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      溝槽場效應(yīng)晶體管及其形成方法

      文檔序號:7043333閱讀:258來源:國知局
      溝槽場效應(yīng)晶體管及其形成方法
      【專利摘要】一種溝槽場效應(yīng)晶體管及其形成方法。其中,所述溝槽場效應(yīng)晶體管包括:半導(dǎo)體襯底;位于所述半導(dǎo)體襯底第一表面上的外延層;位于所述外延層中的多個分立的柵極;位于所述外延層內(nèi)且位于所述柵極外圍的柵介質(zhì)層,所述柵介質(zhì)層上表面、所述柵極上表面與所述外延層上表面齊平;位于所述外延層中且位于相鄰兩個柵極之間的體區(qū),所述體區(qū)與所述柵極通過所述柵介質(zhì)層隔離;所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大。由于所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大,即體區(qū)的最小深度位于體區(qū)中間位置,有利于降低體區(qū)電阻,溝槽場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電壓隨體區(qū)電阻降低而降低,從而提高溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能。
      【專利說明】溝槽場效應(yīng)晶體管及其形成方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種溝槽場效應(yīng)晶體管及其形成方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,集成電路的研究與應(yīng)用已經(jīng)進入了片上系統(tǒng)(SOC)時代。單芯片的集成度和操作頻率越來越高,集成度已經(jīng)達到了每芯片有數(shù)量級上億的晶體管,并且還在不斷提高,這就導(dǎo)致了器件的特征尺寸不斷減小。研制和生產(chǎn)出作為集成電路基本元件的小尺寸、高速、低功耗的功率器件微電子技術(shù)發(fā)展的需要。為了滿足大功率晶體管的需求,出現(xiàn)了具有垂直溝槽的MOS晶體管,代表性的有溝槽場效應(yīng)晶體管。溝槽場效應(yīng)晶體管不僅繼承了水平溝道MOS晶體管輸入阻抗高、驅(qū)動電流小等優(yōu)點,還具有耐高壓、工作電流大、輸出功率高、開關(guān)速度快等優(yōu)點。
      [0003]然而,現(xiàn)有溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能(ruggedness)較差的問題,在負載電路中工作時容易被燒毀。
      [0004]請參考圖1,示出了溝槽場效應(yīng)晶體管運用于負載有電感的電路。所述電路中,通常由電源電壓VDD(單極器件)、開關(guān)K、溝槽場效應(yīng)晶體管M和電感L串聯(lián)構(gòu)成回路,并且通常還會連接有一個二極管D2, 二極管D2與溝槽場效應(yīng)晶體管M和電感L同時并聯(lián),而溝槽場效應(yīng)晶體管M自身內(nèi)部會形成一個內(nèi)在(built-1n) 二極管D1。當電路中,開關(guān)K從開態(tài)到關(guān)態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中,電感L會使電路中的電流忽然增加,從而影響溝槽場效應(yīng)晶體管M,具體的,電感L會將比通常工作電流更大的電流釋放到溝槽場效應(yīng)晶體管M,如果溝槽場效應(yīng)晶體管M的耐受性能較差,則溝槽場效應(yīng)晶體管M就很可能被燒毀。
      [0005]為此,需要一種新的溝槽場效應(yīng)晶體管及其形成方法,防止溝槽場效應(yīng)晶體管容易被燒毀。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種溝槽場效應(yīng)晶體管及其形成方法,以提高溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能。
      [0007]為解決上述問題,本發(fā)明提供一種溝槽場效應(yīng)晶體管,包括:
      [0008]半導(dǎo)體襯底;
      [0009]位于所述半導(dǎo)體襯底第一表面上的外延層;
      [0010]位于所述外延層中的多個分立的柵極;
      [0011]位于所述外延層內(nèi)且位于所述柵極外圍的柵介質(zhì)層,所述柵介質(zhì)層上表面、所述柵極上表面與所述外延層上表面齊平;
      [0012]位于所述外延層中且位于相鄰兩個柵極之間的體區(qū),所述體區(qū)與所述柵極通過所述柵介質(zhì)層隔離;
      [0013]所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大。
      [0014]可選的,所述體區(qū)的最小深度為0.2 μ m?0.4 μ m。[0015]可選的,所述溝槽場效應(yīng)晶體管還包括:位于所述體區(qū)中的源區(qū),所述源區(qū)上表面和所述外延層上表面齊平。
      [0016]可選的,所述半導(dǎo)體襯底具有與所述第一表面相對的第二表面,所述第二表面上具有漏區(qū)。
      [0017]為解決上述問題,本發(fā)明還提供了一種溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,包括:
      [0018]提供半導(dǎo)體襯底;
      [0019]在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成外延層;
      [0020]在所述外延層中形成多個分立的溝槽;
      [0021]在所述溝槽內(nèi)表面形成柵介質(zhì)層;
      [0022]在所述柵介質(zhì)層上形成柵極,所述柵介質(zhì)層和所述柵極共同填充滿所述溝槽,所述柵介質(zhì)層上表面、所述柵極上表面與所述外延層上表面齊平;
      [0023]在所述外延層上形成掩膜層,所述掩膜層的寬度小于相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間的距離,并且所述掩膜層到相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間的距離相等;
      [0024]以所述掩膜層為掩模,對位于相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間的所述外延層進行摻雜形成體區(qū),所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大。
      [0025]可選的,所述體區(qū)的最小深度為0.2 μ m?0.4 μ m。
      [0026]可選的,所述掩膜層的寬度范圍為相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間距離的0.3倍?0.5倍,所述掩膜層的厚度范圍為0.5 μ m?1.5 μ m。
      [0027]可選的,在形成所述柵極之后,且在形成所述掩膜層之前,所述形成方法還包括:在所述柵極、所述柵介質(zhì)層和所述外延層上形成絕緣保護層,所述掩膜層形成在所述絕緣保護層表面。
      [0028]可選的,在形成所述體區(qū)之后,所述形成方法還包括:對位于所述體區(qū)上方的所述外延層進行重摻雜形成源區(qū)。
      [0029]可選的,在形成所述源區(qū)之后,所述形成方法還包括:
      [0030]在所述絕緣保護層上形成層間介質(zhì)層;
      [0031]蝕刻所述層間介質(zhì)層、絕緣保護層和源區(qū)直至形成通孔,所述通孔位于相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間,并將所述源區(qū)隔成剩余的兩部分;
      [0032]填充所述通孔形成導(dǎo)電插塞。
      [0033]可選的,所述掩膜層的材料為負性光刻膠。
      [0034]可選的,在進行摻雜形成所述體區(qū)的過程中,對所述體區(qū)進行N型摻雜時,摻雜的離子為硼離子,摻雜的離子濃度范圍為lE12/cm3?lE13/cm3,采用的能量范圍為40KeV?SOKeV ;對所述體區(qū)進行P型摻雜時,摻雜的離子為磷離子,摻雜的離子濃度范圍為1E13/cm3?lE14/cm3,采用的能量范圍為IOOKeV?160KeV。
      [0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
      [0036]本發(fā)明的技術(shù)方案中,提供一種溝槽場效應(yīng)晶體管,所述溝槽場效應(yīng)晶體管包括:半導(dǎo)體襯底;位于所述半導(dǎo)體襯底第一表面上的外延層;位于所述外延層中的多個分立的柵極;位于所述外延層內(nèi)且位于所述柵極外圍的柵介質(zhì)層,所述柵介質(zhì)層上表面、所述柵極上表面與所述外延層上表面齊平;位于所述外延層中且位于相鄰兩個柵極之間的體區(qū),所述體區(qū)與所述柵極通過所述柵介質(zhì)層隔離;其中,所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大。由于所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大,即體區(qū)的最小深度位于體區(qū)中間位置,而體區(qū)電阻與體區(qū)中間位置的深度成正比,因此,當體區(qū)的最小深度位于體區(qū)中間位置時,體區(qū)電阻降低,溝槽場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電壓等于電路中的電流與體區(qū)電阻和插塞電阻之和的乘積,因此溝槽場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電壓隨體區(qū)電阻降低而降低,溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能隨著溝槽場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電壓的降低而提高。
      [0037]進一步,在形成所述溝槽場效應(yīng)晶體管時,采用負性光刻膠形成掩膜層,所述掩膜層位于相鄰兩個所述柵介質(zhì)層中間位置的所述外延層上。此時,形成掩膜層可直接采用后續(xù)運用于制作通孔(導(dǎo)電插塞)的掩模版。同一掩模版運用于溝槽場效應(yīng)晶體管形成過程中的兩個不同工藝步驟,可以節(jié)省掩模版的使用數(shù)量,節(jié)約成本。
      [0038]進一步,掩膜層的寬度的范圍為相鄰兩個柵介質(zhì)層之間距離的0.3倍?0.5倍。如果掩膜層的寬度超過兩個溝槽之間距離的0.5倍,則在進行摻雜之后,形成的整個體區(qū)的深度都會太小,導(dǎo)致后續(xù)形成在體區(qū)中的溝道長度太短,晶體管容易發(fā)生短溝道效應(yīng)。如果掩膜層的寬度小于兩個溝槽之間距離的0.3倍,則在進行摻雜之后,形成的體區(qū)深度太大,導(dǎo)致體區(qū)電阻無法降低至所需求,晶體管的耐受性能無法提高到所需水平。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0039]圖1是溝槽場效應(yīng)晶體管運用于負載有電感的電路意圖;
      [0040]圖2是現(xiàn)有溝槽場效應(yīng)晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0041]圖3是本發(fā)明實施例提供的溝槽場效應(yīng)晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0042]圖4至圖13是本發(fā)明又一實施例提供的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法各步驟對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
      【具體實施方式】
      [0043]請參考圖2,示出了現(xiàn)有溝槽場效應(yīng)晶體管?,F(xiàn)有溝槽場效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體襯底100,半導(dǎo)體襯底100的第一表面(未標注)上具有外延層110。外延層110上具有體區(qū)120、柵介質(zhì)層140和柵極150。體區(qū)120位于相鄰柵介質(zhì)層140之間。柵極150被柵介質(zhì)層140包圍。體區(qū)120上方具有源區(qū)130。體區(qū)120上還具有導(dǎo)電插塞160。導(dǎo)電插塞160兩側(cè)各有一個源區(qū)130。半導(dǎo)體襯底100中與第一表面相對的第二表面(未標注)上還具有漏極170。
      [0044]請繼續(xù)參考圖2,溝槽場效應(yīng)晶體管中,體區(qū)120具有體區(qū)電阻Rp,導(dǎo)電插塞160具有插塞電阻Re。當溝槽場效應(yīng)晶體管連接在電流為I的電路中時,溝槽場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電壓(Vbe)符合:Vbe=I (Rp+Rc)。
      [0045]導(dǎo)通電壓是溝槽場效應(yīng)晶體管耐受性能的重要衡量指標,通常導(dǎo)通電壓越低,溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能越好。溝槽場效應(yīng)晶體管通常可通過降低導(dǎo)通電壓(Vbe)以改善溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能。要提高溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能,必須控制導(dǎo)通電壓低于0.7V (如果導(dǎo)通電壓大于0.7V,則溝槽場效應(yīng)晶體管易被燒毀)。由于電流I通常是電路中的固定工作電流,插塞電阻Re通常較小,這兩者通常都較難改變。因此通常采用減小體區(qū)電阻Rp的方法提高溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能。
      [0046]然而,現(xiàn)有方法通常通過增大體區(qū)120的摻雜濃度以減小體區(qū)電阻Rp,從而使溝槽場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電壓降低至0.7V以下。但是,增加體區(qū)120的摻雜會影響溝槽場效應(yīng)晶體管會產(chǎn)生其它不利影響,例如出現(xiàn)閾值電壓(Vth)升高和漏源擊穿電壓(BVDss)降低等問題。
      [0047]為此,本發(fā)明提供一種新的溝槽場效應(yīng)晶體管及其形成方法,所述溝槽場效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體襯底,位于所述半導(dǎo)體襯底第一表面上的外延層,位于所述外延層中的多個分立的柵極,位于所述外延層內(nèi)且位于所述柵極外圍的柵介質(zhì)層,所述柵介質(zhì)層上表面、所述柵極上表面與所述外延層上表面齊平,位于所述外延層中且位于相鄰兩個柵極之間的體區(qū),所述體區(qū)與所述柵極通過所述柵介質(zhì)層隔離,所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大。所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大,即所述溝槽場效應(yīng)晶體管越靠近相鄰兩個所述柵介質(zhì)層中間位置深度越小,因此,所述體區(qū)的中間位置具有最小深度,并且(相對于現(xiàn)有溝槽場效應(yīng)晶體管體區(qū)最小深度而言)本發(fā)明提供的溝槽場效應(yīng)晶體管體區(qū)最小深度減小,從而使體區(qū)電阻減小,保證溝槽場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電壓降低至
      0.7V以下,提高溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能,并且防止溝槽場效應(yīng)晶體管出現(xiàn)閾值電壓升高或漏源擊穿電壓降低的問題。
      [0048]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂,下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。
      [0049]請參考圖3,示出了本發(fā)明實施例所提供的溝槽場效應(yīng)晶體管。
      [0050]如圖3所示,本實施例所提供的溝槽場效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體襯底200,位于半導(dǎo)體襯底200第一表面(未標注)上的外延層210,位于外延層210中的多個分立的柵極250,位于外延層210內(nèi)且位于柵極250外圍的柵介質(zhì)層240。柵介質(zhì)層240上表面、柵極250上表面與外延層310上表面齊平。位于外延層310中且位于相鄰兩個柵極250之間的體區(qū)220,體區(qū)220與柵極250通過柵介質(zhì)層240隔離。其中,體區(qū)220的深度從中間位置向柵極250方向逐漸增大,即體區(qū)220越靠近相鄰柵介質(zhì)層240中間位置深度越小。
      [0051]本實施例中,體區(qū)220中還具有源區(qū)230,源區(qū)230位于體區(qū)220最上方的位置,并且源區(qū)230的上表面與柵極250上表面齊平。
      [0052]本實施例中,半導(dǎo)體襯底200還具有與第一表面相對的第二表面(未標注),所述第二表面上具有漏區(qū)270。
      [0053]本實施例中,柵介質(zhì)層240呈“U”型,柵極250被柵介質(zhì)層240包圍,因此,體區(qū)220與柵極250通過柵介質(zhì)層240隔離。位于柵介質(zhì)層240外側(cè)的體區(qū)220中會各形成一個溝槽場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)區(qū)域,而這兩個溝槽場效應(yīng)晶體管共用一個柵極250,即一個柵極250同時用于控制位于其兩側(cè)的兩個溝槽場效應(yīng)晶體管。
      [0054]本實施例中,體區(qū)220位于相鄰柵介質(zhì)層240之間。源區(qū)230位于體區(qū)220最上方的位置,源區(qū)230和柵極250之間也被柵介質(zhì)層240隔離。體區(qū)220上還具有導(dǎo)電插塞260,導(dǎo)電插塞260隔開相鄰的兩個源區(qū)230,即一個導(dǎo)電插塞260同時電連接兩個源區(qū)230。而對于不同的源區(qū)230而言,其交替地被柵介質(zhì)層240和導(dǎo)電插塞260隔開。圖3中被柵介質(zhì)層240隔開的另一個源區(qū)230未示出,不過可以根據(jù)推測知道,未被示出的其中兩個源區(qū)230位于圖3中最左側(cè)以左(未顯不)和最右側(cè)以右(未顯不)。
      [0055]本實施例中,半導(dǎo)體襯底200的材料可以為硅襯底、鍺襯底或者鍺硅襯底等,本實施例以硅襯底為例。半導(dǎo)體襯底200為形成各種半導(dǎo)體器件提供一個載體。半導(dǎo)體襯底200可以進行輕摻雜,例如可以進行N型摻雜,此時外延層210也為N型摻雜,體區(qū)220為P型摻雜,源區(qū)230為N型(重)摻雜。半導(dǎo)體襯底200也可以進行P型摻雜,此時外延層210也為P型摻雜,體區(qū)220為N型摻雜,源區(qū)230為P型(重)摻雜。
      [0056]本實施例中,外延層210的材料與半導(dǎo)體襯底200相同,當半導(dǎo)體襯底200的材料為娃時,外延層210的材料也為娃,并且可以米用外延生長方法形成外延層210,外延層210
      通常為單晶結(jié)構(gòu)。
      [0057]本實施例中,柵介質(zhì)層240的材料可以為氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅等絕緣材料,相應(yīng)的,可通過熱氧化法或者沉積法形成柵介質(zhì)層240。
      [0058]本實施例中,柵極250的材料可以為多晶硅,可以采用沉積方法形成柵極250,并且可對柵極250進行離子注入以提高其導(dǎo)電性能。
      [0059]本實施例中,體區(qū)220為外延層210經(jīng)過摻雜形成。并且體區(qū)220的深度從中間位置向柵極250方向逐漸增大,即體區(qū)220越靠近相鄰兩個柵介質(zhì)層240中間位置深度越小。因此,體區(qū)220的最小深度會出現(xiàn)在相鄰兩個柵介質(zhì)層240中間。
      [0060]現(xiàn)有溝槽場效應(yīng)晶體管體區(qū)的最小深度通常在0.5 μ m以上,因此,其體區(qū)電阻通常較大(可參考圖2相關(guān)內(nèi)容)。
      [0061]本實施例中,體區(qū)220的最小深度為0.2μπι?0.4μπι。具體的,本實施例形成的體區(qū)220中間位置向上凹陷,因此體區(qū)220的最小深度出現(xiàn)在體區(qū)220中間位置,且此最小深度的范圍為0.2 μ m?0.4 μ m。根據(jù)電阻公式有:R= P L/S,其中L是體區(qū)360的最小深度,體區(qū)電阻與體區(qū)360的最小深度成正比,本實施例中,體區(qū)360最小深度的范圍為0.2μπι?
      0.4 μ m,因此,體區(qū)電阻可降低至原來的0.4?0.8 (原來體區(qū)360的最小深度在0.5 μ m以上)。
      [0062]根據(jù)以上分析可知,本實施例中體區(qū)電阻Rb可降低至原來的0.4?0.8。對于溝槽場效應(yīng)晶體管而言,其導(dǎo)通電壓等于體區(qū)電阻與插塞電阻的和乘以電流,即:導(dǎo)通電壓(Vbe)的公式:Vbe=I (Rb+Rct)。而插塞電阻Rct通常遠小于體區(qū)電阻Rb,因此,可認為導(dǎo)通電壓與體區(qū)電阻Rb成正比,本實施例中,由于體區(qū)電阻Rb可降低至原來的0.4?0.8,因此,導(dǎo)通電壓也可以降低至約0.4?0.8,從而保證導(dǎo)通電壓降低至0.7V以下(原來導(dǎo)通電壓約0.7V)。根據(jù)以上分析可知,本實施例中,導(dǎo)通電壓可以始終保持小于0.7V,因此,溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能得到提高,溝槽場效應(yīng)晶體管不易燒毀。并且,本實施例的溝槽場效應(yīng)晶體管不需要改變體區(qū)220的摻雜濃度,因此,溝槽場效應(yīng)晶體管的閾值電壓和漏源擊穿電壓等性能不受影響。
      [0063]請結(jié)合參考圖4至圖13,本發(fā)明又一實施例還提供了一種溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,圖4至圖13示出了本實施例所提供的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法各步驟對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0064]請參考圖4,提供半導(dǎo)體襯底300。
      [0065]本實施例中,半導(dǎo)體襯底300的材料可以為單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅、鍺或硅鍺(SiGe),也可以為混合半導(dǎo)體材料,例如碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或鋪化鎵或它們的任意組合,還也可以為絕緣體上娃(SOI)、鍺或娃鍺(SiGe)。
      [0066]請繼續(xù)參考圖4,在半導(dǎo)體襯底300的第一表面(未標注)上形成外延層310。
      [0067]本實施例中,外延層310的材料與半導(dǎo)體襯底300的材料相同,外延層310可以采用外延生長方法形成在半導(dǎo)體襯底300的第一表面上,外延層310通常為單晶結(jié)構(gòu)。
      [0068]請繼續(xù)參考圖4,對外延層310進行蝕刻形成多個分立的溝槽311,圖4中示出其中相鄰的兩個溝槽311。
      [0069]本實施例中,形成溝槽311的具體過程可以為:在外延層310上形成刻蝕阻擋層(未示出),然后在刻蝕阻擋層上形成光刻膠層(未示出),之后采用具有溝槽311圖形的掩膜版對光刻膠層進行曝光,再進行顯影,得到具有溝槽311圖形的光刻膠層。以具有溝槽311圖形的光刻膠層為掩膜,采用反應(yīng)離子刻蝕法等刻蝕方法,在刻蝕阻擋層上蝕刻形成溝槽311圖形開口(未示出)。然后以具有溝槽311圖形開口的刻蝕阻擋層為掩膜,采用濕法刻蝕或干法刻蝕等方法,去除未被刻蝕阻擋層覆蓋的外延層310,在所述外延層310層內(nèi)形成溝槽311。此后可采用化學(xué)清洗等方法去除光刻膠層和刻蝕阻擋層。在上述過程中,為了保證曝光精度,還可在光刻膠層和刻蝕阻擋層之間形成抗反射層(未示出)。
      [0070]請參考圖5,在溝槽311內(nèi)表面形成柵介質(zhì)層320。
      [0071]本實施例中,溝槽311內(nèi)表面包括底部和側(cè)壁,形成在溝槽311內(nèi)表面的柵介質(zhì)層320呈“U”型。圖5中“U”型柵介質(zhì)層320內(nèi)部仍然存在的溝槽311,溝槽311后續(xù)用于填充形成柵極(請參考圖6)。而“U”型柵介質(zhì)層320的兩個外側(cè)后續(xù)會各形成一個溝槽場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)區(qū)域,即最終形成的溝槽場效應(yīng)晶體管中,兩個溝槽場效應(yīng)晶體管共用一個柵介質(zhì)層320。
      [0072]本實施例中,柵介質(zhì)層320可以為氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅等絕緣材料。當柵介質(zhì)層320的材料為氧化硅時,可采用熱氧化工藝在溝槽311底部和側(cè)壁上生長柵介質(zhì)層320。
      [0073]請參考圖6,在柵介質(zhì)層320內(nèi)形成填充滿溝槽311的柵極330,柵介質(zhì)層320上表面、柵極330上表面與外延層310上表面齊平。
      [0074]本實施例中,正如前面所述,柵極330被柵介質(zhì)層320包圍,兩個溝槽場效應(yīng)晶體管共用一個柵極330。
      [0075]本實施例中,可采用化學(xué)氣相沉積法或等離子體增強化學(xué)氣相淀積法等方法在柵介質(zhì)層320表面淀積一定厚度的原位重摻雜多晶硅,然后進行平坦化,形成填充滿溝槽311的柵極330。所述重摻雜的多晶硅區(qū)域的摻雜濃度可大于lE19/cm3,從而保證柵極330電阻較小。所述平坦化過程可同時使得柵介質(zhì)層320上表面、柵極330上表面與外延層310上表面齊平。
      [0076]請參考圖7,在柵極330、柵介質(zhì)層320和外延層310上形成絕緣保護層340。
      [0077]本實施例中,絕緣保護層340的材料可以為氧化硅,可采用化學(xué)氣相淀積法形成絕緣保護層340。
      [0078]形成絕緣保護層340的意義在于:在后續(xù)形成體區(qū)的過程中,通常需要進行摻雜(離子注入)工藝和推進(driving)工藝,推進工藝目的是激活所摻雜的離子;通常推進工藝是采用高溫退火處理完成,因此,在推進工藝過程中,晶體管通常處在高溫條件下保持較長的一段時間;如果不形成絕緣保護層340,此時柵極330中的離子極有可能發(fā)生擴散,從而導(dǎo)致晶體管的性能受到破壞;本實施例形成絕緣保護層340,可以防止在推進工藝過程中,聞慘雜濃度的棚極330發(fā)生尚子擴散,從而提聞晶體管的可罪性,提聞生廣良率。
      [0079]需要說明的是,當后續(xù)形成體區(qū)過程中,推進工藝溫度較低且時間較短時,可以不必形成此絕緣保護層,此時掩膜層可以直接形成在外延層上。
      [0080]請參考圖8,在絕緣保護層340表面形成掩膜層350,即掩膜層350位于相鄰兩個柵極330中間位置的外延層310上。
      [0081]本實施例中,如圖8所示,掩膜層350的寬度W小于相鄰兩個柵介質(zhì)層320之間的距離D,并且掩膜層350到相鄰兩個柵介質(zhì)層320之間的距離(未標注)相等,即掩膜層350位于相鄰兩個柵介質(zhì)層320中間的外延層310上。
      [0082]本實施例中,掩膜層350的寬度W的范圍可以為相鄰兩個柵介質(zhì)層320之間距離D的0.3倍?0.5倍。通常相鄰兩個柵介質(zhì)層320之間距離D通??煽刂圃?.4 μ m?1.5 μ m。掩膜層350的寬度W不宜超過兩個溝槽311之間距離D的0.5倍。如果掩膜層350的寬度W超過兩個溝槽311之間距離D的0.5倍,則在進行摻雜之后,后續(xù)形成的體區(qū)深度會太小,導(dǎo)致后續(xù)溝道長度太短,晶體管容易發(fā)生短溝道效應(yīng)。如果掩膜層350的寬度W小于兩個溝槽311之間距離D的0.3倍,則在進行摻雜之后,后續(xù)形成的體區(qū)深度太大,導(dǎo)致體區(qū)電阻無法降低至所需求,晶體管的耐受性能無法提高到所需水平。
      [0083]本實施例中,掩膜層350的厚度T范圍為0.5μπι?1.5μπι。同樣的,掩膜層350的厚度T太大,后續(xù)形成的體區(qū)深度會太小,甚至無法形成完整的體區(qū),而掩膜層350的厚度太小,則無法保證后續(xù)形成的體區(qū)的最小深度達到所需要求,從而無法降低體區(qū)電阻,進而無法提聞晶體管的耐受:性能。
      [0084]本實施例中,掩膜層350的材料可以為負性光刻膠。此時,可直接采用用于制作通孔(請參考圖12)的掩模版(未示出)來制作掩膜層350。這是因為,后續(xù)導(dǎo)電插塞(請參考圖13)的位置也是位于相鄰兩個柵介質(zhì)層320之間,導(dǎo)電插塞的寬度也可以設(shè)置在兩個溝槽311之間距離D的0.3倍?0.5倍,因此,可以直接采用形成通孔(亦即形成導(dǎo)電插塞)的掩模版用于形成掩膜層350。具體的,采用此掩模版對負性光刻膠進行曝光和顯影,形成位于相鄰兩個柵介質(zhì)層320之間的外延層310上(且為絕緣保護層340表面上)的掩膜層350。本實施例中,兩個工藝步驟采用同一掩模版,可以節(jié)省掩模版的使用數(shù)量,節(jié)約成本。
      [0085]需要說明的是,在本發(fā)明的其它實施例中,也可以單獨采用一個掩模版用于形成掩膜層350,此時掩膜層350的材料可以不限定為負性光刻膠,而可以是正性光刻膠或者其它適合材料。
      [0086]請參考圖9,以圖8所示掩膜層350為掩模,對位于相鄰兩個柵介質(zhì)層320之間外延層310進行摻雜形成體區(qū)360。在形成體區(qū)360之后,可去除圖8所示掩膜層350。
      [0087]本實施例中,在進行摻雜之后,繼續(xù)進行推進工藝,以激活注入體區(qū)360中的離子。僅進行摻雜工藝,摻雜的離子可能還不會位于掩膜層350 (請參考圖8)正下方位置,但正是推進工藝,使離子發(fā)生擴散,形成真正意義的體區(qū)。具體的,所述推進工藝可以采用熱退火工藝進行,熱退火采用的溫度范圍為900°C?1050°C,推進工藝的持續(xù)時間(退火時間)可以為IOmin?60min。在推進工藝之后,摻雜的離子發(fā)生了充分擴散,形成了如圖9所示的體區(qū)360。體區(qū)360的深度從中間位置向柵極330方向逐漸增大,即越靠近相鄰兩個柵極330中間位置,體區(qū)360深度越小。
      [0088]本實施例中,若體區(qū)360的摻雜類型為N型,摻雜離子可為磷或其他五價元素,若摻雜類型為P型,摻雜離子可為硼或其他三價元素。具體的,對體區(qū)360進行N型摻雜時,摻雜的離子可以為硼離子,摻雜的離子的濃度范圍可以為lE12/cm3?lE13/cm3,采用的能量范圍可以為40KeV?80KeV。對體區(qū)360進行P型摻雜時,摻雜的離子可以為磷離子,摻雜離子的濃度范圍可以為lE13/cm3?lE14/cm3,采用的能量范圍可以為IOOKeV?160KeV。
      [0089]本實施例中,在進行上述摻雜和推進工藝之后,形成的體區(qū)360具有這樣的輪廓:體區(qū)360的深度從中間位置向柵極330方向逐漸增大,即體區(qū)360越靠近相鄰兩個柵極330中間位置深度越小。這是因為,掩膜層350阻擋在相鄰兩個柵介質(zhì)層320之間的外延層310上,由于掩膜層350的阻擋,掩膜層350正下方的外延層310摻雜的離子很少,在推進工藝過程中,注入外延層310中的離子發(fā)生擴散,實際擴散后的結(jié)果就是形成中間位置向上內(nèi)凹的體區(qū)360。
      [0090]現(xiàn)有的溝槽場效應(yīng)晶體管中,在形成體區(qū)時,沒有掩膜層遮擋在外延層上,因此其在推進工藝之后,體區(qū)輪廓通常呈中間位置向下凸出的形狀(可參考圖2),與本實施例體區(qū)360的形狀(中間位置向上凹陷)正好相反。現(xiàn)有溝槽場效應(yīng)晶體管中,體區(qū)輪廓通常呈中間位置向下凸出,其最小深度通常在0.5 μ m以上,因此其體區(qū)電阻較大。本實施例形成的體區(qū)360中間位置向上凹陷,因此體區(qū)360的最小深度出現(xiàn)在體區(qū)360中間位置。
      [0091]本實施例中,體區(qū)360的最小深度的范圍為0.2μπι?0.4 μ m。根據(jù)電阻公式有:R=P L/S,其中L是體區(qū)360的最小深度。體區(qū)電阻與體區(qū)360的最小深度成正比,本實施例中,體區(qū)360最小深度的范圍為0.2 μ m?0.4 μ m,因此,體區(qū)電阻可降低至原來的0.4?
      0.8 (原來體區(qū)360的最小深度在0.5 μ m以上)。
      [0092]根據(jù)以上分析可知,本實施例中體區(qū)電阻可降低至原來的0.4?0.8。對于溝槽場效應(yīng)晶體管而言,其導(dǎo)通電壓等于體區(qū)電阻與插塞電阻的和乘以電流,即:導(dǎo)通電壓(Vbe)的公式:Vbe=I (Rb+Rct)。插塞電阻(Rct),其通常遠小于體區(qū)電阻(Rb),因此,可認為導(dǎo)通電壓與體區(qū)電阻(Rb)成正比,本實施例中,由于體區(qū)電阻(Rb)可降低至原來的0.4?0.8,因此,導(dǎo)通電壓也可以降低至約0.4?0.8,從而保證導(dǎo)通電壓降低至0.7V以下,提高溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能。并且,整個過程中,不需要增加體區(qū)360的摻雜濃度,因此,可以防止溝槽場效應(yīng)晶體管出現(xiàn)閾值電壓升高和漏源擊穿電壓降低等問題。
      [0093]請參考圖10,對位于體區(qū)360上方的外延層310進行重摻雜形成源區(qū)370,本實施例中,源區(qū)370上表面與柵極330上表面和柵介質(zhì)層320上表面齊平。
      [0094]本實施例中,如果體區(qū)360為N型摻雜,則源區(qū)370為P型重摻雜,如果體區(qū)360為P型摻雜,源區(qū)370為N型重摻雜。
      [0095]請參考圖11,在絕緣保護層340上形成層間介質(zhì)層380。
      [0096]本實施例中,層間介質(zhì)層380的材料可以絕緣保護層340的材料相同,即層間介質(zhì)層380的材料也為氧化硅,并且同樣可以采用化學(xué)氣相沉積方法形成層間介質(zhì)層380。
      [0097]請參考圖12,蝕刻層間介質(zhì)層380、絕緣保護層340和源區(qū)370直至形成通孔371,通孔371位于兩個柵介質(zhì)層320之間,并且通孔371將源區(qū)370隔成剩余的兩部分,兩部分源區(qū)370分別屬于不同的兩個溝槽場效應(yīng)晶體管。
      [0098]本實施例中,形成通孔371所采用的掩模版與上述形成掩膜層350的掩模版為同一掩模版。正如上面所述,兩個工藝步驟采用同一掩模版可以節(jié)省掩模版的使用數(shù)量,節(jié)約成本。
      [0099]請參考圖13,填充通孔371形成導(dǎo)電插塞390。
      [0100]本實施例中,導(dǎo)電插塞390的材料可以為鋁、銅或者鎢,當采用銅時,可以采用電鍍銅工藝形成導(dǎo)電插塞390。
      [0101]需要說明的是,本實施例后續(xù)還可以對半導(dǎo)體襯底300的第二表面進行減薄,然后在第二表面上形成漏區(qū)(未示出)。
      [0102]本實施例所提供的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法中,通過在外延層310上形成掩膜層350,然后再進行摻雜形成體區(qū)360,所形成的體區(qū)360的深度從中間位置向柵極330方向逐漸增大,即體區(qū)360越靠近相鄰兩個柵極330中間位置深度越小,因此,體區(qū)電阻降低,溝槽場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電壓隨之降低,從而保證導(dǎo)通電壓降低至0.7V以下,提高溝槽場效應(yīng)晶體管的耐受性能。并且,整個形成過程中,不需要增加體區(qū)360的摻雜濃度,因此,可以防止溝槽場效應(yīng)晶體管出現(xiàn)閾值電壓升高和漏源擊穿電壓降低等問題。
      [0103]雖然本發(fā)明披露如上,但本發(fā)明并非限定于此。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),均可作各種更動與修改,因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
      【權(quán)利要求】
      1.一種溝槽場效應(yīng)晶體管,包括: 半導(dǎo)體襯底; 位于所述半導(dǎo)體襯底第一表面上的外延層; 位于所述外延層中的多個分立的柵極; 位于所述外延層內(nèi)且位于所述柵極外圍的柵介質(zhì)層,所述柵介質(zhì)層上表面、所述柵極上表面與所述外延層上表面齊平; 位于所述外延層中且位于相鄰兩個柵極之間的體區(qū),所述體區(qū)與所述柵極通過所述柵介質(zhì)層隔尚; 其特征在于, 所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大。
      2.如權(quán)利要求1所述的溝槽場效應(yīng)晶體管,其特征在于,所述體區(qū)的最小深度為0.2 μ m ~0.4 μ m。
      3.如權(quán)利要求1所述的溝槽場效應(yīng)晶體管,其特征在于,還包括:位于所述體區(qū)中的源區(qū),所述源區(qū)上表面和所述外延層上表面齊平。
      4.如權(quán)利要求1所述的溝槽場效應(yīng)晶體管,其特征在于,所述半導(dǎo)體襯底具有與所述第一表面相對的第二表面,所述第二表面上具有漏區(qū)。
      5.一種溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,包括:` 提供半導(dǎo)體襯底; 在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成外延層; 在所述外延層中形成多個分立的溝槽; 在所述溝槽內(nèi)表面形成柵介質(zhì)層; 在所述柵介質(zhì)層上形成柵極,所述柵介質(zhì)層和所述柵極共同填充滿所述溝槽,所述柵介質(zhì)層上表面、所述柵極上表面與所述外延層上表面齊平; 在所述外延層上形成掩膜層,所述掩膜層的寬度小于相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間的距離,并且所述掩膜層到相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間的距離相等; 以所述掩膜層為掩模,對位于相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間的所述外延層進行摻雜形成體區(qū),所述體區(qū)的深度從中間位置向柵極方向逐漸增大。
      6.如權(quán)利要求5所述的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,所述體區(qū)的最小深度為0.2 μ m~0.4 μ m。
      7.如權(quán)利要求5所述的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,所述掩膜層的寬度范圍為相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間距離的0.3倍~0.5倍,所述掩膜層的厚度范圍為0.5 μ m ~L 5 μ m0
      8.如權(quán)利要求5所述的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,在形成所述柵極之后,且在形成所述掩膜層之前,所述形成方法還包括:在所述柵極、所述柵介質(zhì)層和所述外延層上形成絕緣保護層,所述掩膜層形成在所述絕緣保護層表面。
      9.如權(quán)利要求8所述的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,在形成所述體區(qū)之后,所述形成方法還包括:對位于所述體區(qū)上方的所述外延層進行重摻雜形成源區(qū)。
      10.如權(quán)利要求9所述的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,在形成所述源區(qū)之后,所述形成方法還包括:在所述絕緣保護層上形成層間介質(zhì)層; 蝕刻所述層間介質(zhì)層、絕緣保護層和源區(qū)直至形成通孔,所述通孔位于相鄰兩個所述柵介質(zhì)層之間,并將所述源區(qū)分隔成兩部分; 填充所述通孔形成導(dǎo)電插塞。
      11.如權(quán)利要求5所述的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,所述掩膜層的材料為負性光刻膠。
      12.如權(quán)利要求5所述的溝槽場效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,在進行摻雜形成所述體區(qū)的過程中,對所述體區(qū)進行N型摻雜時,摻雜的離子為硼離子,摻雜的離子濃度范圍為lE12/cm3~lE13/cm3,采用的能量范圍為40KeV~80KeV ;對所述體區(qū)進行P型摻雜時,摻雜的離子為磷離子,摻雜的離子濃度范圍為lE13/cm3~lE14/cm3,采用的能量范圍為IOOKeV ~160KeV。`
      【文檔編號】H01L21/336GK103871900SQ201410081140
      【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
      【發(fā)明者】樓穎穎 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
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