專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件，例如功率晶體管， 一般具有形成于半導(dǎo)體襯底上的源極 區(qū)和形成于源極區(qū)下方的漏極區(qū)，從而在豎直方向上形成溝道。器件(例如， 功率晶體管)具有包括柵電極的結(jié)構(gòu)，所述柵電極填充在形成于半導(dǎo)體襯底 中的溝槽內(nèi)。
一般來(lái)說(shuō)，如果形成在柵電極上的氧化物層厚度太大，則厚的氧化物 層會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件(例如，功率晶體管)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。氧化物層會(huì)
在用于ESD (靜電放電)保護(hù)電路的熱處理過(guò)程和摻雜劑擴(kuò)散過(guò)程期間生 長(zhǎng)，從而使氧化物層的厚度約為580 ±40 A。
但是， 一般來(lái)說(shuō)，形成在柵電極上的氧化物層應(yīng)當(dāng)具有約180±30 A 的厚度，這樣能對(duì)器件的性能產(chǎn)生正面影響。當(dāng)隨后蝕刻厚的氧化物層(例 如，580士40A)時(shí)，會(huì)由于過(guò)蝕刻(over-etched)而產(chǎn)生缺陷。
例如，如果氧化物層的厚度約為580A，則氧化物層必須去除約400A 的厚度(例如，通過(guò)用DIW(去離子水)和HF的混合物進(jìn)行蝕刻)。此時(shí)， 可能產(chǎn)生約士40A的偏差。
因此，氧化物層會(huì)被過(guò)蝕刻或欠蝕刻(under-etched)，從而引起器件 性能的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其可以有效 地控制形成在柵電極上的氧化物層的厚度，所述柵電極位于諸如功率晶體 管之類(lèi)的器件中的半導(dǎo)體襯底中或半導(dǎo)體襯底上。在本方法中，可以對(duì)半導(dǎo)體器件施加電源(power)，使得溝道豎直形成在源極區(qū)和漏電極層之 間，從而電子可以穿過(guò)這種結(jié)構(gòu)。
該半導(dǎo)體器件的制造方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底中形成第一導(dǎo) 電類(lèi)型掩埋層，并在第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層上形成第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)；通 過(guò)選擇性去除部分第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)形成柵極絕緣層和柵電極；在包括 柵電極的半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化物層；將第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子注入 到包括第一氧化物層的半導(dǎo)體襯底中；在第一氧化物層上形成氮化物層； 通過(guò)擴(kuò)散第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子形成第二導(dǎo)電類(lèi)型阱，且同時(shí)在氮化物層 上形成第二氧化物層；從第一氧化物層去除氮化物層和第二氧化物層；通 過(guò)部分地去除第一氧化物層形成薄氧化物層；在每個(gè)柵電極的側(cè)部(side) 形成第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)；在薄氧化物層上形成介電層；通過(guò)選擇性蝕刻 介電層和薄氧化物層形成溝槽；在溝槽中形成源極接觸件(source contact); 以及形成與第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層電連接的漏電極層。
本發(fā)明的另一實(shí)施例包括半導(dǎo)體器件，其包括半導(dǎo)體襯底，所述襯 底包括漏電極層、位于漏電極層上的第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層、位于第一導(dǎo)電 類(lèi)型掩埋層上的第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)、以及位于第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)上的 第二導(dǎo)電類(lèi)型阱；位于第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電類(lèi)型阱的第一溝槽 中的柵極絕緣層和柵電極；位于柵電極的側(cè)部的源極區(qū)；位于包括源極區(qū) 和柵電極的半導(dǎo)體襯底上的氧化物層和介電層；位于介電層、氧化物層和 第二導(dǎo)電類(lèi)型阱中的第二溝槽；位于溝槽和介電層上的阻擋層；以及位于 阻擋層中的源極接觸件。


圖1-圖18為示出根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件及其制造方 法的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件及其制造 方法。
圖18為示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的剖視圖。
6參考圖18，在半導(dǎo)體襯底中形成第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層9和第一導(dǎo)電類(lèi) 型漂移區(qū)10，并在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)10中形成第二導(dǎo)電類(lèi)型阱16。
接下來(lái)，在選擇性去除了第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)10和第二導(dǎo)電類(lèi)型阱 16的區(qū)域(例如，襯底中的第一溝槽)中形成柵極絕緣層13和至少一個(gè)柵 電極14，且在每個(gè)柵電極14的相對(duì)側(cè)(opposite sides)形成第一導(dǎo)電類(lèi) 型源極區(qū)18。在一些實(shí)施例中，柵電極可以從第一溝槽或通孔中伸出。
然后，在柵電極14和第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)18上形成氧化物層15和 層間介電層19。
可以通過(guò)部分地蝕刻位于第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)18的至少一側(cè)上(并 且優(yōu)選為相對(duì)側(cè)上)的層間介電層19和部分第二導(dǎo)電類(lèi)型阱16而形成第 二溝槽。在包括(多個(gè))第二溝槽的半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成阻擋層 22。
然后，用導(dǎo)電材料23填充第二溝槽以形成至少一個(gè)源極接觸件。在 一些實(shí)施例中，可以使用一個(gè)或多個(gè)金屬層形成(多個(gè))源極接觸件。例 如，鎢23和鋁24可用作用于源極接觸件的導(dǎo)電材料。在這樣的實(shí)施例中， 鎢可以與阻擋層接觸，且鋁可以形成在鎢上。在半導(dǎo)體襯底的第一導(dǎo)電類(lèi) 型掩埋層9下方形成漏電極層8。
當(dāng)對(duì)該半導(dǎo)體器件施加電源時(shí)，在源極區(qū)18和漏電極層8之間豎直 形成溝道，以使電子穿過(guò)該溝道。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，形成于柵電極14上的氧化物層15具有恒定的厚 度(例如，約180士30A)，從而可以有效地保持半導(dǎo)體器件的性能。
以下將參考圖1-圖18描述該半導(dǎo)體器件的制造方法。
參考圖1，在包括第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層9和第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)10的 半導(dǎo)體襯底(未示出)上形成硬掩膜層11。在各種實(shí)施例中，硬掩膜層11 可以包括氧化物層或氮化物層。
參考圖2，在硬掩膜層11上形成光致抗蝕劑圖案(未示出)，并對(duì)該光 致抗蝕劑圖案實(shí)施蝕刻工藝以形成第一溝槽12，所述第一溝槽12用于在 第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)10中形成柵電極。在優(yōu)選的實(shí)施例中，形成兩個(gè)溝 槽12，以用于形成兩個(gè)柵電極。然而，本發(fā)明的范圍不限于此。例如，可 以形成一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)第一溝槽12，以用于形成柵電極。參考圖3，在第一溝槽12中沉積氧化物層，以形成柵極絕緣層13。 如圖4所示，將多晶硅或其它導(dǎo)電材料沉積在包括具有柵極絕緣層13 的第一溝槽12的半導(dǎo)體襯底上，并且對(duì)多晶硅或其它導(dǎo)電材料進(jìn)行蝕刻， 以使多晶硅(或其它導(dǎo)電材料)填充第一溝槽12。因此，在第一溝槽12中 形成柵極絕緣層13和柵電極14。在一些實(shí)施例中，柵電極可以從第一溝 槽伸出。
如圖5所示，隨后去除形成在半導(dǎo)體襯底上的硬掩膜層11。 參考圖6，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一熱處理工藝，以在半導(dǎo)體襯底上形 成ESD(靜電放電)保護(hù)電路(未示出)。在熱處理工藝中，在包括柵電極14 的半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化物層15a。在一些實(shí)施例中，第一氧化物層 15a的厚度可以為約200A。第一氧化物層15a使柵電極14絕緣，并防止
在后續(xù)的雜質(zhì)注入工藝中對(duì)半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生損壞。
參考圖7，將第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體襯底中，并執(zhí)行清 洗工藝。
參考圖8，在第一氧化物層15a上形成氮化物層15b。氮化物層15b 防止在第一氧化物層15a上執(zhí)行用于第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子的擴(kuò)散工藝時(shí) 氧化物層再生長(zhǎng)，并且允許在存在再生長(zhǎng)的氧化物層的情況下容易地去除 再生長(zhǎng)的氧化物層。優(yōu)選地，氮化物層15b的厚度約為50土10A。
參考圖9，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第二熱處理工藝，以形成擴(kuò)散第二導(dǎo)電 類(lèi)型雜質(zhì)離子的第二導(dǎo)電類(lèi)型阱16。當(dāng)執(zhí)行用于第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子的 擴(kuò)散工藝時(shí)，可以在氮化物層15b上形成第二氧化物層15c。
隨后去除形成在柵電極14上的氮化物層15b和第二氧化物層15c。
在一些實(shí)施例中，可以使用去離子水和HF的混合物去除第二氧化物 層15c?？梢允褂昧姿崛芤喝コ飳?5b。另外，在其它實(shí)施例中， 可以使用BHF (緩沖HF)溶液同時(shí)去除第二氧化物層15c和氮化物層15b。
另外，可以使用去離子水和HF的混合物去除部分第一氧化物層15a (例如，約20A)。此時(shí)，由于蝕刻偏差(etch variation)約為士5A，因此可 以恒定地控制(manage)第一氧化物層15a的厚度。
因此，如圖10所示，可以在包括柵電極14的半導(dǎo)體襯底上形成具有 有效設(shè)計(jì)厚度的殘留的氧化物層15。在優(yōu)選的實(shí)施例中，殘留的氧化物層15a具有預(yù)定的厚度(例如，約180士30A)。
現(xiàn)在參考圖11和圖12，在半導(dǎo)體襯底上形成光致抗蝕劑圖案17，并 將第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體襯底中。接下來(lái)，去除光致抗蝕劑 圖案17。
然后，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理工藝，以在柵電極14的側(cè)部形成第 一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)18。優(yōu)選地，在每個(gè)柵電極的每個(gè)側(cè)部上均形成第一導(dǎo) 電類(lèi)型源極區(qū)。
參考圖13-圖15，在半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層19，并在層間介電 層19上形成光致抗蝕劑圖案(未示出)。在各種實(shí)施例中，層間介電層可以 包括氮化硅、富硅氧化硅(SRO)、TEOS (例如，由正硅酸乙酯和氧通過(guò)CVD 形成的氧化硅)、主電介質(zhì)(bulk dielectric)(例如摻雜有氟或硼和/或磷的 一個(gè)或多個(gè)氧化硅層(FSG、 BSG、 PSG、禾卩/或BPSG))、 二氧化硅或它們 的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，層間介電層可以包括位于相對(duì)較薄的氮化硅層 上的相對(duì)較厚的氧化硅層(其可以被摻雜)。接下來(lái)，使用光致抗蝕劑圖案 作為掩膜選擇性去除層間介電層19和氧化物層15，以形成第二溝槽20。
然后，可以使用層間介電層19和氧化物層15作為掩膜，選擇性去除 由第二溝槽20暴露的部分第二導(dǎo)電類(lèi)型阱16，以形成第三溝槽21。
參考圖16，將第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子注入到由第三溝槽21所暴露的 第二導(dǎo)電類(lèi)型阱16中，以防止漏電。
參考圖17，在包括第三溝槽21的半導(dǎo)體襯底上形成阻擋層22。在一 些實(shí)施例中，阻擋層可以包括Ti和/或TiN(例如Ti上TiN (TiN-on-Ti)雙 層)。使用CVD(化學(xué)氣相沉積)法沉積第一金屬層23(例如，鎢)，從而填 充第三溝槽21。然后，對(duì)第一金屬層23進(jìn)行無(wú)圖形蝕刻(blanket-etched)。 使用CVD法在避免于第三溝槽21中形成空隙(void)的條件下沉積第一 金屬層23。
參考圖18，在第一金屬層23上沉積具有低電阻的第二金屬層24 (例 如，鋁)，然后蝕刻該第一金屬層23以形成源極接觸件。
根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，使用鎢23和鋁24形成源極接觸件。然而， 本發(fā)明的范圍不限于此。例如，可以?xún)H使用鎢和/或鋁形成源極接觸件?；?者，可以使用本領(lǐng)域公知的其它導(dǎo)電材料(例如，銅)來(lái)形成這樣的接觸件。
另外，在示例性實(shí)施例中，在第三溝槽21中形成源極接觸件。然而， 本發(fā)明的范圍不限于此。例如，在一些實(shí)施例中，可以在不形成第三溝槽 的情況下，在半導(dǎo)體襯底中形成源極接觸件。
然后，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行鈍化工藝和背部研磨工藝，以形成與第一導(dǎo)
電類(lèi)型掩埋層9電連接的漏電極8。
說(shuō)明書(shū)中所涉及的"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例"等的含 義是結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特性均包括在本發(fā)明的至少一 個(gè)實(shí)施例中。說(shuō)明書(shū)中出現(xiàn)于各處的這些短語(yǔ)并不一定都涉及同一個(gè)實(shí)施 例。此外，當(dāng)結(jié)合任何實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，都認(rèn)為其落 在本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合其它實(shí)施例就可以實(shí)現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)或特性的范 圍內(nèi)。
盡管對(duì)實(shí)施例的描述中結(jié)合了其中多個(gè)示例性實(shí)施例，但可以理解的 是本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以推導(dǎo)出許多其它變型和實(shí)施例，這些變型和實(shí) 施例落入本公開(kāi)內(nèi)容的原理的構(gòu)思和范圍之內(nèi)。尤其是，可以在該公開(kāi)、 附圖和所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)對(duì)組件和/或附件組合設(shè)置中的排列進(jìn)行 多種變化和改進(jìn)。除組件和/或排列的變化和改進(jìn)之外，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人 員而言，其它可選擇的應(yīng)用也是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述制造方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底中形成第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層，并在所述第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層上形成第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)；通過(guò)選擇性去除所述第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)形成柵極絕緣層和柵電極；在包括所述柵電極的半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化物層；將第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子注入到包括所述第一氧化物層的半導(dǎo)體襯底中；在所述第一氧化物層上形成氮化物層；通過(guò)擴(kuò)散所述第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子形成第二導(dǎo)電類(lèi)型阱，且同時(shí)在所述氮化物層上形成第二氧化物層；從所述第一氧化物層去除所述氮化物層和所述第二氧化物層；通過(guò)部分地去除所述第一氧化物層形成薄氧化物層；在每個(gè)柵電極的側(cè)部形成第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)；在所述薄氧化物層上形成介電層；通過(guò)選擇性蝕刻所述介電層和所述薄氧化物層形成溝槽；在所述溝槽中形成源極接觸件；以及形成與所述第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層電連接的漏電極層。
2. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述氮化物層的厚度為50 ± IOA。
3. 如權(quán)利要求l所述的制造方法，其中使用去離子水和HF的混合物 去除所述第一氧化物層和/或第二氧化物層。
4. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中使用磷酸溶液去除所述氮化物層。
5. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中使用BHF溶液同時(shí)去除所述 第二氧化物層和所述氮化物層，其中該BHF溶液為緩沖HF。
6. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述氧化物層的厚度約為180 士30A。
7. 如權(quán)利要求l所述的制造方法，其中所述柵電極包括多晶硅。
8. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在每個(gè)柵電極的相對(duì)側(cè)上形成所述第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中去除所述第一氧化物層的步驟包括 通過(guò)濕蝕刻去除所述第一氧化物層的部分厚度。
10. 如權(quán)利要求9所述的制造方法，其中使用去離子水和HF的混合 物部分地去除所述第一氧化物層。
11. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述源極接觸件是通過(guò)使用 CVD工藝沉積第一金屬層、無(wú)圖形蝕刻所述第一金屬層并在無(wú)圖形蝕刻的 所述第一金屬層上沉積第二金屬層而形成的。
12. 如權(quán)利要求ll所述的制造方法，其中所述第一金屬層包括鎢，且 所述第二金屬層包括鋁。
13. —種半導(dǎo)體器件，包括-半導(dǎo)體襯底，包括漏電極層、位于所述漏電極層上的第一導(dǎo)電類(lèi)型掩 埋層、位于所述第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層上的第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)、以及位于 所述第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)上的第二導(dǎo)電類(lèi)型阱；柵極絕緣層和柵電極，位于所述第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)和所述第二導(dǎo)電 類(lèi)型阱的區(qū)域中的第一溝槽內(nèi)；多個(gè)源極區(qū)，位于所述柵電極的側(cè)部；氧化物層和介電層，位于包括所述源極區(qū)和所述柵電極的半導(dǎo)體襯底上；第二溝槽，位于所述介電層、所述氧化物層和所述第二導(dǎo)電類(lèi)型阱的 區(qū)域中；阻擋層，位于所述第二溝槽和所述介電層上；以及 源極接觸件，位于所述阻擋層中。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中所述源極接觸件包括第 一金屬層和第二金屬層。
15. 如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一金屬層包括鎢， 且所述第二金屬層包括鋁。
16. 如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中所述鎢與所述阻擋層接 觸，且所述鋁位于所述鎢上。
17. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中所述源極接觸件位于所 述第二溝槽中。
18. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極從所述第一 溝槽伸出。
19. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中所述氧化物層的厚度約為 180±30人。
20. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，還包括多個(gè)柵電極和位于每個(gè) 柵電極的相對(duì)側(cè)的源極區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，所述方法包括以下步驟在襯底中形成第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層；在第一導(dǎo)電類(lèi)型掩埋層上形成第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)；通過(guò)選擇性去除第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)形成柵極絕緣層和柵電極；在襯底和柵電極上形成第一氧化物層；將第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子注入到襯底中；在第一氧化物層上形成氮化物層；通過(guò)擴(kuò)散第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子形成第二導(dǎo)電類(lèi)型阱，且形成第二氧化物層；去除氮化物層、第二氧化物層和部分第一氧化物層；在柵電極的側(cè)部形成第一導(dǎo)電類(lèi)型源極區(qū)；在氧化物層上形成介電層；在介電層和氧化物層中形成溝槽；在溝槽中形成源極接觸件；以及形成漏極。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101471266SQ200810189539
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者李相燮 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司