一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法，通過(guò)光刻和刻蝕工藝形成接觸孔后，先進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝形成P型區(qū)，再刻蝕接觸孔側(cè)壁的掩蔽層，暴露出N型區(qū)的上表面，即可實(shí)現(xiàn)N型區(qū)的平面橫向接觸，保證N型區(qū)的接觸面積，避免導(dǎo)通電阻等異常情況的出現(xiàn)，本發(fā)明在減少光刻成本情況下保證器件的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可靠性滿(mǎn)足要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 平面柵工藝在中高壓功率M0SFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和IGBT(絕 緣柵雙極型晶體管)等器件中一直為主流的技術(shù)。
[0003] 平面柵工藝的源區(qū)制作涉及多套光刻版和工藝制造過(guò)程。具體而言，源區(qū)加工共 涉及P阱(Pbody)、N+區(qū)、P+區(qū)、接觸孔四層光刻版，成本較高。同時(shí)由于N+區(qū)、P+區(qū)、接觸孔的 互套對(duì)準(zhǔn)精度影響，多層次的對(duì)偏會(huì)影響到參數(shù)和可靠性問(wèn)題。
[0004] 因此，如何在減少光刻成本情況下保證器件的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可 靠性滿(mǎn)足要求是本技術(shù)領(lǐng)域人員亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法，減少光刻成本同 時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可靠性滿(mǎn)足要求。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種平面柵功率器件形成方法，包括：
[0007] 提供一半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極材料層；
[0008] 進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在所述柵極材料層中形成第一窗口；
[0009] 進(jìn)行P阱注入以及退火工藝，在所述半導(dǎo)體襯底中形成P阱；
[0010] 進(jìn)行N型區(qū)注入以及退火工藝，在所述P阱中形成N型區(qū)；
[0011] 在所述柵極材料層上淀積掩蔽層，并進(jìn)行光刻和刻蝕工藝形成第二窗口，所述第 二窗口暴露所述N型區(qū)，且所述第二窗口的橫截面寬度小于所述第一窗口的橫截面寬度；
[0012] 進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝，在所述第二窗口的底部形成P型區(qū)，所述P型區(qū)穿透 所述N型區(qū)；
[0013] 刻蝕所述第二窗口側(cè)壁的掩蔽層形成第三窗口，所述第三窗口暴露所述N型區(qū)的 上表面；以及
[0014] 在所述第三窗口中填充導(dǎo)電材料形成源極結(jié)構(gòu)。
[0015] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述掩蔽層是單層結(jié)構(gòu)。所述掩蔽 層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。
[0016] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述掩蔽層由第一子掩蔽層和形 成于所述第一子掩蔽層上的第二子掩蔽層組成。所述第一子掩蔽層的材質(zhì)是氮化硅或氮氧 化硅，所述第二子掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。
[0017] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，形成第三窗口的步驟包括：
[0018] 濕法腐蝕所述第二窗口側(cè)壁的第二子掩蔽層，形成第三窗口，所述第三窗口暴露 所述第一子掩蔽層；以及
[0019] 干法刻蝕所述第三窗口底部的第一子掩蔽層，使所述第三窗口暴露出所述N型區(qū) 的上表面。
[0020] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，刻蝕所述第二窗口內(nèi)的掩蔽層和 預(yù)定深度的N型區(qū)，形成所述第二窗口。所述預(yù)定深度為0. Ιμπι~Ιμπι。
[0021] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述柵極材料層包括形成于所述 半導(dǎo)體襯底上的柵極介質(zhì)層以及形成于所述柵極介質(zhì)層上的柵極導(dǎo)電層。所述柵極介質(zhì)層 的材質(zhì)為二氧化硅，所述柵極導(dǎo)電層的材質(zhì)為摻雜多晶硅。
[0022] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述第一窗口暴露所述半導(dǎo)體襯 底，進(jìn)行Ρ阱注入以及退火工藝之前，在所述第一窗口的底部形成注入阻擋層。
[0023] 可選的，在所述的平面柵功率器件形成方法中，所述第一窗口暴露所述柵極介質(zhì) 層。
[0024] 本發(fā)明還提供一種平面柵功率器件，包括：
[0025]半導(dǎo)體襯底；
[0026] 形成于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極材料層；
[0027] 形成于所述柵極材料層中的第一窗口；
[0028] 形成于所述第一窗口下方的半導(dǎo)體襯底中的Ρ阱；
[0029]形成于所述Ρ阱中的Ν型區(qū)；
[0030]形成于所述柵極材料層上的掩蔽層；
[0031 ]暴露所述Ν型區(qū)的第二窗口，所述第二窗口的橫截面寬度小于所述第一窗口的橫 截面寬度；
[0032] 形成于所述第二窗口底部的Ρ型區(qū)，所述Ρ型區(qū)穿透所述Ν型區(qū)；
[0033]與所述第二窗口連通的第三窗口，所述第三窗口的橫截面寬度大于所述第二窗口 的橫截面寬度，以暴露所述Ν型區(qū)的上表面;以及 [0034]填充于所述第三窗口中的源極結(jié)構(gòu)。
[0035] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述掩蔽層是單層結(jié)構(gòu)。所述掩蔽層的材質(zhì) 是二氧化硅或硼磷硅玻璃。
[0036] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述掩蔽層由第一子掩蔽層和形成于所述 第一子掩蔽層上的第二子掩蔽層組成。所述第一子掩蔽層的材質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅，所 述第二子掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。
[0037]可選的，在所述的平面柵功率器件中，形成第三窗口的步驟包括：
[0038]濕法腐蝕所述第二窗口側(cè)壁的第二子掩蔽層，形成第三窗口，所述第三窗口的底 部暴露所述第一子掩蔽層；以及
[0039]干法刻蝕所述第三窗口底部的第一子掩蔽層，使所述第三窗口暴露出所述Ν型區(qū) 的上表面。
[0040]可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述柵極材料層包括形成于所述半導(dǎo)體襯 底上的柵極介質(zhì)層以及形成于所述柵極介質(zhì)層上的柵極導(dǎo)電層。所述柵極介質(zhì)層的材質(zhì)為 二氧化硅，所述柵極導(dǎo)電層的材質(zhì)為摻雜多晶硅。
[0041 ]可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述第一窗口暴露所述半導(dǎo)體襯底，所述平 面柵功率器件還包括形成于所述第一窗口底部的注入阻擋層。
[0042] 可選的，在所述的平面柵功率器件中，所述第一窗口暴露所述柵極介質(zhì)層。
[0043] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成方法具有如下優(yōu) 占 .
[0044] 1、在本發(fā)明提供的平面柵功率器件結(jié)構(gòu)中，第三窗口暴露出Ν型區(qū)的上表面，使得 源極與Ν型區(qū)接觸充分，可以解決Ν型區(qū)接觸不足導(dǎo)致的電流密度減少的問(wèn)題，避免導(dǎo)通電 阻(Rdson)等異常情況的出現(xiàn);進(jìn)一步的，所述掩蔽層由第一子掩蔽層和形成于所述第一子 掩蔽層上的第二子掩蔽層組成，所述第一子掩蔽層的材質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅，使得柵極 材料層側(cè)壁被其充分保護(hù)，可避免由于光刻對(duì)偏或接觸孔過(guò)腐蝕導(dǎo)致的源極和柵極短路， 從而避免柵源(GS)失效等異常的發(fā)生；
[0045] 2、在本發(fā)明提供的平面柵功率器件形成方法中，通過(guò)光刻和刻蝕工藝形成第二窗 口即接觸孔后，先進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝形成P型區(qū)，再刻蝕接觸孔側(cè)壁的掩蔽層，使 掩蔽層橫向侵蝕，暴露出N型區(qū)的上表面，即可實(shí)現(xiàn)N型區(qū)的平面橫向接觸，保證N型區(qū)的接 觸面積，避免導(dǎo)通電阻(Rdson)等異常情況的出現(xiàn)。即，通過(guò)P阱和接觸孔光刻版，利用選擇 性腐蝕技術(shù)，在減少光刻成本情況下保證器件的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可靠性滿(mǎn) 足要求。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中平面柵功率器件形成方法的流程示意圖；
[0047] 圖2~11是本發(fā)明一實(shí)施例中平面柵功率器件形成過(guò)程中的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖中標(biāo)記：
[0049] 100-半導(dǎo)體襯底；
[0050] 101-P 阱；102-N 型區(qū)；103-P 型區(qū)；
[0051 ] 110-柵極材料層;111-柵極介質(zhì)層;112-柵極導(dǎo)電層；
[0052] 130-注入阻擋層；
[0053] 150-掩蔽層;151-第一子掩蔽層;152-第二子掩蔽層；
[0054] 201-第一窗口； 202-第二窗口； 202-第二窗口。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0056] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
[0057]參見(jiàn)圖1，并結(jié)合圖2至圖11所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)形 成方法，包括如下步驟：
[0058] S11:提供一半導(dǎo)體襯底100,并在所述半導(dǎo)體襯底100上形成柵極材料層110;
[0059 ] S12:進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在柵極材料層110中形成第一窗口 201;
[0060] S13:進(jìn)行P阱注入以及退火工藝，在半導(dǎo)體襯底100中形成P阱101;
[0061] S14:進(jìn)行N型區(qū)注入以及退火工藝，在P阱101中形成N型區(qū)102;
[0062] S15:在柵極材料層110上淀積掩蔽層150,并進(jìn)行光刻和刻蝕工藝形成第二窗口 202，所述第二窗口 202暴露所述N型區(qū)102;
[0063] S16:進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝，在第二窗口 202底部形成P型區(qū)103,所述P型區(qū) 103穿透所述N型區(qū)102;
[0064] S17:刻蝕第二窗口 202側(cè)壁的掩蔽層150，形成第三窗口 203，所述第三窗口 203暴 露所述N型區(qū)102的上表面102a;以及
[0065] S18:在第三窗口 203中填充導(dǎo)電材料形成源極結(jié)構(gòu)。
[0066] 在本發(fā)明提供的平面柵功率器件形成方法中，通過(guò)光刻和刻蝕工藝形成第二窗口 后，先進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝形成P型區(qū)，再刻蝕所述第二窗口側(cè)壁的掩蔽層，即使掩 蔽層橫向侵蝕，暴露出N型區(qū)的上表面，即可實(shí)現(xiàn)N型區(qū)的平面橫向接觸，保證N型區(qū)的接觸 面積，避免導(dǎo)通電阻等異常情況的出現(xiàn)。即，本發(fā)明通過(guò)P阱和接觸孔光刻版，利用選擇性腐 蝕技術(shù)，在減少光刻成本情況下保證器件的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使產(chǎn)品的參數(shù)和可靠性滿(mǎn)足要 求。
[0067] 參見(jiàn)圖11，結(jié)合圖2至圖9所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種平面柵功率器件結(jié)構(gòu)，包 括：
[0068] 半導(dǎo)體襯底100;
[0069 ]形成于所述半導(dǎo)體襯底100上的柵極材料層110;
[0070] 形成于所述柵極材料層110中的第一窗口 201;
[0071] 形成于所述第一窗口 201下方的半導(dǎo)體襯底100中的P阱101;
[0072] 形成于所述P阱101中的N型區(qū)102;
[0073]形成于所述柵極材料層110上的掩蔽層150;
[0074]暴露所述N型區(qū)102的第二窗口 202，所述第二窗口 202的橫截面寬度小于所述第一 窗口 201的橫截面寬度；
[0075] 形成于所述第二窗口 202底部的P型區(qū)103，所述P型區(qū)103穿透所述N型區(qū)102;
[0076]與所述第二窗口 202連通的第三窗口 203，所述第三窗口 203的橫截面寬度大于所 述第二窗口 202的橫截面寬度，以暴露所述N型區(qū)102的上表面102a;以及 [0077]填充于所述第三窗口 203中的源極結(jié)構(gòu)。
[0078]在本發(fā)明提供的平面柵功率器件結(jié)構(gòu)中，所述第三窗口暴露出N型區(qū)的上表面，使 得源極與N型區(qū)接觸充分，可以解決N型區(qū)接觸不足導(dǎo)致的電流密度減少的問(wèn)題，避免導(dǎo)通 電阻等異常情況的出現(xiàn)。
[0079] 所述柵極材料層110包括形成于所述半導(dǎo)體襯底100上的柵極介質(zhì)層111以及形成 于所述柵極介質(zhì)層111上的柵極導(dǎo)電層112。優(yōu)選的，所述柵極介質(zhì)層111的材質(zhì)為二氧化 硅，所述柵極導(dǎo)電層112為摻雜多晶硅層。本實(shí)施例中，在刻蝕柵極導(dǎo)電層112之后，還刻蝕 所述柵極介質(zhì)層111，因此所述第一窗口 201暴露所述半導(dǎo)體襯底100。相應(yīng)的，所述平面柵 功率器件結(jié)構(gòu)還包括形成于所述第一窗口201底部的注入阻擋層130。在另一實(shí)施例中，第 一窗口 201中的柵極介質(zhì)層111予以保留部分或者全部，直接將該柵極介質(zhì)層111作為P阱注 入工藝的注入阻擋層。
[0080] 所述掩蔽層150可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是雙層結(jié)構(gòu)。若所述掩蔽層150是單層結(jié) 構(gòu)，那么掩蔽層150優(yōu)選采用二氧化硅或硼磷硅玻璃(BPSG)。若所述掩蔽層150為雙層結(jié)構(gòu)， 那么所述掩蔽層150由第一子掩蔽層151和形成于第一子掩蔽層151之上的第二子掩蔽層 152組成，所述第一子掩蔽層151起隔離作用，所述第二子掩蔽層152則起吸潮作用。所述第 一子掩蔽層151為氮化硅或氮氧化硅，所述第二子掩蔽層152為二氧化硅或硼磷硅玻璃 (BPSG)。本實(shí)施例中，由于所述掩蔽層150為雙層結(jié)構(gòu)，因而后續(xù)刻蝕時(shí)分兩步進(jìn)行:先是濕 法腐蝕第二窗口 202側(cè)壁的第二子掩蔽層152，形成第三窗口 203，所述第三窗口的橫截面寬 度W2大于第二窗口區(qū)的橫截面寬度W1，所述第三窗口 203底部暴露出第一子掩蔽層151;接 著，干法刻蝕所述第三窗口 203底部的第一子掩蔽層151和注入阻擋層130，使第三窗口 203 底部暴露出N型區(qū)102的上表面102a。
[0081]下面結(jié)合圖2至圖11更詳細(xì)的描述本發(fā)明實(shí)施例的平面柵功率器件結(jié)構(gòu)及其形成 方法。
[0082]首先，結(jié)合圖1和圖2所不，提供一半導(dǎo)體襯底100。所述半導(dǎo)體襯底100可以是娃襯 底、鍺硅襯底、m-v族元素化合物襯底或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底。本 實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100采用的是硅襯底，并且，所述半導(dǎo)體襯底100中形成有耐壓環(huán) 結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，所述半導(dǎo)體襯底1 〇〇中還可以形成有M0SFET、IGBT、肖特基等公知的半導(dǎo)體器 件。此外，所述半導(dǎo)體襯底100還可以根據(jù)所需產(chǎn)品的特性進(jìn)行一定雜質(zhì)量的N型和/或P型 摻雜。
[0083] 接著，結(jié)合圖1和3所示，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成柵極材料層110。所述柵極材 料層110包括形成于所述半導(dǎo)體襯底100上的柵極介質(zhì)層111以及形成于所述柵極介質(zhì)層 111上的柵極導(dǎo)電層112。所述柵極介質(zhì)層111的材質(zhì)為二氧化硅，厚度為丨00A~2000A，采 用熱氧化工藝形成。優(yōu)選的，所述柵極介質(zhì)層111采用摻氯氧化(即含有氯、氧的氛圍下進(jìn)行 氧化)工藝形成，摻氯氧化可以有效減少氧化層中雜質(zhì)，提高柵極介質(zhì)層質(zhì)量。另外，由于柵 極介質(zhì)層111生長(zhǎng)溫度越高質(zhì)量越好，因此，柵極介質(zhì)層111的生長(zhǎng)溫度優(yōu)選在1000°c~ 1300 °C之間。所述柵極導(dǎo)電層112的厚度為1 〇〇(>A-15:0001。所述柵極導(dǎo)電層112優(yōu)選為摻 雜多晶硅層。具體的，可以先淀積不摻雜多晶硅，后采用離子注入對(duì)不摻雜多晶硅進(jìn)行摻 雜;或者，先淀積不摻雜多晶硅，后采用磷預(yù)淀積工藝對(duì)其進(jìn)行摻雜;再或者，采用邊淀積多 晶硅邊摻雜的原位摻雜方式。
[0084] 接著，結(jié)合圖1和圖4所示，采用P阱光刻版(Pbody mask)進(jìn)行光刻工藝，并刻蝕所 述柵極材料層110，形成第一窗口 201，此第一窗口 201可稱(chēng)為P阱(Pbody)窗口。本實(shí)施例中， 刻蝕柵極導(dǎo)電層112之后，還刻蝕所述柵極介質(zhì)層111，形成的第一窗口 201暴露所述半導(dǎo)體 襯底100。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，刻蝕柵極導(dǎo)電層112之后，也可以選擇刻蝕部分柵極介質(zhì) 層111或者不刻蝕柵極介質(zhì)層111，從而將全部柵極介質(zhì)層或者剩余的柵極介質(zhì)層保留作為 后續(xù)P阱注入工藝的注入阻擋層。作為一個(gè)非限制的例子，本步驟采用的是干法各項(xiàng)異性刻 蝕，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)有限次試驗(yàn)獲知具體的工藝參數(shù)。
[0085]接著，結(jié)合圖1和圖5所示，進(jìn)行P阱注入以及退火工藝，在第一窗口 201下方的半導(dǎo) 體襯底100中形成P阱(Pbody)lOl。所述P阱101的橫截面寬度大于第一窗口 201的橫截面寬 度，此處，所提及的橫截面寬度是指平行于半導(dǎo)體襯底100表面方向的截面寬度。P阱注入工 藝的注入能量?jī)?yōu)選為60Kev~150Kev，注入劑量?jī)?yōu)選為lE13/cm2~lE15/cm2,退火工藝的溫 度優(yōu)選為l〇〇〇°C~1300Γ。本實(shí)施例中，刻蝕柵極導(dǎo)電層之后，還刻蝕盡所述柵極介質(zhì)層， 因此，進(jìn)行P阱注入以及退火工藝之前，先在第一窗口 201底部生長(zhǎng)注入阻擋層130,所述注 入阻擋層130可以利用氧化工藝形成。
【申請(qǐng)人】研究發(fā)現(xiàn)，由于所述注入阻擋層130需要作為 注入掩蔽層使用，厚度太薄無(wú)法起到減少注入損傷的作用，厚度太厚則會(huì)導(dǎo)致注入不充分， 因而優(yōu)選的厚度是100A~800A，但應(yīng)理解，亦可根據(jù)實(shí)際的注入能量、劑量來(lái)調(diào)整注入阻 擋層130的厚度。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中是將柵極介質(zhì)層111刻蝕掉暴露出半導(dǎo)體襯底 100,故而額外形成注入阻擋層130,如果在前述步驟中柵極介質(zhì)層111予以保留部分或者全 部，那么也可以直接將該柵極介質(zhì)層111作為P阱注入工藝的注入阻擋層，無(wú)需再額外形成 注入阻擋層130。尤其是柵極介質(zhì)層111厚度小于800A時(shí)，優(yōu)選直接采用該柵極介質(zhì)層111 作為注入阻擋層，此情形下柵極介質(zhì)層111厚度適宜，且減少了工藝步驟。
[0086] 接著，結(jié)合圖2和圖6所示，進(jìn)行N型區(qū)注入以及退火工藝，以在P阱101內(nèi)形成N型區(qū) 102,所述N型區(qū)102的深度和橫截面寬度小于所述P阱101的深度和橫截面寬度。優(yōu)選的，N型 區(qū)注入工藝中，注入的元素為As或P，注入能量為60Kev~150Kev，注入劑量lE14/cm2~ lE16/cm2,退火工藝的溫度為900°C~1300°C。
[0087] 接著，結(jié)合圖2和圖7所示，在所述柵極導(dǎo)電層112上淀積掩蔽層150。所述掩蔽層 150可以是單層結(jié)構(gòu)，例如是單層的二氧化硅或硼磷硅玻璃(BPSG)。所述掩蔽層150也可以 是雙層結(jié)構(gòu)，由第一子掩蔽層151和形成于第一子掩蔽層151之上的第二子掩蔽層152組成， 所述第一子掩蔽層151起隔離作用，所述第二子掩蔽層152則起吸潮作用。所述第一子掩蔽 層151例如為氮化硅或氮氧化硅層等，所述第一子掩蔽層151的厚度為1〇〇Α~500()Α。所述 第二子掩蔽層152例如為二氧化硅或BPSG，所述第二子掩蔽層152的厚度為 2000人~丨5000A。所述第二子掩蔽層152例如采用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝形成，化學(xué)氣相 源含SiH4、B2H6和PH3,其中，SiH4主要提供BPSG中的Si02，B2H6主要提供BPSG中的B成分（以 B203形式存在），PH3主要提供BPSG中的P成分（以P205形式存在），所述BPSG中Si02、B203、 P205形成三元氧化系統(tǒng)，以此可形成具有良好臺(tái)階覆蓋能力、低溫回流、吸雜吸潮作用的氧 化保護(hù)層。
【申請(qǐng)人】研究發(fā)現(xiàn)，BPSG流動(dòng)依賴(lài)膜的組份、流動(dòng)溫度、流動(dòng)時(shí)間和流動(dòng)氣氛。BPSG 中硼⑶質(zhì)量濃度增加1 %，所需的回流溫度降低40°C，同時(shí)，BPSG中B質(zhì)量百分比超過(guò)5%后 薄膜吸濕性變強(qiáng)，導(dǎo)致薄膜不穩(wěn)定，因此，所述BPSG中B的質(zhì)量百分比優(yōu)選為1 %~5%。申請(qǐng) 人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BPSG中磷(P)的含量越高，其回流后的平坦化效果更佳，同時(shí)，BPSG中P 的含量越高，吸潮效果更佳，但吸潮會(huì)形成磷酸，會(huì)對(duì)后續(xù)的金屬進(jìn)行腐蝕，因此，所述BPSG 中P的含量?jī)?yōu)選不超過(guò)6%，例如，BPSG中P的質(zhì)量百分比為2~6%。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，BPSG中由于含 B和P，其腐蝕速率比純二氧化硅要快。
[0088]接著，結(jié)合圖2和圖8所示，采用接觸孔光刻版(contact mask)進(jìn)行光刻工藝，刻蝕 第二窗口 202內(nèi)的第二子掩蔽層152、第一子掩蔽層151、注入阻擋層130和一定深度的N型區(qū) 102,形成第二窗口 202，該第二窗口 202亦稱(chēng)為接觸孔。此處所指光刻工藝包括涂膠、曝光以 及顯影等工藝，具體的，本步驟中，先是在第二子掩蔽層152上涂膠，然后對(duì)光刻膠曝光形成 接觸孔窗口圖案，接著以光刻膠為掩膜從上往下依次刻蝕第二子掩蔽層152、第一子掩蔽層 151和深度為h的N型區(qū)102形成第二窗口 202。此步驟中形成的光刻膠可不必去除，留待后續(xù) 濕法腐蝕第二窗口 202側(cè)壁的第二子掩蔽層152時(shí)作為掩膜，形成第三窗口 203之后再去除 該光刻膠即可。所述第二窗口 202暴露出N型區(qū)102,形成深度為h的臺(tái)階，如此，N型區(qū)102刻 蝕掉一部分，使后續(xù)的P型區(qū)能夠穿透N型區(qū)。本實(shí)施例中，第二窗口 202的臺(tái)階的深度h為 0. him~him，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不限制該臺(tái)階的深度，可依據(jù)產(chǎn)品的特性調(diào)整所述臺(tái)階的 深度。在本發(fā)明其它實(shí)施例中，形成第二窗口202時(shí)也可以不刻蝕一定深度的Ν型區(qū)102,即， 僅是刻蝕第二窗口 202內(nèi)的第二子掩蔽層152、第一子掩蔽層151和注入阻擋層130,從而形 成所述第二窗口。
[0089] 接著，結(jié)合圖2和圖9所示，進(jìn)行Ρ型區(qū)注入以及退火工藝，以在第二窗口 202底部形 成Ρ型區(qū)103，所述Ρ型區(qū)103穿透所述Ρ型區(qū)102。具體的，Ρ型區(qū)注入工藝中，注入元素可以為 Bl 1或BF2，也可以是先注入Bl 1再注入BF2，注入能量?jī)?yōu)選為20Kev~lOOKev，注入劑量?jī)?yōu)選 為lE14/cm2~lE16/cm2。進(jìn)一步的，所述P型注入采用的是零度角注入。所述退火工藝選擇 爐管或快速退火(RTA)，退火溫度為500°C~1000°C。
[0090] 接著，結(jié)合圖2和圖10所示，濕法腐蝕第二窗口 202側(cè)壁的第二子掩蔽層152,形成 第三窗口 203。由于第二子掩蔽層152具有橫向的腐蝕，因此所述第三窗口的橫截面寬度W2 大于第二窗口區(qū)的橫截面寬度W1。具體的，步驟S21中，只腐蝕第二子掩蔽層152，而并不腐 蝕第一子掩蔽層151，從而形成第三窗口 203，所述第三窗口 203底部暴露出第一子掩蔽層 151。為方便描述，將第三窗口 203底部暴露出來(lái)的第一子掩蔽層151的表面記為151a。
[0091] 接著，結(jié)合圖2和圖11所示，干法刻蝕所述第三窗口 203底部的第一子掩蔽層151和 注入阻擋層130，使第三窗口 203的底部暴露N型區(qū)102，為方便描述，將第三窗口 203暴露的N 型區(qū)102的上表面記為102a。如此，所述N型區(qū)102的上表面102a和部分側(cè)面102b被暴露出 來(lái)。
[0092] 需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中是以遮蔽層150為雙層結(jié)構(gòu)為例，因而分兩步形成第三 窗口 203,若在其他實(shí)施例中，遮蔽層150為單層結(jié)構(gòu)，那么可以利用一步濕法腐蝕工藝形成 第三窗口 203,并使得N型區(qū)102的上表面102a被暴露出來(lái)。
[0093]接下來(lái)，在第三窗口 203中淀積導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料填滿(mǎn)所述第三窗口 203，以 形成源極。所述導(dǎo)電材料例如是鋁金屬。具體地，當(dāng)在第三窗口203中淀積金屬層后，功率器 件的源極結(jié)構(gòu)完成，同時(shí)由于N型區(qū)102的接觸充分(源極可與N型區(qū)102的上表面102a和部 分側(cè)面102b接觸），可以避免N型區(qū)102接觸不足導(dǎo)致的電流密度減少，避免導(dǎo)通電阻等異常 的情況出現(xiàn)。進(jìn)一步的，所述掩蔽層150由第一子掩蔽層151和形成于所述第一子掩蔽層151 上的第二子掩蔽層152組成，所述第一子掩蔽層151的材質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅，可起到隔 離的作用，使得柵極材料層側(cè)壁被充分保護(hù)，避免由于光刻對(duì)偏或接觸孔過(guò)腐蝕導(dǎo)致的源 極和柵極短路，從而避免柵源(GS)失效等異常的發(fā)生。
[0094]本發(fā)明所提供的功率器件源區(qū)結(jié)構(gòu)及其形成方法，可以運(yùn)用于功率M0SFET、 CM0SFET、BCD、大功率晶體管、IGBT和肖特基等產(chǎn)品中。
[0095]本發(fā)明實(shí)施例雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定權(quán)利要求，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本 發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種平面柵功率器件形成方法，其特征在于，包括： 提供一半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極材料層； 進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，在所述柵極材料層中形成第一窗口； 進(jìn)行P阱注入以及退火工藝，在所述半導(dǎo)體襯底中形成P阱； 進(jìn)行N型區(qū)注入以及退火工藝，在所述P阱中形成N型區(qū)； 在所述柵極材料層上淀積掩蔽層，并進(jìn)行光刻和刻蝕工藝形成第二窗口，所述第二窗 口暴露所述N型區(qū)，且所述第二窗口的橫截面寬度小于所述第一窗口的橫截面寬度； 進(jìn)行P型區(qū)注入以及退火工藝，在所述第二窗口的底部形成P型區(qū)，所述P型區(qū)穿透所述 N型區(qū)； 刻蝕所述第二窗口側(cè)壁的掩蔽層形成第三窗口，所述第三窗口暴露所述N型區(qū)的上表 面；以及 在所述第三窗口中填充導(dǎo)電材料形成源極結(jié)構(gòu)。2. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述掩蔽層是單層結(jié) 構(gòu)。3. 如權(quán)利要求2所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述掩蔽層的材質(zhì)是二 氧化硅或硼磷硅玻璃。4. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述掩蔽層由第一子掩 蔽層和形成于所述第一子掩蔽層上的第二子掩蔽層組成。5. 如權(quán)利要求4所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述第一子掩蔽層的材 質(zhì)是氮化硅或氮氧化硅，所述第二子掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。6. 如權(quán)利要求5所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，形成第三窗口的步驟包 括： 濕法腐蝕所述第二窗口側(cè)壁的第二子掩蔽層，形成第三窗口，所述第三窗口暴露所述 第一子掩蔽層；以及 干法刻蝕所述第三窗口底部的第一子掩蔽層，使所述第三窗口暴露出所述N型區(qū)的上 表面。7. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，刻蝕所述第二窗口內(nèi)的 掩蔽層和預(yù)定深度的N型區(qū)，形成所述第二窗口。8. 如權(quán)利要求7所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述預(yù)定深度為O. Ιμπι ~Ium09. 如權(quán)利要求1所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述柵極材料層包括形 成于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極介質(zhì)層以及形成于所述柵極介質(zhì)層上的柵極導(dǎo)電層。10. 如權(quán)利要求9所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述柵極介質(zhì)層的材 質(zhì)為二氧化硅，所述柵極導(dǎo)電層的材質(zhì)為摻雜多晶硅。11. 如權(quán)利要求9所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述第一窗口暴露所 述半導(dǎo)體襯底，進(jìn)行P阱注入以及退火工藝之前，在所述第一窗口的底部形成注入阻擋層。12. 如權(quán)利要求9所述的平面柵功率器件形成方法，其特征在于，所述第一窗口暴露所 述柵極介質(zhì)層。13. -種平面柵功率器件，其特征在于，包括： 半導(dǎo)體襯底； 形成于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極材料層； 形成于所述柵極材料層中的第一窗口； 形成于所述第一窗口下方的半導(dǎo)體襯底中的P講； 形成于所述P阱中的N型區(qū)； 形成于所述柵極材料層上的掩蔽層； 暴露所述N型區(qū)的第二窗口，所述第二窗口的橫截面寬度小于所述第一窗口的橫截面 寬度； 形成于所述第二窗口底部的P型區(qū)，所述P型區(qū)穿透所述N型區(qū)； 與所述第二窗口連通的第三窗口，所述第三窗口的橫截面寬度大于所述第二窗口的橫 截面寬度，以暴露所述N型區(qū)的上表面；以及 填充于所述第三窗口中的源極結(jié)構(gòu)。14. 如權(quán)利要求13所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述掩蔽層是單層結(jié)構(gòu)。15. 如權(quán)利要求14所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅 或硼磷硅玻璃。16. 如權(quán)利要求13所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述掩蔽層由第一子掩蔽層和 形成于所述第一子掩蔽層上的第二子掩蔽層組成。17. 如權(quán)利要求16所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述第一子掩蔽層的材質(zhì)是氮 化硅或氮氧化硅，所述第二子掩蔽層的材質(zhì)是二氧化硅或硼磷硅玻璃。18. 如權(quán)利要求17所述的平面柵功率器件，其特征在于，形成第三窗口的步驟包括： 濕法腐蝕所述第二窗口側(cè)壁的第二子掩蔽層，形成第三窗口，所述第三窗口的底部暴 露所述第一子掩蔽層；以及 干法刻蝕所述第三窗口底部的第一子掩蔽層，使所述第三窗口暴露出所述N型區(qū)的上 表面。19. 如權(quán)利要求13所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述柵極材料層包括形成于所 述半導(dǎo)體襯底上的柵極介質(zhì)層以及形成于所述柵極介質(zhì)層上的柵極導(dǎo)電層。20. 如權(quán)利要求19所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述柵極介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧 化硅，所述柵極導(dǎo)電層的材質(zhì)為摻雜多晶硅。21. 如權(quán)利要求19所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述第一窗口暴露所述半導(dǎo)體 襯底，所述平面柵功率器件還包括形成于所述第一窗口底部的注入阻擋層。22. 如權(quán)利要求19所述的平面柵功率器件，其特征在于，所述第一窗口暴露所述柵極介 質(zhì)層。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK105931970SQ201610521766
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】楊彥濤, 王平, 趙金波, 曹俊, 苑羽中
【申請(qǐng)人】杭州士蘭集成電路有限公司