圍區(qū)離子注入及源區(qū)離子注入均為N型注入。
8.如權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS晶體管制造方法，其特征在于，在進行源區(qū)離子注入之后，在再次利用填充物填充所述有源區(qū)通孔和外圍區(qū)保護環(huán)之前，還包括: 沉積所述側(cè)墻的氧化層； 對所述源區(qū)進行退火處理。
9.如權(quán)利要求1所述的溝槽型MOS晶體管制造方法，其特征在于，在形成與所述有源區(qū)接觸的接觸孔之后，還包括: 依次形成接觸孔阻擋層和金屬層。
【文檔編號】H01L21/60GK103839833SQ201410098577
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】吳亞貞, 劉憲周 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司