專利名稱：一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率分立器件技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種溝槽半導(dǎo)體功率分立器件的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，功率MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)已廣泛應(yīng)用于各類電子、通訊產(chǎn)品，電腦，消費電器，汽車等，同時，其在工業(yè)上也有多種應(yīng)用。功率MOSFET所代表的功率半導(dǎo)體器件，由于導(dǎo)通電阻低且可高速開關(guān)，所以其可有效地控制高頻大電流。同時，功率MOSFET作為小型功率轉(zhuǎn)換元件正被廣泛地利用在例如功率放大器、功率轉(zhuǎn)換器、低噪音放大器以及一些個人計算機的電源部分開關(guān)、電源電路，其特點是低功耗、速度快。溝槽型功率M0SFET，因其具有結(jié)構(gòu)上的高效以及導(dǎo)通電阻特性低的優(yōu)點，其作為電源控制用電子器件被廣泛應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展要求電源電路具有更高的效率和更小的功耗，同時要求價格便宜，迫使生產(chǎn)廠家把制作成本降低。在現(xiàn)有的溝槽型功率MOSFET的設(shè)計和制造領(lǐng)域中，MOSFET的基區(qū)和源區(qū)是各自都需要基區(qū)掩模和源區(qū)掩模步驟引入的，為了降低制造成本，有些之前提出的，如公開了的美國專利文獻(xiàn) US20110233667，US20090085074，US20110233666，US077996427 等，試圖省略基區(qū)或源區(qū)掩模步驟的制造方法，其步驟較為復(fù)雜，不易生成，而且制造出的半導(dǎo)體器件的終端(termination)結(jié)構(gòu)不好，以至器件的擊穿電壓和可靠性也相對較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其較之前的溝槽型功率分立器件制造方法步驟少，省略了基區(qū)和源區(qū)掩模步驟或只省略了基區(qū)掩模步驟，降低了溝槽型功率分立器件的制造成本，而且不影響溝槽型功率分立器件的電氣性能，質(zhì)量和可靠性，進(jìn)而提高了半導(dǎo)體器件的性能價格比。本發(fā)明可用于制備12V至1200V的溝槽半導(dǎo)體功率分立器件。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，包括以下步驟:(1)利用溝槽掩模對襯底10上的外延層200注入P型摻雜劑形成P型I區(qū)201，并在外延層上進(jìn)行侵蝕而形成多個柵極溝槽；(2)在外延層表面沉積層間介質(zhì)401，再利用接觸孔掩模，對層間介質(zhì)進(jìn)行侵蝕，在層間介質(zhì)中形成開孔，然后注入P型和N型摻雜劑，分別形成P型2區(qū)202和N型源區(qū)204，之后對外延層表面進(jìn)行侵蝕形成接觸孔溝槽，并對接觸孔溝槽進(jìn)行金屬插塞502填充；(3)在器件的上表面 沉積金屬層404，利用金屬掩模進(jìn)行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。
進(jìn)一步，所述步驟(I)包括以下步驟:a、在外延層的上面形成氧化層，在氧化層上積淀光刻涂層1000，再通過溝槽掩模暴露出部分氧化層，對暴露出的部分氧化層進(jìn)行干蝕，直至暴露出外延層，形成在氧化層上的多個溝槽掩模開孔，然后清除掉光刻涂層；b、在表面注入P型摻雜劑，有原氧化層覆蓋的部分沒有被注入，沒有原氧化層覆蓋的部分會被注入，并通過一次高溫擴(kuò)散作業(yè)將P型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到外延層中形成P型I 區(qū) 201 ;C、通過刻蝕形成溝槽300，該溝槽穿過P型I區(qū)延伸至外延層，對溝槽進(jìn)行犧牲性氧化，然后清除掉所有氧化層；d、在溝槽暴露著的側(cè)壁和底部，以及外延層的上表面形成柵極氧化層301，再在溝槽中沉積N型高摻雜劑的多晶硅302，以填充溝槽并覆蓋頂面；e、對在外延層表面上的多晶硅層進(jìn)行平面腐蝕處理或化學(xué)機械拋光。進(jìn)一步，其特征在于，在步驟a中，所述的多個溝槽掩模開孔寬度不一樣，其中的寬度范圍是0.2um至2.0um。進(jìn)一步，其特征在于，在步驟a中，在清除掉光刻涂層后，在暴露出的外延層表面形成一層新氧化層。進(jìn)一步，其特征在于，在步驟d中，通過熱生長的方式，在溝槽暴露著的側(cè)壁和底部，以及外延層的上表面形成柵極氧化層。進(jìn)一步，所述步驟(I)在本發(fā)明的一種變型(embodiment)中包括以下步驟:在步驟b中，在表面注入P型摻雜劑后，便沉淀一層氧化層并把在氧化層中的至少一個溝槽掩模開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um,或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等,視制備方法而定，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層，接著進(jìn)入步驟C，不用通過一次高溫擴(kuò)散作業(yè)。進(jìn)一步，所述步驟(I)在本發(fā)明的一種變型(embodiment)中包括以下步驟:在步驟c中，在刻蝕溝槽前，先沉淀一層氧化層并把在氧化層中的至少一個溝槽掩模開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um,或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等,視制備方法而定，這步驟的好處是使有些溝槽掩模的開孔有被P型摻雜劑注入形成P型I區(qū)但沒有被開出溝槽，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層；之后刻蝕溝槽。進(jìn)一步，其特征在于，在步驟b中，所述的一次高溫擴(kuò)散作業(yè)溫度為950至1200°C，時間為10分鐘至1000分鐘。進(jìn)一步，所述步驟(2)包括以下步驟:a、在最頂層表面沉積層間介質(zhì)；b、在層間介質(zhì)表面積淀光刻涂層，利用接觸孔掩模暴露出部分層間介質(zhì)，然后對暴露出的部分層間介質(zhì)進(jìn)行干蝕，直至暴露出外延層，在層間介質(zhì)中形成多個接觸孔掩模開孔，然后清除掉光刻涂層；C、在表面注入P型摻雜劑，有層間介質(zhì)覆蓋的部分沒有被注入，沒有層間介質(zhì)覆蓋的部分，P型摻雜劑會注入到外延層表面上，并通過二次高溫擴(kuò)散作業(yè)將P型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到外延層中形成P型2區(qū)，P型I區(qū)與P型2區(qū)合成為P型基區(qū)203 ；d、在表面注入N型摻雜劑， 有層間介質(zhì)覆蓋的部分沒有被注入，沒有層間介質(zhì)覆蓋的部分，N型摻雜劑會注入到外延層表面上，并通過三次高溫擴(kuò)散作業(yè)將N型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到P型基區(qū)中形成N型源區(qū)204 ；e、通過層間介質(zhì)開孔，對外延層表面進(jìn)行侵蝕，形成接觸孔溝槽，接觸孔溝槽穿過N型源區(qū)進(jìn)入到P型基區(qū)中，之后對接觸孔溝槽注入P型高摻雜劑；f、在接觸孔溝槽側(cè)壁、底部以及層間介質(zhì)表面上依次沉積一層鈦層和一層氮化鈦層，再對接觸孔溝槽進(jìn)行鎢填充以形成接觸孔溝槽金屬插塞。進(jìn)一步，所述步驟(2)的特征在于，在步驟a中，在最頂層表面依次沉積無摻雜二氧化硅和硼磷玻璃形成層間介質(zhì)。進(jìn)一步，所述步驟(2)的特征在于，在步驟b中，所述的多個接觸孔掩模的開孔寬
度是全都一樣大小。進(jìn)一步，所述步驟(2)的特征在于，在步驟b中，所述的接觸孔掩模開孔寬度不是全都一樣大小，寬度范圍是0.2um至1.6um。進(jìn)一步，所述步驟(2)的特征在于，所述二次高溫擴(kuò)散作業(yè)溫度為950至1200°C，時間為10分鐘至1000分鐘，所述三次高溫擴(kuò)散作業(yè)溫度為950至1200°C，時間為10分鐘至100分鐘。進(jìn)一步，所述步驟(2)在本發(fā)明的一種變型(embodiment)中包括以下步驟:在步驟e中，在刻蝕接觸孔溝槽前，先沉淀一層氧化層，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除掉開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層；之后刻蝕接觸孔溝槽，其他步驟與所述步驟(2)相同，這步驟的好處是使從接觸孔溝槽注入的P型高摻雜劑相對不靠近溝槽側(cè)壁(器件的溝道)。進(jìn)一步，所述步驟(2)在本發(fā)明的一種變型(embodiment)中包括以下步驟:在步驟e中，接觸孔掩模開孔的寬度不是全都一樣大小，在刻蝕接觸孔溝槽前，先沉淀一層氧化層并把在層間介質(zhì)中的至少一個接觸孔掩模開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等,視制備方法而定,這步驟的好處是使那些被封上的接觸孔開孔沒有金屬插塞在其中，也沒有形成接觸孔溝槽；然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除掉沒有被封上的接觸孔開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層；之后刻蝕接觸孔溝槽，其他步驟與所述步驟(2)相同。進(jìn)一步，所述步驟(2)在本發(fā)明的一種變型(embodiment)中包括以下步驟:在步驟d中，接觸孔掩模開孔的寬度不是全都一樣大小，在表面注入N型摻雜劑前，先沉淀一層氧化層并把在層間介質(zhì)中的至少一個接觸孔掩模開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等,視制備方法而定,這步驟的好處是使那些被封上的接觸孔開孔沒有被N型摻雜劑注入和沒有金屬插塞在其中，也沒有形成接觸孔溝槽；然后對表面注入N型摻雜劑，這時N型摻雜劑只能注入那些未被封上的開孔，其他步驟與所述(2)相同。本發(fā)明的制備方法亦可用于只省略了基區(qū)掩模而源區(qū)需要源區(qū)掩模步驟引入，它的制備方法包括以下步驟:(1)利用溝槽掩模對襯底10上的外延層200注入P型摻雜劑形成P型基區(qū)，并在外延層上進(jìn)行侵蝕而形成多個柵極溝槽；(2)利用源區(qū)掩模步驟形成源區(qū)；
(3)在外延層表面沉積層間介質(zhì)，再利用接觸孔掩模形成接觸孔溝槽，并對接觸孔溝槽進(jìn)行金屬插塞填充；(4)在器件的上表面沉積金屬層，利用金屬掩模進(jìn)行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。進(jìn)一步，所述步驟(1)包括以下步驟:a、在外延層的上面形成氧化層，在氧化層上積淀光刻涂層，再通過溝槽掩模暴露出部分氧化層，對暴露出的部分氧化層進(jìn)行干蝕，直至暴露出外延層，形成在氧化層上多個溝槽掩模開孔，溝槽掩模開孔寬度不一樣，其中的寬度范圍是0.2um至2.0um，然后清除掉光刻涂層；b、對表面注入P型摻雜劑，有原氧化層覆蓋的部分沒有被注入，沒有原氧化層覆蓋的部分，P型摻雜劑會注入到外延層表面上，并通過一次高溫擴(kuò)散作業(yè)將P型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到外延層中形成P型基區(qū)；C、通過刻蝕在開孔處形成溝槽，該溝槽穿過P型基區(qū)延伸至外延層中，對溝槽進(jìn)行犧牲性氧化，然后清除掉所有氧化層；d、在溝槽暴露著的側(cè)壁和底部，以及外延層的上表面形成柵極氧化層，再在溝槽中沉積N型高摻雜劑的多晶硅，以填充溝槽并覆蓋頂面；e、對在外延層表面上的多晶硅層進(jìn)行平面腐蝕處理或化學(xué)機械拋光。進(jìn)一步，所述步驟(I)，在步驟b中，在表面注入P型摻雜劑后，便沉淀一層氧化層并把在氧化層中的至少一個溝槽掩模開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um，或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等，視制備方法而定，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層，接著進(jìn)入步驟C，不用通過一次高溫擴(kuò)散作業(yè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:采用本發(fā)明的制備方法，省略了基區(qū)掩模和源區(qū)掩模的制備工序或只省略了基區(qū)掩模的制備工序，，使器件的制造成本得到了較大的降低；同時不會影響器件原有的電氣特性，從而增加了器件的性能價格比，而且不影響溝槽型功率分立器件的質(zhì)量和可靠性。


附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，在附圖中:圖1是本發(fā)明實施例1的暴露氧化層400示意圖；圖2是本發(fā)明實施例1的暴露外延層示意圖；圖3是本發(fā)明實施例1的注入P型摻雜劑示意圖；圖4是本發(fā)明實施例1的P型I區(qū)201示意圖；圖5是本發(fā)明實施例1的溝槽300示意圖；圖6是本發(fā)明實施例1的清除掉所有犧牲性氧化層示意圖；圖7是本發(fā)明實施例1的柵極氧化層301示意圖；圖8是本發(fā)明實施例1的沉積高摻雜的多晶硅302示意圖；圖9是本發(fā)明實施例1的進(jìn)行平面處理示意圖；圖10是本發(fā)明實施例1的層間介質(zhì)401示意圖11是本發(fā)明實施例1的向接觸孔向注入P型摻雜劑示意圖；圖12是本發(fā)明實施例1的P型基區(qū)203示意圖；圖13是本發(fā)明實施例1的向接觸孔向注入N型摻雜劑示意圖；圖14是本發(fā)明實施例1的N型源區(qū)204示意圖；圖15是本發(fā)明實施例1的接觸孔溝槽示501意圖；圖16是本發(fā)明實施例1的金屬插塞502示意圖；圖17是本發(fā)明實施例1的銅鋁合金層404示意圖；圖18是本發(fā)明實施例2(本發(fā)明的一種變型)的器件的橫截面示意圖；圖19是本發(fā)明實施例3(本發(fā)明的一種變型)的器件的橫截面示意圖；圖20是本發(fā)明實施例4(本發(fā)明的一種變型)的器件的橫截面示意圖；圖21是本發(fā)明實施例5(本發(fā)明的一種變型)的器件的橫截面示意圖；圖22是本發(fā)明實施例6 (實施例的一種變型)的器件的橫截面示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，包括以下步驟:首先利用溝槽掩模對襯底上的外延層注入P型摻雜劑形成P型I區(qū)，并在外延層上進(jìn)行侵蝕而形成多個柵極溝槽；然后，在外延層表面沉積層間介質(zhì)，再利用接觸孔掩模，對層間介質(zhì)進(jìn)行侵蝕，在層間介質(zhì)中形成開孔，然后注入P型和N型摻雜劑，分別形成P型2區(qū)和N型源區(qū)，之后對外延層表面進(jìn)行侵蝕形成接觸孔溝槽，并對接觸孔溝槽進(jìn)行金屬插塞填充；最后，在器件的表面沉積金屬層，利用金屬掩模進(jìn)行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。實施例1:如圖1所示，外延層200置于襯底10的上方，首先在外延層的上面采用積淀或熱生長方式形成氧化層400 (厚度為0.3um至1.5um氧化物硬光罩)，在氧化層上再積淀一層光刻涂層1000，然后通過溝槽掩模形成圖案暴露出氧化層的一些部分。如圖2所示，對溝槽掩模形成圖案暴露出的氧化層進(jìn)行干蝕后，暴露出外延層，然后清除掉光刻涂層。如圖3所示，對硅片表面注入P型摻雜劑(劑量為2el2/cm3至2el4/cm3)，有原氧化層400覆蓋的部分沒有被注入，沒有原氧化層覆蓋的部分，P型摻雜劑會注入到外延層表面上形成P型區(qū)，P型摻雜劑可采用Bll (硼boron)。如圖4所示，注入的P型摻雜劑通過一次高溫擴(kuò)散作業(yè)(時間為10分鐘至1000分鐘，溫度為950°C至1200°C )被推進(jìn)擴(kuò)散到外延層中形成P型I區(qū)201。這步驟所形成的P型I區(qū)深度(深度為0.3um至4.0um)并非最終深度，因為這步驟之后還有其它高溫作業(yè)，所以，這步驟所形成的P型I區(qū)深度要適當(dāng)調(diào)整。如圖5所示，通過蝕刻形成溝槽300，該溝槽(深度為1.011111至7.011111，寬度為0.211111至2.0um)穿過P型I區(qū)延伸至N型外延層。如圖6所示，在形成溝槽后，對溝槽進(jìn)行犧牲性氧化(時間為10分鐘至100分鐘，溫度為1000°C至1200°C )， 以消除在開槽過程中被等離子破壞的硅層(犧牲性氧化作業(yè)會將P型摻雜物進(jìn)一步推進(jìn)擴(kuò)散到外延層)，然后清除掉所有氧化層。如圖7所示，并通過熱生長的方式，在溝槽暴露著的側(cè)壁和底部，和外延層的上表面形成一層薄的柵極氧化層301 (厚度為 0.02um 至 0.12um)。如圖8所示，在溝槽中沉積N型高摻雜劑的多晶硅302，多晶硅摻雜濃度為Rs =5 Ω/□至100 Ω/口(方阻)，以填充溝槽并覆蓋頂面。如圖9所示，接著對在外延層表面上的多晶硅層進(jìn)行平面腐蝕處理或化學(xué)機械拋光。如圖10所示，在外延層最表面上先沉積無摻雜二氧化硅層(厚度為0.1um至0.5um),然后沉積硼磷玻璃(厚度為0.1um至0.8um)形成層間介質(zhì)401。如圖11所示，在層間介質(zhì)表面積淀光刻涂層，利用接觸孔掩模暴露出部分層間介質(zhì)，然后對暴露出的部分層間介質(zhì)進(jìn)行干蝕，直至暴露出外延層，在層間介質(zhì)中形成多個接觸孔掩模開孔500，然后清除掉光刻涂層；接著向外延層注入P型摻雜劑(硼，劑量為2el2/cm3 至 2el4/cm3)。如圖12所示，通過二次高溫擴(kuò)散處理，高溫作業(yè)溫度為950至1200°C，時間為10分鐘至1000分鐘，使P型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到外延層上形成P型2區(qū)，P型I區(qū)與P型2區(qū)合成為P型基區(qū)203。如圖13所示，再向外延層注入N型摻雜劑(磷或砷，劑量為lel5/cm3至2el6/cm3)，在外延層上形成N型區(qū)。如圖14所示，通過三次高溫擴(kuò)散處理，溫度為950至1200°C，時間為10分鐘至100分鐘，使N型區(qū)推進(jìn)擴(kuò)散到P型基區(qū)形成N型源區(qū)204 (N型源區(qū)深度為0.2um至0.8um，P型基區(qū)深度為0.5um至4.5um)。如圖15所示，通過接觸孔掩模，對含有摻雜劑的外延層進(jìn)行浸蝕，使接觸孔溝槽501(深度為0.4um至l.0um，寬度為0.2um至1.6um)穿過N型源區(qū)進(jìn)入到P型基區(qū)，之后對接觸孔溝槽注入P型高摻雜劑205，雜劑濃度為IO14至5X 1015/cm3，以減少P型基區(qū)與金屬插塞間的接觸電阻，這有效地增加器件的安全使用區(qū)。如圖16所示，在接觸孔溝槽側(cè)壁、底部以及外延層上表面沉積一層鈦/氮化鈦層402，接著對接觸孔溝槽進(jìn)行鎢403填充以形成金屬插塞502。如圖17所示，在該器件的上面沉積一層鋁銅合金404 (厚度為0.8um至IOum)，然后通過金屬掩模進(jìn)行金屬浸蝕，形成金屬墊層和連線。實施例2:本實施例的技術(shù)方案與實施例1大致相同，其區(qū)別僅在于:在上述實施例1中圖5刻蝕溝槽前，先沉淀一層氧化層并把在氧化層中的溝槽掩模開孔寬度范圍由0.2um至0.6um的開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等,視制備方法而定，這步驟的好處是使有些溝槽掩模的開孔有被P型摻雜劑注入(P型I區(qū))但沒有被開出溝槽，器件的終端結(jié)構(gòu)更好，因而器件的擊穿電壓更高和更穩(wěn)定，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除開孔上的氧化層，暴露出開孔上的外延層；之后刻蝕溝槽，這時只有那些未被沉淀的氧化層封上的開孔才被開出溝槽，該溝槽(深度為1.0um至7.0um，寬 度為0.211111至2.011111)穿過P型I區(qū)延伸至外延層，其他步驟和實施例I相同，器件的橫截面如圖18所示。
實施例3:
本實施例的技術(shù)方案與實施例1大致相同，其區(qū)別僅在于:
在上述實施例1中圖15在刻蝕接觸孔溝槽前，先沉淀一層(LPCVD)氧化層，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除接觸孔溝槽開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層；之后刻蝕接觸孔溝槽。其他步驟基本與實施例1的相同，器件的橫截面如圖19所示。
實施例4:
本實施例的技術(shù)方案與實施例2大致相同，其區(qū)別僅在于:
在上述實施例2中，在刻蝕接觸孔溝槽前，先沉淀一層(LPCVD)氧化層，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除接觸孔溝槽開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層；之后刻蝕接觸孔溝槽。其他步驟基本與實施例2的相同，器件的橫截面如圖20所示。
實施例5:
為本發(fā)明的一種變型。
步驟與實施例1相同，只是:
在表面注入N型源區(qū)的摻雜劑前，先沉淀一層氧化層并把在層間介質(zhì)中接觸孔掩模開孔寬度范圍由0.2um至0.6um的開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等,視制備方法而定,然后對表面注入N型源區(qū)的摻雜劑,其他步驟與實施例1所述步驟相同，器件的橫截面如圖21所示。
實施例5的好處是使那些被封上的接觸孔開孔沒有被N型摻雜劑注入和沒有金屬插塞在其中，也沒有形成接觸孔溝槽。
實施例6:
為本發(fā)明的一種變型。
步驟與實施例2相同，只是:
在表面注入N型源區(qū)的摻雜劑前，先沉淀一層氧化層并把在層間介質(zhì)中接觸孔掩模開孔寬度范圍由0.2um至0.6um的開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等,視制備方法而定,然后對表面注入N型源區(qū)的摻雜劑,其他步驟與實施例2所述步驟相同，器件的橫截面如圖22所示。
實施例6的好處是使有些溝槽掩模的開孔有被P型摻雜劑注入(P型I區(qū))但沒有被開出溝槽，有些接觸孔開孔有被P型摻雜劑注入(P型2區(qū))但沒有被N型摻雜劑注入和沒有金屬插塞在其中，也沒有形成接觸孔溝槽，這實施例的好處是使器件的終端結(jié)構(gòu)更好，因而器件的擊穿電壓更高和更穩(wěn)定。
最后應(yīng)說明的是:以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明可用于涉及制造溝槽半導(dǎo)體功率分立器件(例如，溝槽絕緣柵雙極晶體管(TrenchIGBT)或溝槽二極管、溝槽有特基二極管)，本發(fā)明可用于制備12V至1200V的溝槽半導(dǎo)體功率分立器件，本發(fā)明的實施例是以N型通道器件作出說明，本發(fā)明亦可用于P型通道器件，盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，但是凡在本發(fā)明 的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之。
參考符號表:
10襯底
200外延層
201P 型 I 區(qū)
202P 型 2 區(qū)
203P 型基區(qū)
204N 型源區(qū)
205接觸孔溝槽底部的P型高摻雜區(qū)
300溝槽
301柵極氧化層
302高摻雜的多晶硅
400氧化層
401層間介質(zhì)
402鈦/氮化鈦
403鎢
404鋁銅合金
405LPCVD 氧化層
500在層間介質(zhì)中形成的接觸孔掩模開孔
501接觸孔溝槽
502金屬插塞
1000 光刻涂層
權(quán)利要求
1.一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)利用溝槽掩模對襯底上的外延層注入P型摻雜劑形成P型I區(qū)，并在外延層上進(jìn)行侵蝕而形成多個柵極溝槽； (2)在外延層表面沉積層間介質(zhì)，再利用接觸孔掩模，對層間介質(zhì)進(jìn)行侵蝕，在層間介質(zhì)中形成開孔，然后注入P型和N型摻雜劑，分別形成P型2區(qū)和N型源區(qū)，之后對外延層表面進(jìn)行侵蝕形成接觸孔溝槽，并對接觸孔溝槽進(jìn)行金屬插塞填充； (3)在器件的表面沉積金屬層，利用金屬掩模進(jìn)行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，所述步驟⑴包括以下步驟: a、在外延層的上面形成氧化層，在氧化層上積淀光刻涂層，再通過溝槽掩模暴露出部分氧化層，對暴露出的部分氧化層進(jìn)行干蝕，直至暴露出外延層，形成在氧化層上多個溝槽掩模開孔，溝槽掩模開孔寬度不一樣，其中的寬度范圍是0.2um至2.0um,然后清除掉光刻涂層； b、對表面注入P型摻雜劑，有原氧化層覆蓋的部分沒有被注入，沒有原氧化層覆蓋的部分，P型摻雜劑會注入到外 延層表面上，并通過一次高溫擴(kuò)散作業(yè)將P型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到外延層中形成P型I區(qū)； C、通過刻蝕在開孔處形成溝槽，該溝槽穿過P型I區(qū)延伸至外延層中，對溝槽進(jìn)行犧牲性氧化，然后清除掉所有氧化層； d、在溝槽暴露著的側(cè)壁和底部，以及外延層的上表面形成柵極氧化層，再在溝槽中沉積N型高摻雜劑的多晶硅，以填充溝槽并覆蓋頂面； e、對在外延層表面上的多晶硅層進(jìn)行平面腐蝕處理或化學(xué)機械拋光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，在步驟a中，在清除掉光刻涂層后，在暴露出的外延層表面形成一層新氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，在步驟b中，在表面注入P型摻雜劑后，便沉淀一層氧化層并把在氧化層中的至少一個溝槽掩模開孔封上，封上的開孔寬度可以是0.2um,或0.3um或0.4um或0.5um或0.6um不等,視制備方法而定，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層，接著進(jìn)入步驟C，不用通過一次高溫擴(kuò)散作業(yè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，在步驟c中，在刻蝕溝槽前，先沉淀一層氧化層并把在氧化層中的至少一個溝槽掩模開孔封上，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層，之后刻蝕溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，所述步驟⑵包括以下步驟: a、在最頂層表面沉積層間介質(zhì)； b、在層間介質(zhì)表面積淀光刻涂層，利用接觸孔掩模暴露出部分層間介質(zhì)，然后對暴露出的部分層間介質(zhì)進(jìn)行干蝕，直至暴露出外延層，在層間介質(zhì)中形成多個接觸孔掩模開孔，多個接觸孔掩模開孔寬度可以不是全都一樣大小，寬度范圍是0.2um至1.6um，然后清除掉光刻涂層； C、在表面注入P型摻雜劑，有層間介質(zhì)覆蓋的部分沒有被注入，沒有層間介質(zhì)覆蓋的部分，P型摻雜劑會注入到外延層表面上，并通過二次高溫擴(kuò)散作業(yè)將P型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到外延層中形成P型2區(qū)，P型I區(qū)與P型2區(qū)合成為P型基區(qū)； d、在表面注入N型摻雜劑，有層間介質(zhì)覆蓋的部分沒有被注入，沒有層間介質(zhì)覆蓋的部分，N型摻雜劑會注入到外延層表面上，并通過三次高溫擴(kuò)散作業(yè)將N型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到P型基區(qū)中形成N型源區(qū)； e、通過層間介質(zhì)開孔，對外延層表面進(jìn)行侵蝕，形成接觸孔溝槽，接觸孔溝槽穿過N型源區(qū)進(jìn)入到P型基區(qū)，之后對接觸孔溝槽注入P型高摻雜劑； f、在接觸孔溝槽側(cè)壁、底部以及層間介質(zhì)表面上依次沉積一層鈦層和一層氮化鈦層，再對接觸孔溝槽進(jìn)行鎢填充以形成溝槽金屬插塞。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，在步驟d中，接觸孔掩模開孔的寬度不是全都一樣大小，在表面注入N型摻雜劑前，先沉淀一層氧化層并把在層間介質(zhì)中的至少一個接觸孔掩模開孔封上，然后對表面注入N型摻雜劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，在步驟e中，在對外延層表面進(jìn)行接觸孔溝槽侵蝕前，先沉淀一層氧化層，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除層間介質(zhì)開孔里的氧化 層，暴露出開孔里的外延層；之后刻蝕接觸孔溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，在步驟e中，接觸孔掩模開孔的寬度不是全都一樣大小，在刻蝕接觸孔溝槽前，先沉淀一層氧化層并把在層間介質(zhì)中的至少一個接觸孔掩模開孔封上，接著對氧化層進(jìn)行干蝕，清除掉沒有被封上的接觸孔開孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層；然后刻蝕接觸孔溝槽，之后對接觸孔溝槽注入P型高摻雜劑。
10.一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)利用溝槽掩模對襯底10上的外延層200注入P型摻雜劑形成P型基區(qū)，并在外延層上進(jìn)行侵蝕而形成多個柵極溝槽； (2)利用源區(qū)掩模形成源區(qū)； (3)在外延層表面沉積層間介質(zhì)，再利用接觸孔掩模形成接觸孔溝槽，并對接觸孔溝槽進(jìn)行金屬插塞填充； (4)在器件的上表面沉積金屬層，利用金屬掩模進(jìn)行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，其特征在于，所述步驟(I)包括以下步驟: a、在外延層的上面形成氧化層，在氧化層上積淀光刻涂層，再通過溝槽掩模暴露出部分氧化層，對暴露出的部分氧化層進(jìn)行干蝕，直至暴露出外延層，形成在氧化層上多個溝槽掩模開孔，溝槽掩模開孔寬度不一樣，其中的寬度范圍是0.2um至2.0um，然后清除掉光刻涂層； b、對表面注入P型摻雜劑，有原氧化層覆蓋的部分沒有被注入，沒有原氧化層覆蓋的部分，P型摻雜劑會注入到外延層表面上，并通過一次高溫擴(kuò)散作業(yè)將P型摻雜劑推進(jìn)擴(kuò)散到外延層中形成P型基區(qū)； C、通過刻蝕在開孔處形成溝槽，該溝槽穿過P型基區(qū)延伸至外延層中，對溝槽進(jìn)行犧牲性氧化，然后清除掉所有氧化層； d、在溝槽暴露著的側(cè)壁和底部，以及外延層的上表面形成柵極氧化層，再在溝槽中沉積N型高摻雜劑的多晶硅，以填充溝槽并覆蓋頂面； e、對在外延層表面上的多晶硅層進(jìn)行平面腐蝕處理或化學(xué)機械拋光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的溝槽半導(dǎo)體功率分立器件的制備方法，其特征在于，在步驟c中，在刻蝕溝槽前，先沉淀一層氧化層并把在氧化層中的至少一個溝槽掩模開孔封上，然后對氧化層進(jìn)行干蝕，清除開 孔里的氧化層，暴露出開孔里的外延層，之后刻蝕溝槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備溝槽半導(dǎo)體分立器件的方法，包括以下步驟首先利用溝槽掩模對襯底上的外延層注入P型摻雜劑形成P型1區(qū)，并在外延層上進(jìn)行侵蝕而形成多個柵極溝槽；然后，在外延層表面沉積層間介質(zhì)，再利用接觸孔掩模，對層間介質(zhì)進(jìn)行侵蝕，在層間介質(zhì)中形成開孔，然后注入P型和N型摻雜劑，分別形成P型2區(qū)和N型源區(qū)，P型1區(qū)與P型2區(qū)合成為P型基區(qū)，之后對外延層表面進(jìn)行侵蝕形成接觸孔溝槽，并對接觸孔溝槽進(jìn)行金屬插塞填充；最后，在器件的表面沉積金屬層，利用金屬掩模進(jìn)行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線，采用本制備方法，省略了基區(qū)掩模和源區(qū)掩模的制備工序，使器件的制造成本得到了較大的降低。
文檔編號H01L21/336GK103219241SQ20121001919
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者蘇冠創(chuàng) 申請人:立新半導(dǎo)體有限公司