三层光罩沟槽MOS器件及制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101866923A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN101866923A(43)申请公布日2010.10.20(21)申请号201010175097.1(22)申请日2010.05.18(71)申请人苏州硅能半导体科技股份有限公司地址215123江苏省苏州市工业园区星湖街328号2-B501单元(72)发明人刘伟王凡程义川(74)专利代理机构苏州创元专利商标事务所有限公司32103代理人马明渡(51)Int.Cl.H01L27/088(2006.01)H01L21/8234(2006.01)H01L21/768(2006.01)权利要求书6页说明书9页附图8页(54)发明名称三层光罩沟槽MOS器件及制造方法(57)摘要一种三层光罩沟槽N型MOS器件及制造方法，在沟槽以及导电多晶硅制作完成后，本发明利用栅极沟槽与栅极接触沟槽之间的不同开口尺寸，通过沉积具有良好台阶覆盖能力的介质层，使栅极沟槽槽口和栅极接触沟槽槽口出现不同形貌，然后经过干法刻蚀制程，再辅助以光刻制程，可以实现在需要的区域保留介质层。该存留下来的介质层可以取代光刻胶掩膜，用作N+源极离子注入的掩膜以及P型阱离子注入的掩膜，还可以用来自对准的源极接触孔和自对准的栅极接触孔。本发明仅需三层光罩就可以制造出沟槽MOSFET器件。在制造工艺简单，成本低的同时，可以实现更高的单胞密度，即更好的性能。CN1086923ACN101866923A权利要求书1/6页1.一种三层光罩沟槽N型MOS器件，在俯视平面上，该器件的中央为并联的单胞阵列区域，单胞阵列区域的顶面沉积有上金属层，单胞阵列区域的底部自下而上依次为下金属层、N+单晶硅衬底以及N-外延层；单胞阵列区域外围的N-外延层中开设有栅极接触沟槽；单胞阵列区域内的N-外延层中，纵向和横向均平行开设有若干条栅极沟槽，纵向平行开设的若干条栅极沟槽和横向平行开设的若干条栅极沟槽处于同一水平面内且相互交叉；栅极沟槽与栅极接触沟槽相通，而且每条沟槽的内表面均生长有栅氧化层，沟槽中沉积有N型高掺杂的导电多晶硅，其中，栅极沟槽中的导电多晶硅顶部覆盖有介质层，栅极接触沟槽中的导电多晶硅与单胞阵列区域外围的上金属层连接，单胞阵列区域外围的上金属层形成MOS管的栅极金属电极，其特征在于：栅极沟槽的槽宽小于栅极接触沟槽的槽宽，在栅极接触沟槽位置上从上金属层的下表面开始垂直向下开设有栅极接触孔；在单胞阵列区域内，两个相邻纵向平行开设的栅极沟槽和两个相邻横向平行开设的栅极沟槽均围成一区域，该区域所对应的N-外延层内自上而下设有N+源极区域和P型阱，同时，该区域垂直向下开设有源极接触孔；在通过源极接触孔的横向截面上，栅极沟槽中的导电多晶硅顶面低于N-外延层顶面，且单胞阵列区域的上金属层底面与导电多晶硅顶面之间的距离等于导电多晶硅顶面低于N-外延层顶面的距离；源极接触孔从上金属层的下表面一直延伸到P型阱区域内，源极接触孔为锥台形，上端开口直径大于底部直径，底部内角大于90度，源极接触孔内表面依次沉积有金属钛粘结层和氮化钛阻挡层，金属钛粘结层和氮化钛阻挡层在源极接触孔侧壁与N+源极区域形成N+源极欧姆接触，在源极接触孔侧壁和底部通过P+接触区域与P型阱形成P型阱的欧姆接触，源极接触孔中填充有金属与单胞阵列区域的上金属层连接，单胞阵列区域的上金属层形成MOS管源极金属电极，所述下金属层形成MOS管漏极金属电极。2.根据权利要求1所述的沟槽N型MOS器件，其特征在于：所述栅极沟槽和栅极接触沟槽底部的栅氧化层厚度均大于沟槽侧壁的栅氧化层厚度。3.根据权利要求1所述的沟槽N型MOS器件，其特征在于：所述栅极沟槽和栅极接触沟槽底部均设有导电多晶硅遮挡层，该导电多晶硅遮挡层位于沟槽中导电多晶硅的下方。4.一种根据权利要求1所述三层光罩沟槽N型MOS器件的制造方法，其特征在于包括下列工艺步骤：第一步.在N型高掺杂浓度的N+单晶硅衬底上，生长N型低掺杂浓度的N-外延层；第二步.在N-外延层上表面生长第一介质层，该第一介质层为二氧化硅层，或者氮化硅层，或者二氧化硅层和氮化硅层的复合层；第三步.对第一介质层实施光刻，定义出沟槽图形；第四步.采用干法刻蚀方法，选择性除去未被光刻胶保护的第一介质层，曝露出沟槽图形对应的N-外延层，而去除光刻胶后保留下来的第一介质层作为第一硬掩膜使用；第五步.以第一硬掩膜作为保护，采用干法刻蚀方法选择性刻蚀曝露出N-外延层区域的单晶硅，在N-外延层中形成沟槽，其中，位于单胞阵列区域的沟槽为栅极沟槽，而位于单胞阵列区域外围的沟槽为栅极接触沟槽，而且栅极沟槽的槽宽小于栅极接触沟槽的槽宽；第六步.采用湿法腐蚀方法，选择性去除第一硬掩膜；第七步.在第六步后整个结构的上表面均匀生长二氧化硅层，作为栅氧化层；第