溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法。該方法通過一次光刻工藝和自對準(zhǔn)制程分別形成溝槽型DMOS晶體管的溝槽和接觸孔，進(jìn)一步降低了DMOS晶體管的尺寸，從而大大減小了DMOS器件的導(dǎo)通電阻，提高了DMOS器件的驅(qū)動能力。同時，相同面積形成的晶體管數(shù)量增加，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]DMOS (雙擴(kuò)散的金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管是一種MOSFET (金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管)，它在同一邊用兩個連續(xù)的擴(kuò)散步驟形成晶體管區(qū)域。DMOS器件包括兩個或多個單獨的并行制造的DMOS晶體管單元，它們共享一個共同的漏接觸區(qū)(襯底)，源極通過金屬短接在一起，柵極也通過金屬短接在一起。溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(Trench DoubleDiffuse Metal Oxide Semiconductor Transistor,簡稱“Trench DM0S”)是一個特殊類型的DMOS晶體管，它的溝道是垂直形成的，且柵極延伸在源極和漏極間的溝槽中形成，具有薄的氧化層并填充了多晶硅的溝槽，允許小的阻塞電流流過，并提供特定的低值導(dǎo)通電阻。
[0003]現(xiàn)在Trench DMOS的最新研究之一是如何進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻R (導(dǎo)通電阻R是指在DMOS器件工作時，從漏極到源極的電阻)，當(dāng)導(dǎo)通電阻R很小時，DMOS器件就會提高一個很好的開關(guān)特性，同時會有較大的輸出電流，從而具有更強的驅(qū)動能力。降低導(dǎo)通電阻R的一個有效辦法就是減小晶體管單元的尺寸。由于晶體管單元的尺寸減小，相同面積下可以做的晶體管單元就越多，并聯(lián)的電阻也就越多，等效的總電阻就會越小。同時，晶體管單元尺寸的減小，相同面積的芯片數(shù)量也可以更多，達(dá)到了降低成本的效果。
[0004]傳統(tǒng)的Trench DMOS制作工藝，需要通過兩次光刻對準(zhǔn)和刻蝕工藝分別形成溝槽trench和接觸孔contact,工藝復(fù)雜,而且光刻對準(zhǔn)本身具有一定的偏差，晶體管單元必須保持一定的寬度，并且光刻膠的寬度也不能太窄，從而限制了晶體管單元的尺寸，很難實現(xiàn)晶體管單元尺寸的進(jìn)一步縮小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法，用以解決傳統(tǒng)工藝無法通過進(jìn)一步減小晶體管單元尺寸來降低Trench DMOS器件導(dǎo)通電阻的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法，包括:
[0007]在第一導(dǎo)電類型的基底上形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)層和第一導(dǎo)電類型的源極層，并在所述源極層上形成圖案化的阻擋層；
[0008]以所述阻擋層為掩膜，形成溝槽柵極以及圖案化的第一氧化層；
[0009]以所述第一氧化層為掩膜，形成接觸孔。
[0010]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0011]上述技術(shù)方案中，通過一次光刻工藝和自對準(zhǔn)制程分別形成溝槽型DMOS晶體管的溝槽和接觸孔，進(jìn)一步降低了 DMOS晶體管的尺寸，從而大大減小了 DMOS器件的導(dǎo)通電阻，提高了 DMOS器件的驅(qū)動能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1表示本發(fā)明實施例中溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法的流程圖；
[0014]圖2-圖10表示本發(fā)明實施例中溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作過程不意圖。

【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明提供一種溝槽型DMOS晶體管的制作方法，用以解決DMOS晶體管的尺寸受光刻工藝的限制，無法通過減小DMOS晶體管尺寸的方式來降低DMOS器件導(dǎo)通電阻的問題。其中，如圖10所示，溝槽型DMOS晶體管包括作為漏極的基底10和形成在基底10上的數(shù)個豎直溝槽，在溝槽內(nèi)形成DMOS晶體管的溝槽柵極2，在溝槽柵極2的外圍形成DMOS晶體管的源極3和體區(qū)4，體區(qū)4作為DMOS晶體管的溝道區(qū)。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明的溝槽型DMOS晶體管的制作方法包括:
[0017]步驟S1、在第一導(dǎo)電類型的基底上形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)層和第一導(dǎo)電類型的源極層，并在所述源極層上形成圖案化的阻擋層；
[0018]步驟S2、以所述阻擋層為掩膜，形成溝槽柵極以及圖案化的第一氧化層；
[0019]步驟S3、以所述第一氧化層為掩膜，形成接觸孔。
[0020]上述步驟中，僅通過一次光刻工藝形成DMOS晶體管的溝槽，然后再以自對準(zhǔn)制程形成DMOS晶體管的接觸孔，克服了現(xiàn)有技術(shù)中通過兩次光刻工藝分別形成溝槽和接觸孔對DMOS晶體管尺寸的限制問題，實現(xiàn)了 DMOS晶體管尺寸的進(jìn)一步減小，從而大大減小了DMOS器件的導(dǎo)通電阻，提高了 DMOS器件的驅(qū)動能力。同時，相同面積上形成的晶體管數(shù)量增加，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本的效果。
[0021]下面將結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0022]圖2-圖10為采用本發(fā)明的方法制作DMOS晶體管的過程示意圖。其中，DMOS晶體管的基底10為N型重?fù)诫s的襯底101，在襯底101上還可以形成N型輕摻雜的外延層102。襯底101和外延層102中摻雜了同一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子，共同構(gòu)成晶體管的基底10。
[0023]結(jié)合圖2和圖3所示，步驟SI具體為:
[0024]首先，在外延層102上依次形成P型體區(qū)層20和N型重?fù)诫s源極層30，如圖2所示。具體的，首先向外延層102內(nèi)注入P型離子，如硼離子或氟化硼離子，再進(jìn)行離子驅(qū)入制程，形成P型體區(qū)層20 ;然后向體區(qū)層20內(nèi)注入N型離子，如砷離子或磷離子，再進(jìn)行離子驅(qū)入制程，形成N型重?fù)诫s源極層30。其中，離子驅(qū)入制程一般為退火工藝，使離子擴(kuò)散均勻。
[0025]然后，用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在源極層30上形成阻擋層40，并對阻擋層40進(jìn)行構(gòu)圖工藝形成阻擋層40的圖案，如圖3所示。具體的，在阻擋層40上旋涂光刻膠(圖中未示出)，對光刻膠進(jìn)行曝光，顯影，形成光刻膠保留區(qū)域和光刻膠不保留區(qū)域，光刻膠不保留區(qū)域?qū)?yīng)晶體管溝槽所在的區(qū)域，刻蝕光刻膠不保留區(qū)域下方的阻擋層40，形成阻擋層40的圖案。其中，阻擋層40的材料可以為氮化硅，在后續(xù)工藝中作為掩膜版，實現(xiàn)自對準(zhǔn)制程，同時，由于氮化硅還具有抗氧化作用，在熱氧化工藝或快速退火氧化工藝中，可以保護(hù)其下方的膜層不被氧化。當(dāng)阻擋層40的材料為氮化硅時，可以采用磷酸對阻擋層40進(jìn)行刻蝕。
[0026]本實施例中，在形成阻擋層40之前，最好通過熱氧化法、化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在源極層30上形成第二氧化層50，用于克服氮化硅應(yīng)力過大的缺陷。進(jìn)一步地，在形成阻擋層40之后，最好也通過熱氧化法、化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在阻擋層40上形成第三氧化層60，作為刻蝕溝槽時的掩膜。相應(yīng)地，對阻擋層40進(jìn)行的構(gòu)圖工藝還包括刻蝕光刻膠不保留區(qū)域下方的第二氧化層50和第三氧化層60，形成阻擋層40的圖案，如圖3所示，其中，沒有阻擋層40的區(qū)域與晶體管溝槽所在的區(qū)域?qū)?yīng)。當(dāng)?shù)诙趸瘜?0和第三氧化層60為二氧化硅時，可以采用緩沖蝕刻液刻蝕第二氧化層50和第三氧化層60。
[0027]在形成阻擋層40的圖案之后，以阻擋層40為掩膜形成溝槽柵極2，并通過自對準(zhǔn)制程形成圖案化的第一氧化層90。具體的，結(jié)合圖4-圖8所示:
[0028]首先，以第三氧化層60為掩膜，優(yōu)選采用干刻法刻蝕沒有阻擋層40區(qū)域下方的N型重?fù)诫s源極層30、P型體區(qū)層20和部分外延層102，形成數(shù)個豎直的溝槽1，如圖4所示。
[0029]之后，再次以第三氧化層為掩膜，在溝槽I的內(nèi)壁形成絕緣層70，并去除第三氧化層，如圖5所示。優(yōu)選采用干刻法刻蝕第三氧化層，采用的氣體為Cl2、HBr和CF4。本實施例中絕緣層70的材料為二氧化硅，具體可以通過熱氧化法、化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在溝槽I的內(nèi)壁形成絕緣層70。
[0030]然后，通過化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在阻擋層40上形成多晶硅層80，且多晶硅層80填充滿溝槽I內(nèi)，如圖6所示。
[0031]最后，以阻擋層40為掩膜，對多晶硅層80進(jìn)行反刻蝕去除阻擋層40上的多晶硅，形成溝槽柵極2，如圖7所示。
[0032]以上步驟中，通過一次光刻工藝形成了晶體管的溝槽柵極。下面需要通過自對準(zhǔn)制程形成晶體管的接觸孔。在形成接觸孔前需要對溝槽柵極進(jìn)行絕緣處理，由于溝槽I的內(nèi)壁已形成絕緣層70，在形成溝槽柵極2后，只需要在溝槽柵極2上方形成氧化層。結(jié)合圖8所示，當(dāng)阻擋層40為抗氧化阻擋層時，可以通過熱氧化法或快速退火氧化法對溝槽柵極2進(jìn)行氧化，以在溝槽柵極2的上方形成圖案化的厚第一氧化層90。在上述氧化工藝中，第一氧化層90的端部會出現(xiàn)層厚和形狀不穩(wěn)定的鳥嘴部，導(dǎo)致第一氧化層90的圖案寬度大于溝槽柵極2的寬度，如圖8所示，從而第一氧化層90在后續(xù)工藝中可以作為掩膜，實現(xiàn)自對準(zhǔn)制程。
[0033]對溝槽柵極進(jìn)行絕緣處理后，去除阻擋層40和第二氧化層50，如圖8所示。當(dāng)阻擋層40為氮化硅時，采用磷酸刻蝕阻擋層40 ;當(dāng)?shù)诙趸瘜?0為二氧化硅時，采用緩沖蝕刻液刻蝕第二氧化層50。然后，以第一氧化層90為掩膜,刻蝕第一氧化層90圖案之間的N型重?fù)诫s源極層30和部分P型體區(qū)層20，形成接觸孔5，如圖9所示，而接觸孔5周圍的源極層為晶體管的源極3，接觸孔5周圍的體區(qū)層為晶體管的體區(qū)4。其中，N型重?fù)诫s源極層30和P型體區(qū)層20優(yōu)選采用干刻法進(jìn)行刻蝕，采用的氣體為Cl2、HBr和CF4。本發(fā)明的技術(shù)方案通過自對準(zhǔn)制程形成溝槽型DMOS晶體管的接觸孔，對準(zhǔn)偏差小，也不需要涂覆寬度較寬的光刻膠，大大減小了形成的接觸孔的尺寸，進(jìn)一步減小了 DMOS晶體管的尺寸，從而可以減小DMOS器件的導(dǎo)通電阻，提高DMOS器件的驅(qū)動能力。同時，相同面積上形成的晶體管數(shù)量增加，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本的效果。
[0034]在形成接觸孔之后，還需要在第一氧化層上形成圖案化的金屬層，作為源極和柵極的金屬電極。且所述金屬層填充滿接觸孔內(nèi)，用于短接DMOS器件的源極?，F(xiàn)有技術(shù)中的所述金屬層通常為鋁金屬層，但由于鋁的粘性較大，而接觸孔的孔徑很小，在填充滿接觸孔時會出現(xiàn)空洞，填充效果不好。為解決上述問題，如圖10所示，本實施例中首先以第一氧化層90為掩膜，向接觸孔內(nèi)填充滿鎢金屬，形成圖案化的鎢金屬層100，由于鎢的粘性小，在填充滿接觸孔時不會出現(xiàn)空洞，填充效果好；然后在鎢金屬層100上濺射金屬鋁，形成鋁金屬層103 ;最后對鋁金屬層103進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，形成與溝槽柵極2電連接的第一圖案(圖中未示出)和與源極3電連接的第二圖案(圖中未示出)。
[0035]本實施例中，在第一氧化層上形成圖案化的金屬層之前，可以通過接觸孔向P型體區(qū)層內(nèi)再次注入P型導(dǎo)電類型的離子。而在向接觸孔內(nèi)填充鎢金屬之前，還可以先向接觸孔內(nèi)濺射一層過渡金屬，如鈦或氮化鈦。
[0036]最后，在基底10的背面一側(cè)濺射鋁金屬層104，作為晶體管漏極的金屬電極，如圖10所示。
[0037]結(jié)合圖2-圖10所示，本發(fā)明實施例中溝槽型DMOS晶體管的具體制作過程為:
[0038]1.先向外延層102內(nèi)注入P型導(dǎo)電類型的離子，形成P型體區(qū)層20，再向體區(qū)層20內(nèi)注入N型導(dǎo)電類型的離子，形成源極層30。接下來，在源極層30上依次形成第二二氧化娃層50、氮化娃層40和第三二氧化娃層60。其中，第二二氧化娃層50作為墊氧層,氮化娃層40用于形成局部氧化,第三二氧化娃層60作為刻蝕溝槽時的掩膜。
[0039]2.通過光刻和刻蝕工藝形成溝槽的圖案。在第三二氧化硅層60上旋涂光刻膠，對光刻膠進(jìn)行曝光，顯影。然后以光刻膠為掩膜，用緩沖蝕刻液刻蝕第三二氧化硅層60，用磷酸刻蝕氮化硅層40，用緩沖蝕刻液刻蝕第二二氧化硅層50。最后去膠，形成溝槽的圖案。
[0040]3.以第三二氧化硅層60為掩膜，刻蝕源極層30、體區(qū)層20和部分外延層102，形成溝槽1，并在溝槽I的內(nèi)壁形成絕緣層70。然后用緩沖蝕刻液刻蝕掉第三二氧化硅層60。
[0041]4.以氮化硅層40為掩膜，形成溝槽柵極和圖案化的第一氧化層。首先以氮化硅層40為掩膜，在溝槽I內(nèi)淀積多晶硅，刻蝕形成溝槽柵極2。然后再以氮化硅層40為掩膜，進(jìn)行局部氧化，在溝槽柵極2上形成圖案化的厚第一氧化層90，用磷酸將氮化硅層40全部剝離，這樣源極層30上方僅剩下第二二氧化硅層50，其余地方都是厚第一氧化層90，再用緩沖蝕刻液將第二二氧化硅層50，全部刻蝕掉，為后面形成接觸孔做準(zhǔn)備。
[0042]4.以第一氧化層90為掩膜，刻蝕源極層30和部分體區(qū)層20，形成接觸孔5。再通過接觸孔5向體區(qū)層20注入P型導(dǎo)電類型的離子。
[0043]5.在接觸孔5上方形成圖案化的金屬層。首先向接觸孔5的內(nèi)壁濺射Ti/TiN，之后淀積鎢，再進(jìn)行鎢回刻，使接觸孔5中填滿鎢，形成圖案化的鎢金屬層100。然后在鎢金屬層100上濺射Al，形成鋁金屬層103，再對進(jìn)行鋁金屬層103進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，形成鋁金屬層103的圖案。
[0044]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽型雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制作方法，其特征在于，包括: 在第一導(dǎo)電類型的基底上形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)層和第一導(dǎo)電類型的源極層，并在所述源極層上形成圖案化的阻擋層； 以所述阻擋層為掩膜，形成溝槽柵極以及圖案化的第一氧化層； 以所述第一氧化層為掩膜，形成接觸孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述阻擋層為抗氧化阻擋層； 所述以所述阻擋層為掩膜，形成溝槽柵極以及圖案化的第一氧化層的步驟具體包括: 以所述阻擋層為掩膜，形成溝槽柵極； 對所述溝槽柵極進(jìn)行氧化處理，形成圖案化的第一氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，形成所述第一氧化層的方法為熱氧化法或快速退火氧化法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述源極層上形成圖案化的阻擋層的步驟具體包括: 在所述源極層上依次形成第二氧化層、氮化硅層和第三氧化層； 在所述第三氧化層上旋涂光刻膠； 對光刻膠進(jìn)行曝光，顯影，形成光刻膠保留區(qū)域和光刻膠不保留區(qū)域，其中，光刻膠不保留區(qū)域?qū)?yīng)于溝槽柵極所在的區(qū)域； 刻蝕光刻膠不保留區(qū)域下方的第三氧化層、氮化硅層和第二氧化層，形成圖案化的阻擋層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述第二氧化層和第三氧化層為二氧化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，采用緩沖蝕刻液刻蝕所述第二氧化層和第三氧化層；采用磷酸刻蝕所述氮化硅層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，形成所述第二氧化層和第三氧化層的方法為熱氧化法、化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述形成溝槽柵極的步驟具體包括: 以所述阻擋層為掩膜，刻蝕所述源極層和體區(qū)層形成溝槽，并在所述溝槽的內(nèi)壁形成絕緣層； 在所述阻擋層上形成多晶硅層，且所述多晶硅層填充滿所述溝槽內(nèi)； 以所述阻擋層為掩膜，對所述多晶硅層進(jìn)行反刻蝕去除所述阻擋層上的多晶硅，形成溝槽柵極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述絕緣層為二氧化硅； 形成所述絕緣層的方法為熱氧化法、化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述形成所述接觸孔的步驟具體為: 去除所述阻擋層； 以所述第一氧化層為掩膜，刻蝕所述源極層和部分體區(qū)層形成接觸孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的制作方法，其特征在于，還包括: 在所述第一氧化層上形成圖案化的金屬層的步驟，且所述金屬層填充滿所述接觸孔內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第一氧化層上形成圖案化的金屬層的步驟具體包括: 以所述第一氧化層為掩膜，在所述接觸孔內(nèi)填充滿鎢金屬，形成圖案化的鎢金屬層； 在所述鎢金屬層上形成鋁金屬層； 對所述鋁金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕工藝，形成與所述溝槽柵極電連接的第一圖案和與所述源極層電連接的第二圖案。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的制作方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型的基底包括第一導(dǎo)電類型的襯底和第一導(dǎo)電類型的外延層，所述外延層位于所述襯底上方。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述溝槽柵極延伸至所述外延層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的制作方法，其特征在于，還包括: 通過所述接觸孔向所述體區(qū)層內(nèi)注入第二導(dǎo)電類型的離子。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的制作方法，其特征在于，所述基底為N型硅半導(dǎo)體基底，所述體區(qū)層為P型體區(qū)層，所述源極層為N型硅半導(dǎo)體源極層。
【文檔編號】H01L21/336GK104377133SQ201310353828
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】陳兆同, 馬萬里 申請人:北大方正集團(tuán)有限公司, 深圳方正微電子有限公司