沟槽型场效应晶体管及其形成方法转让专利
申请号 : CN202110731218.4
文献号 : CN113178391B
文献日 : 2021-09-17
发明人 : 袁家贵 , 何云 , 黄艳
申请人 : 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,包括:提供衬底,所述衬底中形成有栅极沟槽,所述栅极沟槽中填充有栅电极,在所述栅极沟槽的侧边衬底中形成有阱区,以及在所述衬底的顶表面上形成有层间介质层;
执行第一刻蚀工艺,以在所述层间介质层中形成第一接触孔,所述第一接触孔位于所述阱区的上方;
执行离子注入工艺,以通过所述第一接触孔在所述阱区中形成离子注入区;
执行第二刻蚀工艺,以使所述第一接触孔的开口尺寸扩大,并使所述第一接触孔的底部向下延伸至所述离子注入区而构成第二接触孔;以及,在所述第二接触孔中填充导电材料,以形成接触插塞。
2.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述离子注入区和紧邻的栅极沟槽之间的距离大于等于0.08μm。
3.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述离子注入区的最大宽度尺寸大于等于所述第二接触孔的底部的宽度尺寸。
4.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述离子注入区的侧边界相对于第一接触孔底部的侧边界横向扩展的宽度尺寸大于等于0.1μm。
5.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述第一接触孔的开口单侧扩展的宽度尺寸小于等于0.3μm,以形成所述第二接触孔。
6.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,执行所述第一刻蚀工艺的方法包括:
在所述层间介质层中形成图形化的掩模层,所述掩模层中开设有多个开口;以及,以所述掩模层为掩模执行所述第一刻蚀工艺,以部分或全部去除所述层间介质层中对应在所述开口内的部分。
7.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,执行所述第二刻蚀工艺的方法包括:
第一次刻蚀过程,用于刻蚀所述层间介质层,以使所述第一接触孔的开口尺寸增大;以及,
第二次刻蚀过程,用于对暴露在所述第一接触孔底部的衬底进行刻蚀,并刻蚀至所述离子注入区,以形成所述第二接触孔。
8.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述层间介质层的形成方法包括:在制备所述阱区之前,形成第一介质层;在制备所述阱区之后,依次形成第二介质层和第三介质层;
其中,所述第三介质层的材料在预定条件具有流动性,以使所述第三介质层具有平整的顶表面。
9.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述沟槽型场效应晶体管为屏蔽栅场效应晶体管。
说明书 :
沟槽型场效应晶体管及其形成方法
技术领域
背景技术
重点关注的一个问题。
的电压尖峰,必须考虑器件的雪崩能量。EAS能力也是衡量晶体管器件的一个非常重要的参
数。
发明内容
边衬底中形成有阱区,以及在所述衬底的顶表面上形成有层间介质层;执行第一刻蚀工艺,
以在所述层间介质层中形成第一接触孔,所述第一接触孔位于所述阱区的上方;执行离子
注入工艺,以通过所述第一接触孔在所述阱区中形成离子注入区;执行第二刻蚀工艺,以使
所述第一接触孔的开口尺寸扩大,并使所述第一接触孔的底部向下延伸至所述离子注入区
而构成第二接触孔;以及,在所述第二接触孔中填充导电材料,以形成接触插塞。
艺,以部分或全部去除所述层间介质层中对应在所述开口内的部分。
第一接触孔底部的衬底进行刻蚀,并刻蚀至所述离子注入区,以形成所述第二接触孔。
料在预定条件具有流动性,以使所述第三介质层具有平整的顶表面。
第二接触孔相应的制备出尺寸较大的接触插塞,如此,以提升器件的EAS性能。并且,本发明
是在扩大第一接触孔之前执行离子注入工艺而形成离子注入区,使得所形成的离子注入区
的面积能够被控制在较小范围内,避免对阱区的浓度造成影响,同时也防止离子注入区过
于靠近栅极沟槽而影响器件的开关特性。即,本发明提供的形成方法,可以在提高器件的
EAS性能的基础上,避免对器件的其他性能(例如,开关特性)造成不利。
附图说明
520‑第二介质层;530‑第三介质层;50a‑接触孔;500a‑第一接触孔;500b‑第二接触孔;600‑
掩模层;700‑接触插塞。
具体实施方式
所述栅极沟槽11中填充有栅电极22,在所述栅极沟槽11的侧边衬底中形成有阱区30。以及,
所述阱区30所对应的区域还形成有接触孔50a,所述接触孔50a用于容纳导电材料以构成接
触插塞,进而可通过所述接触插塞电性连接所述阱区30。
在所述接触孔50a的底部中形成重掺杂的离子注入区31,通过所述离子注入区31实现与所
述接触插塞的欧姆接触,降低接触插塞与阱区之间的接触电阻。
极沟槽11之间的间隔较小时,将会进一步影响器件的阈值电压,导致器件的性能不稳定。
稳定的这一问题。或者说,本发明提供的形成方法,使得通过增大接触插塞以改善器件的
EAS性能的方式得以实现。
质层。
明一实施例中的沟槽型场效应晶体管在其制备过程中的结构示意图。需说明的是,附图均
采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例
的目的。应当认识到,附图中所示的诸如“上方”,“下方”,“顶部”,“底部”,“上方”和“下方”
之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中
描绘的取向之外的元件的不同取向。例如,如果装置相对于附图中的视图是倒置的,则例如
描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。
300。以及,在所述衬底100的顶表面上形成层间介质层500,所述层间介质层500覆盖所述栅
电极220。
且所述屏蔽电极210和所述栅电极220相互电性隔离。其中,所述栅电极220和所述屏蔽电极
210的材料可均包括多晶硅。此外,所述衬底100中还设置有源极连接沟槽,所述源极连接沟
槽中的屏蔽电极与栅极沟槽110中的屏蔽电极电性连接,并在后续工艺中通过在所述源极
连接沟槽上形成接触插塞,以电性引出源极连接沟槽中的屏蔽电极。
中,所述第一氧化层可设置为具有较大厚度,以保障器件的耐压性能。以及,在所述栅电极
220的外侧壁上设置有第二氧化层(即,栅极氧化层),所述第二氧化层形成在栅极沟槽110
的内壁上。其中,所述第二氧化层的厚度可根据所形成的晶体管器件的阈值电压等相关性
能而对应设置。
300。
‑3
9E12cm 。以及,在执行所述离子注入工艺后,还利用推阱工艺使注入的离子均匀扩散以形
成所述阱区300,所述推阱工艺具体可以为高温推阱工艺。其中,所述阱区300的底部边界不
低于所述栅电极220的底部位置,所述阱区300的侧边界扩散至所述栅极沟槽110的侧壁。
件即共用一个阱区300。
氧化硅,其例如可采用氧化工艺或者沉积工艺形成。所述第二介质层520的材料也可包括氧
化硅,其具体可采用化学气相沉积工艺形成。以及,所述第三介质层530的材料可在预定条
件下具有流动性,例如所述第三介质层530的材料可包括硼磷硅玻璃(BPSG),其具体可采用
涂覆工艺形成,或者也可采用沉积工艺并结合回流工艺形成。
510,之后在所述第一介质层510的保护下执行离子注入工艺以形成所述阱区300和所述源
区400,通过所述第一介质层510的间隔保护避免了离子注入对衬底表面造成损伤。
形成的第三介质层530具有平整的顶表面。具体的,所述第三介质层530的材料可以在涂覆
过程中具有流动性,从而可采用涂覆工艺将材料旋涂在衬底表面上,以形成所述第三介质
层530。或者,可优先采用沉积工艺在衬底表面上沉积材料层,接着通过高温回流工艺(温度
例如高于800℃)使沉积的材料层回流,以形成顶表面平整的第三介质层530。
的形成位置即对应于最终形成的接触孔的位置。
述图形化的掩模层600为掩模执行所述第一刻蚀工艺,通过所述第一刻蚀工艺,可部分或全
部去除所述层间介质层500中对应在所述开口中的部分。
中。或者,可使所述层间介质层500中暴露于所述开口的部分完全被去除,此时,所述第一接
触孔500a即贯穿所述层间介质层500,并可使所述第一接触孔500a的底部停止于衬底的顶
表面。本实施例中,所述第一接触孔500a贯穿所述层间介质层500,并可使所述第一接触孔
500a的底部停止于衬底的顶表面,如此,以利于精确控制后续的离子注入工艺,使得注入形
成的重掺杂区的区域集中在预定位置。
避免了所形成的离子注入区310对晶体管器件的开关性能造成影响。此外,所述离子注入区
310的制备过程是在阱区300的推阱工艺之后、及第三介质层530的高温回流工艺之后,避免
了所述离子注入区310在高温制程中发生扩散,从而进一步防止对阱区300的离子掺杂浓度
造成影响,并保证了低阻值的欧姆接触。
述离子注入区310仍能够满足后续扩大之后的接触孔。并且,还可使所述离子注入区310的
侧边界相对于第一接触孔500a底部的侧边界横向扩展的尺寸大于等于0.1μm,实现了对所
形成的离子注入区310的面积的有效控制。
注入区310的边界之间的距离大于等于0.08μm,以确保离子注入区310不会对栅极沟槽110
侧边的沟道区域造成影响。更进一步的,可使所述离子注入区310和紧邻的栅极沟槽110之
间的距离D进一步大于等于0.1μm。
‑3
离子注入区310的掺杂剂量大约为E15 cm 的量级)。以及,所述离子注入区310的注入深度
可根据最终形成的接触孔的深度而对应调整,具体可通过控制所述离子注入工艺的注入能
量而调整所述离子注入区310的注入深度。
孔500b。
所述第一接触孔内的衬底的面积增大。本实施例中,所述第一接触孔的开口单侧扩展的宽
度尺寸小于等于0.3μm,以形成所述第二接触孔500b。此处所述的开口单侧扩展0.3μm,例如
可指代顶部的开口单侧扩展0.3μm或者底部的开口单侧扩展0.3μm。即,所述第一接触孔的
顶部开口尺寸单侧扩展0.3μm,或者将所述第一接触孔的底部开口尺寸单侧扩展0.3μm。更
具体的,可使所述第一接触孔的开口单侧扩展小于等于0.15μm。
形成的第二接触孔500b的底部不低于所述离子注入区310具有最大横向宽度尺寸的高度位
置。
310。即,所述离子注入区310的侧边界相对于扩大前形成的第一接触孔的侧边界横向扩展
第一尺寸,并使所述第一接触孔的开口横向扩展第二尺寸而形成第二接触孔500b,所述第
二尺寸可小于等于所述第一尺寸,如此,以使扩大后形成的第二接触孔500b的底部均对应
有所述离子注入区310。
欧姆接触。
品EAS能力。
以及贯穿所述层间介质层500并延伸衬底内的接触插塞700。
述接触插塞700的底部即延伸至所述离子注入区310,以和所述离子注入区310连接。
寸将更加接近。当然,具体的实施例中,可使所述离子注入区310的宽度尺寸仍大于等于所
述接触插塞700的底部的宽度尺寸,以使得接触插塞700的底部均连接至所述离子注入区
310。
约为40mj;然而,当接触插塞的宽度尺寸扩大至0.6μm时,器件的过电流的电流峰值可达到
大约21A,其EAS的能量大约为117mj。显然,通过扩大接触插塞的尺寸,使得晶体管器件的
EAS性能得到了较大的提升。
都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰,或修改为等
同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对
以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围。
件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
种”包括复数基准,除非上下文明确表示相反意思。例如,对“一个步骤”或“一个装置”的引
述意味着对一个或 多个步骤或装置的引述,并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以
最广义的含义来理解使用的所有连词。以及,词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义,
而不是逻辑“异或”的定义,除非上下文明确表示相反意思。