專利名稱：具有厚底部屏蔽氧化物的溝槽雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種溝槽DMOS的制備方法，更確切地說，是一種帶有可變厚度的 柵極氧化物的溝槽DMOS的制備方法。
背景技術(shù)：
DMOS (雙擴(kuò)散M0S)晶體管是一種MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)，利用兩 個(gè)順序擴(kuò)散階梯，校準(zhǔn)到一個(gè)公共邊上，構(gòu)成晶體管的通道區(qū)。DMOS晶體管通常是高電壓、 高電流器件，既可以作為分立式晶體管，也可以作為功率集成電路的元件。DMOS晶體管僅用 很低的正向電壓降，就可以在單位面積上產(chǎn)生高電流。典型的DMOS晶體管是一種叫做溝槽DMOS晶體管的器件，其中通道位于溝槽的側(cè) 壁上，柵極形成在溝槽中，溝槽從源極延伸到漏極。布滿了薄氧化層的溝槽用多晶硅填充， 比平面垂直DMOS晶體管結(jié)構(gòu)對(duì)電流的限制還低，因此它的導(dǎo)通電阻較小。必須簡單地制備一種溝槽DMOS晶體管，使可變厚度柵極溝槽氧化物的巧妙地置 于溝槽內(nèi)部的各個(gè)部分，以便使器件的性能達(dá)到最優(yōu)化。例如，最好將一個(gè)較薄的柵極氧化 物，置于溝槽的上部，以便最大化通道電流。相比之下，將一個(gè)較厚的柵極氧化物置于溝槽 底部，可以承載較高的柵極-至-漏極擊穿電壓。美國專利號(hào)為US4941026的專利提出了一種垂直溝道半導(dǎo)體器件，包括一個(gè)具有 可變厚度氧化物的絕緣柵極電極，但文中沒有說明如何制備該器件。美國專利號(hào)為US4914058的專利提出了一種制備DMOS的工藝，包括將氮化物布滿 凹槽，刻蝕內(nèi)部凹槽，使側(cè)壁穿過第一凹槽的底部延伸，通過氧化生長，將電介質(zhì)材料布滿 內(nèi)部凹槽，以增加內(nèi)部凹槽側(cè)壁上的柵極溝槽電介質(zhì)的厚度。美國專利號(hào)為2008/0310065的專利提出了一種瞬態(tài)電壓抑制(TVS)電路，具有單 向阻滯以及對(duì)稱的雙向阻滯性能，與電磁干擾(EMI)過濾器相結(jié)合，位于第一導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體襯底上。TVS電路與EMI過濾器相結(jié)合還包括一個(gè)沉積在表面上的接地端，用于對(duì) 稱的雙向阻滯結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體襯底的底部，用于單向阻滯結(jié)構(gòu)，輸入端和輸出端沉積在頂面 上，至少一個(gè)穩(wěn)壓二極管和多個(gè)電容器沉積在半導(dǎo)體襯底中，通過直接電容耦合，無需中間 的浮體區(qū)，以便將接地端耦合到輸入和輸出端上。電容器沉積在溝槽中，內(nèi)襯有氧化物和氮 化物。正如原有技術(shù)所示，如果在溝槽中均勻地形成一種厚氧化物的話，使溝槽的縱橫 比(深度A比上寬度B)較高，這在溝槽中進(jìn)行多晶硅柵極背部填充時(shí)，會(huì)遇到困難。例如， 圖1A-1D表示制備原有技術(shù)的單一柵極的原有技術(shù)的剖面圖。正如圖IA所示，溝槽106形 成在半導(dǎo)體層102中。厚氧化物104形成在溝槽106的底部和側(cè)壁上，增大了溝槽的縱橫 比A/B。多晶硅108原位沉積在溝槽106中。由于多晶硅沉積的高縱橫比，如圖IB所示，會(huì) 形成一個(gè)鎖眼110。如圖IC所示，先對(duì)多晶硅108進(jìn)行回刻，然后如圖ID所示，對(duì)整個(gè)多晶 硅108進(jìn)行各向同性的高溫氧化(HTO)氧化物刻蝕，僅保留一部分鎖眼110。
圖2為一種現(xiàn)有的具有屏蔽多晶硅柵極的屏蔽柵極溝槽(SGT)器件200的剖面 圖，第一多晶硅結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)部-多晶硅氧化物(IPO) 202，構(gòu)成柵極204，第二多晶硅結(jié)構(gòu) 206作為導(dǎo)電屏蔽。依據(jù)一種原有技術(shù)工藝，這種結(jié)構(gòu)是在兩個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)204和206之間 形成IP0202時(shí)，通過含有兩個(gè)(ΙΡ0氧化層202和多晶硅層206的)回刻工序的過程形成 的。尤其是，構(gòu)成屏蔽206的多晶硅沉積在溝槽中，并回刻，HDP氧化物形成在屏蔽206上， 并回刻，以便為構(gòu)成柵極結(jié)構(gòu)204的多晶硅的沉積留出空間。這種方法的不足在于，整個(gè)晶 圓上，IPO的厚度可操控性很差。IPO的厚度與兩個(gè)獨(dú)立、不相關(guān)的回刻工藝有關(guān)，即多晶硅 的刻蝕或氧化物的刻蝕或總的刻蝕過程，都會(huì)影響IPO厚度的不均勻性以及局部減薄。而且，在上述方法中，柵極溝槽電介質(zhì)在側(cè)壁的較厚部分上的厚度，以及在溝槽底 部的厚度，是相互關(guān)聯(lián)的。一個(gè)厚度的改變必然引起另一個(gè)厚度的改變。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供的一種用于制備半導(dǎo)體器件的方法，包 括步驟a 在半導(dǎo)體層中制備寬度為A的第一溝槽；步驟b 用絕緣材料填充第一溝槽；步驟c 除去所選的部分絕緣材料，留下在第一溝槽底部的一部分絕緣材料；步驟d 在第一溝槽的剩余部分的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁上，制備一個(gè)或多個(gè)預(yù)設(shè)寬度 為Tl的隔片；步驟e 使用一個(gè)或多個(gè)隔片作為掩膜，各向異性地刻蝕第一溝槽底部的絕緣材 料，在絕緣物中形成第二溝槽，使絕緣物在第二溝槽底部的預(yù)設(shè)厚度為T2，寬度A'由隔片 的厚度Tl決定，其中A'小于A ；以及步驟f:移去隔片，留在半導(dǎo)體中的第一溝槽的剩余部分具有寬度A"大于A'；以 及步驟g 用導(dǎo)電材料至少填充絕緣物中的第二溝槽。上述的方法，步驟d還包括在第一溝槽的剩余部分的側(cè)壁上、沉積在溝槽中的絕 緣物上方以及半導(dǎo)體層上方形成預(yù)設(shè)厚度為Tl的氮化層；以及各向異性刻蝕氮化層，以構(gòu) 成一個(gè)或多個(gè)隔片。上述的方法，步驟d還包括在所述制備一個(gè)氮化層之前，至少在第一溝槽的剩余 部分的側(cè)壁上，制備第一氧化層。上述的方法，還包括在步驟g之前在第一溝槽的剩余部分的側(cè)壁上，制備一個(gè)介 質(zhì)層，作為柵極電介質(zhì)；其中步驟g還包括用導(dǎo)電材料，至少填充一部分第一溝槽。上述的方法，還包括在步驟g之后回刻導(dǎo)電材料。上述的方法，還包括用絕緣材料填充一個(gè)在導(dǎo)電材料中的開口 ；以及回刻蝕絕 緣材料和導(dǎo)電材料。上述的方法，還包括在步驟b之前在溝槽的側(cè)壁和底部，制備第一氧化層；以及
在第一氧化層上方制備一個(gè)氮化層。上述的方法，步驟d還包括在所述的氮化層上方，制備一個(gè)預(yù)設(shè)厚度為Tl的多晶 硅層；以及各向異性地刻蝕多晶硅層，以構(gòu)成隔片。
上述的方法還包括在步驟g之后將導(dǎo)電材料回刻到溝槽中的絕緣材料頂面之 下，構(gòu)成一個(gè)屏蔽電極；在溝槽中的導(dǎo)電材料上方形成一個(gè)絕緣層；除去裸露在溝槽側(cè)壁 上以及半導(dǎo)體層上方的第一氧化層及氮化層；在溝槽側(cè)壁上以及半導(dǎo)體層上方，形成一個(gè) 柵極介質(zhì)層；以及用另一種導(dǎo)電材料，填充溝槽剩余部分，并回刻該導(dǎo)電材料，以構(gòu)成柵極 電極。在另外一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明還提供另外一種用于制備半導(dǎo)體器件的方法，包 括步驟a 在半導(dǎo)體層中制備一個(gè)溝槽；步驟b 在溝槽的側(cè)壁和底部，形成一個(gè)氧化物_氮化物_氧化物結(jié)構(gòu)，其中氧化 物_氮化物_氧化物結(jié)構(gòu)含有一個(gè)位于第一和第二氧化層之間的氮化層；以及步驟c 在沒有被氧化物_氮化物_氧化物結(jié)構(gòu)占用的一部分溝槽中，形成一個(gè)或 多個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。 上述的方法，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)含有一個(gè)具有夾在第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)電結(jié) 構(gòu)之間的絕緣材料的屏蔽柵極結(jié)構(gòu)。上述的方法，步驟b包括在溝槽側(cè)壁和底部以及半導(dǎo)體層的頂部，形成一個(gè)第一 氧化層；在第一氧化層上方形成一個(gè)氮化層；以及在氮化層上方形成一個(gè)第二氧化層。上述的方法，制備第二氧化層包括用第二氧化物填充溝槽；回刻第二氧化層，保 留溝槽底部的一部分第二氧化層；在第二氧化層上以及剩余部分溝槽的側(cè)壁上，形成一個(gè) 帶有預(yù)設(shè)厚度Tl的隔片層；各向異性刻蝕隔片層，在側(cè)壁上構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)隔片；在溝槽 底部，將第二氧化層各向異性刻蝕到預(yù)設(shè)厚度T2 ；并且除去一個(gè)或多個(gè)隔片。上述的方法，步驟c包括用第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)填充溝槽；將第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)回刻到第二 氧化層的頂面以下；在第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上方，形成一個(gè)再次氧化層；除去裸露在溝槽側(cè)壁上 以及半導(dǎo)體層上方的第一氧化層、氮化層以及第三氧化層；在溝槽的側(cè)壁上以及半導(dǎo)體層 上方，形成一個(gè)柵極氧化物；并且用第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)填充剩余溝槽，并回刻第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。上述的方法，步驟c包括用第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)填充溝槽底部部分；在溝槽中的第一 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上方，形成一個(gè)再次氧化層；除去裸露在溝槽中的第二氧化層和氮化層；在溝槽 側(cè)壁上，形成一個(gè)柵極氧化物；并且用第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)填充溝槽的剩余部分，回刻第二導(dǎo)電結(jié) 構(gòu)。上述的方法，還包括步驟d 在溝槽底部的氧化物_氮化物_氧化物上，形成一個(gè) 第一多晶硅區(qū)，其中第一多晶硅區(qū)的頂部，在溝槽頂部以下；步驟e 在第一多晶硅區(qū)上方，生長一個(gè)多晶硅間氧化物；步驟f 除去氧化物_氮化物_氧化物的頂部，其中在此步驟之后，仍然保留一部 分多晶硅間氧化物；步驟g 在溝槽的剩余側(cè)壁上，形成一個(gè)柵極電介質(zhì)；并且步驟h 用柵極電極填充溝槽的剩余部分，以構(gòu)成屏蔽柵極溝槽。上述的方法，還包括在步驟e之前植入離子到第一多晶硅區(qū)上方，以改善所述的 生長多晶硅間氧化物。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所提供的一種半導(dǎo)體器件，包括一個(gè)半導(dǎo)體層；一個(gè)形成在半導(dǎo)體層中的溝槽；一個(gè)形成在溝槽中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的頂部和底部，分別通過第一絕緣層和第二絕緣層，與半導(dǎo)體層絕緣，其中頂部比 底部更寬，其中溝槽側(cè)壁附近的第二絕緣層的厚度為Tl，溝槽底部附近的第二絕緣層的厚 度為T2，T2并不等于Tl。上述的半導(dǎo)體器件，Tl小于T2。上述的半導(dǎo)體器件，還包括一種填充導(dǎo)電結(jié)構(gòu)頂部所形成的縫隙的絕緣材料。上述的半導(dǎo)體器件，第二絕緣層含有第一和第二氧化層，該器件還包括一個(gè)夾 在第一和第二氧化層之間的氮化層，第二氧化層、氮化層以及第一氧化層構(gòu)成一個(gè)氧化 物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)。上述的半導(dǎo)體器件，氮化層的厚度在50埃至500埃之間。上述的半導(dǎo)體器件，通過再次氧化層，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第一和第二部分相互絕緣。上述的半導(dǎo)體器件，再次氧化層的厚度約為3000埃。上述的半導(dǎo)體器件，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第一和第二部分是由多晶硅組成的。上述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，半導(dǎo)體層包括一個(gè)覆蓋在重?fù)诫s層上的輕摻雜 層，其中半導(dǎo)體層中所形成的溝槽，穿過輕摻雜層，延伸到重?fù)诫s層中。


圖1A-1D表示制備原有技術(shù)的溝槽柵極的剖面示意圖。圖2為原有技術(shù)的包含在多晶硅1和多晶硅2之間的內(nèi)部-多晶硅氧化物(IPO) 的溝槽柵極的剖面示意圖。圖3A-30表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于單一的多晶硅柵極情況，制備帶有 可變厚度的柵極溝槽氧化物的溝槽DMOS過程的剖面圖。圖4A-4M表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于屏蔽多晶硅柵極情況，制備帶有可 變厚度的柵極溝槽氧化物的溝槽DMOS過程的剖面圖。圖5A-5F表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于屏蔽多晶硅柵極情況，制備帶有可 變厚度的柵極溝槽氧化物的溝槽DMOS的一種可選過程的剖面圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的實(shí)施例中，溝槽柵極的底部和側(cè)壁厚度在制備過程中是不會(huì)相互影響 的。較厚的底部可以降低DMOS晶體管的柵極和漏極之間的電容。圖3A-3N表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于圖ID所示的單一多晶硅柵極，制備 帶有可變厚度溝槽柵極氧化物的溝槽DMOS過程的剖面圖。如圖3A所示，在半導(dǎo)體層302中，形成一個(gè)寬度為A的溝槽306。溝槽306可以用 氧化物或氮化物等硬掩膜制備，然后將掩膜除去或者留在適當(dāng)?shù)奈恢?，或者僅使用一個(gè)光 致抗蝕劑(PR)掩膜，這僅作為示例，不作為局限。沉積氧化物304 (或其他絕緣物)填充溝 槽306。對(duì)氧化物304進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，然后通過回刻使溝槽306中的氧化物304 凹陷，如圖3B所示，將氧化物304的厚塊充分填充溝槽中較低的部分，并暴露出溝槽上部的 硅側(cè)壁。如圖3C所示，可以在溝槽306的裸露的側(cè)壁上，以及在半導(dǎo)體層302的裸露的表 面上生長薄氧化物308。薄氧化物308的厚度在50埃至100埃之間，這僅作為示例，不作為 局限。
如圖3D所示，然后在氧化物308和氧化物304的上方，沉積一層氧化刻蝕耐腐蝕 材料，例如氮化物310。例如，氮化物310可以含有氮化硅。由于在后續(xù)的氧化刻蝕過程中， 多晶硅也有很高的抗腐蝕性，因此也可選用多晶硅作為氧化刻蝕耐腐蝕材料310。氮化物 310的厚度決定了底部氧化物側(cè)壁的厚度T1，T1 一般在500 A至5000 A之間。然后對(duì)氮化 物310進(jìn)行各向異性地回刻，如圖3Ε所示，在溝槽306的側(cè)壁上，留下一個(gè)或多個(gè)氧化刻蝕 耐腐蝕隔片311。如圖3F所示，然后在溝槽306的底部，對(duì)厚氧化物塊304各向異性地回刻 到預(yù)設(shè)的厚度Τ2。厚度Τ2大概在500 A至5000 A左右。構(gòu)成隔片311的材料(例如氮化 物)最好對(duì)氧化物304的刻蝕過程具有抵抗力。因此，隔片311可以作為刻蝕掩膜，用于定 義溝槽刻蝕到氧化物304中的寬度A'。在該方法中，厚度Tl和Τ2是沒有關(guān)系的，也就是 說，厚度Tl并不取決于厚度Τ2。一般而言，要求Τ2大于Tl。如果厚度Tl和Τ2之間不會(huì) 相互影響，那么這將更容易實(shí)現(xiàn)。如圖3G所示，刻蝕后，可以除去隔片311和薄氧化物308， 留下帶有由剩余部分的氧化物304內(nèi)襯的頂部寬度A和較窄的底部寬度A'的溝槽。然后在半導(dǎo)體層302的上方，以及溝槽的側(cè)壁沒有被剩余氧化物304覆蓋的部分 上，生長柵極氧化物(或電介質(zhì))314，如圖3Η所示，使得頂部寬度Α"大于底部寬度A'。 由于溝槽頂部寬度Α"較大，因此有效地降低了溝槽“縱橫比”，更加有利于填充。然后，可 以沉積導(dǎo)電材料(例如摻雜的多晶硅)，填充溝槽。圖31表示在窄溝槽情況下，進(jìn)行多晶硅 縫隙填充316，例如，溝槽頂部的寬度約為1. 2微米，摻雜的多晶硅可以很容易地完全填充 溝槽。然后，如圖3J所示，對(duì)多晶硅316進(jìn)行回刻，以形成單一的柵極多晶硅。多晶硅316 同柵極電介質(zhì)314 —起，作為器件的柵極電極。一種可選方案是，圖3Κ表示在較寬的溝槽情況下進(jìn)行多晶硅縫隙填充318，例如， 溝槽頂部的直徑Α"約為3微米，多晶硅可以很容易地完全填充溝槽，留下縫隙319。如圖 3L所示，可以沉積一種填充物材料(例如HDP氧化物320)，填充縫隙319以及多晶硅318的 頂部。然后，如圖3Μ所示，對(duì)填充物材料320進(jìn)行回刻，再對(duì)多晶硅318和填充物材料320 進(jìn)行回刻，構(gòu)成單一的柵極多晶硅318，如圖3Ν所示。器件可以通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工藝制備，例 如，包括在所選的半導(dǎo)體層302部分中進(jìn)行離子注入，以構(gòu)成本體區(qū)330和源極區(qū)332，然后 在表面上方制備一個(gè)厚介質(zhì)層360，并穿過介質(zhì)層360安裝接觸孔，用于沉積源極材料370， 以便電接觸到源極和本體區(qū)。上述工藝在本發(fā)明的實(shí)施例范圍內(nèi)還存在多種變化。例如，圖4A-4L表示依據(jù)本 發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為如圖2所示的屏蔽多晶硅柵極，制備帶有可變厚度的柵極溝槽氧化 物的溝槽DMOS過程。在本實(shí)施例中，復(fù)合絕緣物以氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)的 形式，形成在溝槽的側(cè)壁和底部。如圖4Α所示，首先在半導(dǎo)體層402中形成一個(gè)溝槽401。在溝槽401的側(cè)壁上，形 成一個(gè)薄氧化層404。氧化層404的厚度在50埃至200埃之間。然后在氧化層404上方沉 積氮化物406。氮化層406的厚度在50埃至500埃之間。然后例如利用LPCVD和高密度等 離子，用氧化物408填充溝槽401。對(duì)氧化物408進(jìn)行回刻，如圖4Β所示，留下溝槽寬度Α， 厚氧化物塊充分填充較低的部分溝槽。如圖4C所示，薄氧化層410 (例如一種高溫氧化物(HTO))可以隨意沉積在氧化物 408的上方、溝槽401的側(cè)壁上以及氮化物406的上方。氧化層410的厚度大約在50埃至 500埃之間。然后，將導(dǎo)電材料(例如摻雜的多晶硅412)沉積在氧化層410 (如果沒有使用氧化層410，那么就沉積在氮化物406)上。多晶硅412的厚度取決于所需的底部氧化物側(cè) 壁的厚度Tl，Tl大約在500 A至5000 A之間。如圖4D所示，對(duì)多晶硅412進(jìn)行各向異性地 回刻，以構(gòu)成多晶硅隔片413。如圖4E所示，對(duì)氧化物408進(jìn)行各向異性地刻蝕，一直到底部達(dá)到所需厚度T2為 止。T2的厚度在500 A至5000 A之間。構(gòu)成隔片413的多晶硅最好對(duì)氧化物408的各向 異性刻蝕過程具有抵抗力。在溝槽側(cè)壁上的多晶硅隔片413的厚度決定了厚度Tl，從而決 定了各向異性刻蝕過程中刻蝕到氧化物408中的溝槽寬度A"。如圖4F所示，刻蝕后，可以 除去隔片413。有效地?cái)U(kuò)大了整個(gè)溝槽頂部的“縱橫比”，比厚氧化物均勻地形成在溝槽底 部和側(cè)壁時(shí)，更便于填充縫隙。還應(yīng)注意，僅通過改變各向異性刻蝕的持續(xù)時(shí)間，就可以確 定底部厚度T2，T2并不依賴于側(cè)壁厚度Tl。一般而言，要求T2 > Tl。如圖4G所示，可以沉積多晶硅414等導(dǎo)電材料，填充氧化物408中的溝槽。然后， 對(duì)多晶硅414進(jìn)行回刻，一直到厚氧化物408的頂面以下，例如大約1000埃至2000埃，以 構(gòu)成如圖4H所示的縫隙416。剩余的多晶硅414可以作為最終器件的屏蔽電極。如圖41 所示，可以形成多晶硅再氧化(reox)418等絕緣物，填充縫隙416。多晶硅再氧化418的厚 度約為2000埃至3000埃。由于氮化層406覆蓋了上部和頂面，因此該區(qū)域不會(huì)發(fā)生氧化。如圖4J所示，可以選擇刻蝕薄氧化物410，然后刻蝕掉氮化物406和氧化物404裸 露的部分。如圖4K所示，在溝槽側(cè)壁上以及半導(dǎo)體層402的上方，生長柵極氧化物420。最 后，如圖4L所示，沉積摻雜的多晶硅423等導(dǎo)電材料，填充溝槽401的頂部，然后進(jìn)行回刻， 形成一個(gè)有源柵極。溝槽401頂部側(cè)壁上的柵極氧化物420的厚度，決定了由多晶硅423 形成的有源柵極頂部的寬度A'。一般而言，柵極氧化物420比Tl和T2薄得多，Tl和T2 在幾十至幾百埃的范圍內(nèi)。此外，多晶硅423的頂部可以凹陷到氧化層420以下。器件可以通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工藝制備植入本體區(qū)430和源極區(qū)432，然后在表面上方 制備一個(gè)厚介質(zhì)層460，并穿過介質(zhì)層460安裝接觸孔，用于沉積源極材料470，以便電接觸 到源極和本體區(qū)。如圖4M所示，該過程制備的器件400位于襯底402上，襯底402是由覆 蓋在重?fù)诫s襯底層402-S上的輕摻雜外延層402-E組成的。在如圖4M所示的實(shí)施例中，柵 極溝槽401從外延層402-E的頂面開始，穿過整個(gè)402-E層，一直延伸到襯底層402-S中。 也可選擇，使溝槽401的底部停在外延層402-E中，而不觸及襯底層402-S(圖中沒有表示 出)。溝槽401具有一個(gè)沉積在溝槽上部的多晶硅柵極電極423，以及一個(gè)沉積在溝槽較低 部分的多晶硅屏蔽電極422，兩個(gè)電極之間有一個(gè)內(nèi)部多晶硅介質(zhì)層418，使其相互絕緣。 為了使這種屏蔽效果最優(yōu)化，底部屏蔽電極可以布局安排，電連接到源極金屬層470上，在 實(shí)際應(yīng)用中，源極金屬層470通常使用地電位。薄柵極氧化層420使柵極電極，與溝槽上部 的源極和本體區(qū)之間絕緣。為了使器件的柵極至漏極電容最小化，從而提高器件開關(guān)速度 和效率，可以謹(jǐn)慎地控制本體區(qū)430，充分?jǐn)U散到柵極電極423的底部，以便有效地降低柵 極423和沉積在本體區(qū)下面的漏極區(qū)之間的耦合。厚介質(zhì)層424沿溝槽較低的側(cè)壁和底部， 包圍著底部屏蔽(或源極)電極422，以便與漏極區(qū)絕緣。介質(zhì)層424最好是比薄柵極氧化 層420厚得多，介質(zhì)層在溝槽底部的厚度為T2，在溝槽側(cè)壁的厚度為Tl，其中Tl < T2。如 圖4M所示，介質(zhì)層424還包括夾在氧化層404和408之間的氮化層406。圖5A-5F表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于圖2所示的屏蔽多晶硅柵極，制備帶有可變厚度柵極氧化物的溝槽DMOS的另一種可選過程。如圖5A所示，在半導(dǎo)體層502中形成一個(gè)寬度為A的溝槽501。在溝槽501的表 面上以及半導(dǎo)體層502的頂面上，生長或沉積一個(gè)像氧化層504那樣的薄絕緣層。氧化層 504的厚度約為450埃。然后在氧化層504上方，沉積一層像氮化物506那樣的材料，例如 厚度約在50埃至500埃之間，隨后在氮化物506上方，沉積另一種氧化物，例如HTO (高溫 氧化物)氧化物508。氮化物的厚度約為100埃，HTO氧化物508的厚度約為800埃。在本 例中，氧化層504、氮化層506以及HTO氧化物508的總厚度，決定了狹窄的溝槽501的寬度 A'。在狹窄的溝槽501中沉積原位摻雜的多晶硅510，并回刻至預(yù)設(shè)的厚度，例如在500 A 至2μπι之間，以形成屏蔽電極。可以選擇將砷植入到留在溝槽中的至少一個(gè)多晶硅510的 頂部，以便在后續(xù)的氧化過程中，提升多晶硅再次氧化的速率。更確切地說，如圖5Β所示，通過生長氧化物，在多晶硅510上方，形成一個(gè)像是多 晶硅再次氧化層512那樣的絕緣物。多晶硅再次氧化層512的厚度約為3000埃。氮化層 506使得氧化層512僅生長在多晶硅510上方。如圖5C所示，通過在氮化層506上停止的 刻蝕過程，除去HTO氧化物508。這會(huì)保護(hù)下面的氧化物504不被除去較厚的HTO氧化物 508的刻蝕過程所除去。然后如圖5D所示，除去氮化物506，保留溝槽上部大于A'的寬度 Α"。在本例中，上部寬度Α"取決于溝槽側(cè)壁上的薄氧化物504的厚度。利用熱氧化物，可 以提高整個(gè)晶圓上，內(nèi)部多晶硅氧化物512的厚度的均勻性。這是由于，熱氧化物過程使溝 槽中的多晶硅頂部氧化，而不是對(duì)溝槽中的多晶硅上的氧化物進(jìn)行沉積并回刻。由于氮化物至氧化物濕刻蝕的選擇性很高，因此在氮化物除去的過程中，氧化物 可以被保留下來。如圖5Ε所示，在薄氧化物504上形成(例如通過生長或沉積)柵極氧化物514。 柵極氧化物514的厚度約為450埃。也可選擇，在生長柵極氧化物514之前，先除去薄氧化 物504。最后，在柵極氧化物514上面的剩余部分溝槽中，沉積一種像摻雜的多晶硅516那 樣的第二種導(dǎo)電材料?；乜潭嗑Ч?16，形成屏蔽柵極結(jié)構(gòu)，其中多晶硅516作為柵極電極， 多晶硅510作為屏蔽電極。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，在上述實(shí)施例中，僅需要一個(gè)單一掩膜——利用初始 掩膜定義柵極溝槽——在柵極溝槽、柵極溝槽氧化物、柵極多晶硅和屏蔽多晶硅的制備過 程中。盡管以上內(nèi)容完整說明了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但仍可能存在各種等價(jià)的變化和 修正。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由上述說明限定，而應(yīng)由所附的權(quán)利要求書及其等價(jià)范圍限 定。任何特點(diǎn)，無論是否較佳，都應(yīng)與其他任何特點(diǎn)相結(jié)合，無論是否較佳。在以下的權(quán)利 要求書中，除非特別說明，否則不定冠詞“一個(gè)”或“一種”指的是下文中的一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目。 除非在指定的權(quán)利要求中用“意思是”明確引用該限制條件，否則所附的權(quán)利要求書不應(yīng)看 做是含有定義加功能的局限。
權(quán)利要求
1.一種用于制備半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，包括 步驟a 在半導(dǎo)體層中制備寬度為A的第一溝槽；步驟b 用絕緣材料填充第一溝槽；步驟c 除去所選的部分絕緣材料，留下在第一溝槽底部的一部分絕緣材料； 步驟d 在第一溝槽的剩余部分的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁上，制備一個(gè)或多個(gè)預(yù)設(shè)寬度為Tl 的隔片；步驟e 使用一個(gè)或多個(gè)隔片作為掩膜，各向異性地刻蝕第一溝槽底部的絕緣材料，在 絕緣物中形成第二溝槽，使絕緣物在第二溝槽底部的預(yù)設(shè)厚度為T2，寬度A'由隔片的厚 度Tl決定，其中A'小于A ；以及步驟f:移去隔片，留在半導(dǎo)體中的第一溝槽的剩余部分具有寬度A"大于A'；以及 步驟g 用導(dǎo)電材料至少填充絕緣物中的第二溝槽。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟d還包括在第一溝槽的剩余部分的側(cè)壁上、沉積在溝槽中的絕緣物上方以及半導(dǎo)體層上方形成 預(yù)設(shè)厚度為Tl的氮化層；以及各向異性刻蝕氮化層，以構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)隔片。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟d還包括在所述制備一個(gè)氮化層之前， 至少在第一溝槽的剩余部分的側(cè)壁上，制備第一氧化層。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括在步驟g之前 在第一溝槽的剩余部分的側(cè)壁上，制備一個(gè)介質(zhì)層，作為柵極電介質(zhì)； 其中步驟g還包括用導(dǎo)電材料，至少填充一部分第一溝槽。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括在步驟g之后 回刻導(dǎo)電材料。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括用絕緣材料填充一個(gè)在導(dǎo)電材料中的開口 ；以及回刻蝕絕緣材料和導(dǎo)電材料。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在步驟b之前 在溝槽的側(cè)壁和底部，制備第一氧化層；以及在第一氧化層上方制備一個(gè)氮化層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟d還包括在所述的氮化層上方，制備一個(gè)預(yù)設(shè)厚度為Tl的多晶硅層；以及 各向異性地刻蝕多晶硅層，以構(gòu)成隔片。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括在步驟g之后 將導(dǎo)電材料回刻到溝槽中的絕緣材料頂面之下，構(gòu)成一個(gè)屏蔽電極； 在溝槽中的導(dǎo)電材料上方形成一個(gè)絕緣層；除去裸露在溝槽側(cè)壁上以及半導(dǎo)體層上方的第一氧化層及氮化層；在溝槽側(cè)壁上以及半導(dǎo)體層上方，形成一個(gè)柵極介質(zhì)層；以及用另一種導(dǎo)電材料，填充溝槽剩余部分，并回刻該導(dǎo)電材料，以構(gòu)成柵極電極。
10.一種用于制備半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，包括 步驟a 在半導(dǎo)體層中制備一個(gè)溝槽；步驟b 在溝槽的側(cè)壁和底部，形成一個(gè)氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)，其中氧化物-氮化物_氧化物結(jié)構(gòu)含有一個(gè)位于第一和第二氧化層之間的氮化層；以及步驟c 在沒有被氧化物_氮化物_氧化物結(jié)構(gòu)占用的一部分溝槽中，形成一個(gè)或多個(gè) 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)含有一個(gè)具有夾在 第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間的絕緣材料的屏蔽柵極結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，步驟b包括 在溝槽側(cè)壁和底部以及半導(dǎo)體層的頂部，形成一個(gè)第一氧化層； 在第一氧化層上方形成一個(gè)氮化層；以及在氮化層上方形成一個(gè)第二氧化層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，制備第二氧化層包括 用第二氧化物填充溝槽；回刻第二氧化層，保留溝槽底部的一部分第二氧化層；在第二氧化層上以及剩余部分溝槽的側(cè)壁上，形成一個(gè)帶有預(yù)設(shè)厚度Tl的隔片層； 各向異性刻蝕隔片層，在側(cè)壁上構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)隔片； 在溝槽底部，將第二氧化層各向異性刻蝕到預(yù)設(shè)厚度T2 ；并且 除去一個(gè)或多個(gè)隔片。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，步驟c包括 用第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)填充溝槽；將第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)回刻到第二氧化層的頂面以下； 在第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上方，形成一個(gè)再次氧化層；除去裸露在溝槽側(cè)壁上以及半導(dǎo)體層上方的第一氧化層、氮化層以及第三氧化層； 在溝槽的側(cè)壁上以及半導(dǎo)體層上方，形成一個(gè)柵極氧化物；并且 用第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)填充剩余溝槽，并回刻第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，步驟c包括 用第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)填充溝槽底部部分；在溝槽中的第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上方，形成一個(gè)再次氧化層； 除去裸露在溝槽中的第二氧化層和氮化層； 在溝槽側(cè)壁上，形成一個(gè)柵極氧化物；并且 用第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)填充溝槽的剩余部分，回刻第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括步驟d 在溝槽底部的氧化物_氮化物_氧化物上，形成一個(gè)第一多晶硅區(qū)，其中第一 多晶硅區(qū)的頂部，在溝槽頂部以下；步驟e 在第一多晶硅區(qū)上方，生長一個(gè)多晶硅間氧化物；步驟f 除去氧化物_氮化物_氧化物的頂部，其中在此步驟之后，仍然保留一部分多 晶硅間氧化物；步驟g 在溝槽的剩余側(cè)壁上，形成一個(gè)柵極電介質(zhì)；并且 步驟h 用柵極電極填充溝槽的剩余部分，以構(gòu)成屏蔽柵極溝槽。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括在步驟e之前 植入離子到第一多晶硅區(qū)上方，以改善所述的生長多晶硅間氧化物。
18.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括 一個(gè)半導(dǎo)體層；一個(gè)形成在半導(dǎo)體層中的溝槽；一個(gè)形成在溝槽中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的頂部和底部，分別通過第一絕緣層和第二 絕緣層，與半導(dǎo)體層絕緣，其中頂部比底部更寬，其中溝槽側(cè)壁附近的第二絕緣層的厚度為 Tl，溝槽底部附近的第二絕緣層的厚度為T2，T2并不等于Tl。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，Tl小于T2。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括一種填充導(dǎo)電結(jié)構(gòu)頂部所 形成的縫隙的絕緣材料。
21.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，第二絕緣層含有第一和第二氧化 層，該器件還包括一個(gè)夾在第一和第二氧化層之間的氮化層，第二氧化層、氮化層以及第一 氧化層構(gòu)成一個(gè)氧化物_氮化物_氧化物結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，氮化層的厚度在50埃至500埃之間。
23.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，通過再次氧化層，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第一 和第二部分相互絕緣。
24.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，再次氧化層的厚度約為3000埃。
25.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第一和第二部分是由 多晶硅組成的。
26.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，半導(dǎo)體層包括一個(gè)覆蓋在重?fù)诫s 層上的輕摻雜層，其中半導(dǎo)體層中所形成的溝槽，穿過輕摻雜層，延伸到重?fù)诫s層中。
全文摘要
本發(fā)明涉及提出了一種半導(dǎo)體器件的制備方法。器件的制備方法包括在半導(dǎo)體層中制備；用絕緣材料填充溝槽；除去所選的部分絕緣材料，留下在溝槽底部的一部分絕緣材料；在剩余部分溝槽的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁上，制備一個(gè)或多個(gè)隔片；使用一個(gè)或多個(gè)隔片作為掩膜，各向異性地刻蝕溝槽底部的絕緣材料，以便在絕緣物中形成溝槽；除去隔片；并用導(dǎo)電材料填充絕緣物中的溝槽。還可選擇，在溝槽的側(cè)壁和底部，形成一個(gè)氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結(jié)構(gòu)，并在沒有被ONO結(jié)構(gòu)占用的部分溝槽中，形成一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102005377SQ20101026917
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者常虹, 戴嵩山, 李亦衡, 陳軍 申請(qǐng)人:萬國半導(dǎo)體股份有限公司