CN111509028B - 复合型沟槽式金氧半场效应晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合型沟槽式金氧半场效应晶体管，包括漏极区、本体区、多个第一沟槽、多个第一栅极、多个第二沟槽、多个第二栅极与多个源极区。本体区位于漏极区上。第一沟槽并排设置且沿第一方向延伸，第一沟槽穿过本体区进入到漏极区。第一栅极分别位于第一沟槽内。第二沟槽并排设置且沿与第一方向相异的第二方向延伸，第二沟槽穿过本体区进入到漏极区，其中，第一沟槽与第二沟槽连接而将本体区分割成多个区块，第二沟槽的宽度为第一沟槽的宽度的1.5至4倍。第二栅极分别位于第二沟槽内。源极区位于本体区内，并且邻接于第一沟槽与第二沟槽。
Description
技术领域
本发明涉及一种金氧半场效应晶体管及其制造方法，尤其涉及一种沟槽式金氧半场效应晶体管及其制造方法。
背景技术
金氧半场效应晶体管被广泛地应用于电力装置的开关组件，例如是电源供应器、整流器或低压马达控制器等等。现有的金氧半场效应晶体管多采用垂直结构的设计，例如沟槽式金氧半场效应晶体管，以提升组件密度。现有的沟槽式金氧半场效应晶体管可区分为线性晶胞（strip-cell）与封闭晶胞（closed-cell）的设计，但其沟槽内的栅极均采用单一的栅极结构。
发明内容
本发明的目的在提出一种复合型沟槽式金氧半场效应晶体管，采用封闭晶胞的设计，但不同方向的沟槽内的栅极采用不同的栅极结构，通过巧妙的制程步骤安排，却仅需要增加一层光掩模，即可使通道密度大幅增加而降低导通电阻，且可降低成本。
为达到上述目的，本发明提出一种复合型沟槽式金氧半场效应晶体管，包括漏极区、本体区、多个第一沟槽、多个第一栅极、多个第二沟槽、多个第二栅极与多个源极区。漏极区具有第一导电类型。本体区具有与第一导电类型相反的第二导电类型，本体区位于漏极区上。第一沟槽并排设置且沿第一方向延伸，第一沟槽穿过本体区进入到漏极区。第一栅极分别位于第一沟槽内。第二沟槽并排设置且沿与第一方向相异的第二方向延伸，第二沟槽穿过本体区进入到漏极区，其中，第一沟槽与第二沟槽连接而将本体区分割成多个区块，第二沟槽的宽度为第一沟槽的宽度的1.5至4倍。第二栅极分别位于第二沟槽内。源极区具有第一导电类型，源极区位于本体区内，并且邻接于第一沟槽与第二沟槽。
在本发明一实施例中，第一栅极采用第一栅极结构或第二栅极结构。第一栅极结构包括第一氧化层与第一栅极电极。第一氧化层位于第一沟槽的底壁与二个侧壁。第一栅极电极位于第一氧化层上，并填充于第一沟槽。第二栅极结构包括第二氧化层、第三氧化层与第二栅极电极。第二氧化层位于第一沟槽的底壁，第二氧化层的厚度大于第一氧化层的厚度。第三氧化层位于第一沟槽的二个侧壁与第二氧化层上。第二栅极电极位于第三氧化层上，并填充于第一沟槽。
在本发明一实施例中，若第二沟槽的深度与第一沟槽的深度相同，则第二栅极采用第三栅极结构。第三栅极结构包括第四氧化层与第三栅极电极。第四氧化层位于第二沟槽的底壁与二个侧壁。第三栅极电极位于第四氧化层上，并填充于第二沟槽。
在本发明一实施例中，若第二沟槽的深度大于第一沟槽的深度，则第二栅极采用第四栅极结构或第五栅极结构或第六栅极结构。第四栅极结构包括第五氧化层与第四栅极电极。第五氧化层位于第二沟槽的底壁与二个侧壁。第四栅极电极位于第五氧化层上，并填充于第二沟槽。第五栅极结构包括第六氧化层、第一屏蔽电极、第七氧化层与第五栅极电极。第六氧化层位于第二沟槽的底壁。第一屏蔽电极位于第六氧化层上。第七氧化层位于第二沟槽的二个侧壁、第六氧化层与第一屏蔽电极上，第七氧化层与第六氧化层围绕第一屏蔽电极。第五栅极电极位于第七氧化层上，并填充于第二沟槽。第六栅极结构包括第八氧化层、第二屏蔽电极、第九氧化层、第十氧化层、第六栅极电极与第七栅极电极。第八氧化层位于第二沟槽的底壁。第二屏蔽电极位于第八氧化层上。第九氧化层位于第八氧化层、第二沟槽的二个侧壁的其中一个侧壁与第二屏蔽电极的一个侧面上。第十氧化层位于第八氧化层、第二沟槽的二个侧壁的其中另一个侧壁与第二屏蔽电极的另一个侧面上。第六栅极电极位于第九氧化层上。第七栅极电极位于第十氧化层上，其中，第六栅极电极与第七栅极电极填充于第二沟槽。
在本发明一实施例中，漏极区包括衬底与外延层。衬底具有第一导电类型。外延层具有第一导电类型，外延层位于衬底上，本体区位于外延层上。
本发明另提出一种如前所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法，包括：提供漏极区；于漏极区上形成第一沟槽与第二沟槽；于第一沟槽与第二沟槽内分别形成第一栅极与第二栅极；于漏极区的顶部形成本体区；以及于本体区内形成源极区。
在本发明一实施例中，若第二沟槽的深度大于第一沟槽的深度，则形成第一沟槽与第二沟槽包括：于漏极区上形成硬掩模，并于硬掩模上形成第一图形化光阻，第一图形化光阻仅暴露硬掩模位于第二沟槽的部分；以第一图形化光阻为屏蔽对硬掩模暴露的部分进行蚀刻以形成第一图形化硬掩模，再移除第一图形化光阻；以第一图形化硬掩模为屏蔽对漏极区暴露的部分进行蚀刻以形成多个辅助沟槽；于第一图形化硬掩模上形成第二图形化光阻，第二图形化光阻暴露第一图形化硬掩模位于第一沟槽与第二沟槽的部分；以第二图形化光阻为屏蔽对第一图形化硬掩模暴露的部分进行蚀刻以形成第二图形化硬掩模，第二图形化硬掩模暴露漏极区位于第一沟槽与辅助沟槽的部分，再移除第二图形化光阻；以及以第二图形化硬掩模为屏蔽对漏极区暴露的部分进行蚀刻以形成第一沟槽与第二沟槽，其中，第二沟槽为辅助沟槽进一步蚀刻而得。
在本发明一实施例中，于第一沟槽与第二沟槽内分别形成第一栅极与第二栅极，且第一栅极均采用第二栅极结构，包括：以薄膜沉积技术于漏极区上形成第一辅助氧化层，第一辅助氧化层填满第一沟槽与第二沟槽；于第一辅助氧化层上形成图形化光阻，图形化光阻仅暴露第一辅助氧化层位于第二沟槽的部分；以图形化光阻为屏蔽对第一辅助氧化层暴露的部分进行蚀刻，使第二沟槽内留下第二辅助氧化层；以及移除图形化光阻，并对留下的第一辅助氧化层与第二辅助氧化层进行蚀刻，使位于第二沟槽内的第二辅助氧化层消失，且第一辅助氧化层会被蚀刻至只有第一沟槽的底壁处剩下氧化层做为第二栅极结构的第二氧化层。
在本发明一实施例中，提供漏极区包括：提供具有第一导电类型的衬底；以及于衬底上形成具有第一导电类型的外延层。其中，衬底与外延层构成漏极区，于外延层形成第一沟槽与第二沟槽，于外延层的顶部形成本体区。
为让本发明上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的一实施例的俯视示意图。
图2A为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽采用第一栅极结构的剖面示意图。
图2B为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽采用第二栅极结构的剖面示意图。
图3A为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第二沟槽采用第三栅极结构的剖面示意图。
图3B为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第二沟槽采用第四栅极结构的剖面示意图。
图3C为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第二沟槽采用第五栅极结构的剖面示意图。
图3D为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第二沟槽采用第六栅极结构的剖面示意图。
图4A至图4F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第一实施例的流程示意图。
图5A至图5F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第二实施例的流程示意图。
图6A至图6F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第三实施例的流程示意图。
图7A至图7F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第四实施例的流程示意图。
图8A至图8F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第五实施例的流程示意图。
标号说明
100：漏极区
102：衬底
104：外延层
120：本体区
140：第一沟槽
150：第一栅极
152：第一栅极结构
1521：第一氧化层
1523：第一栅极电极
154：第二栅极结构
1541：第二氧化层
1543：第三氧化层
1545：第二栅极电极
160：第二沟槽
170：第二栅极
172：第三栅极结构
1721：第四氧化层
1723：第三栅极电极
174：第四栅极结构
1741：第五氧化层
1743：第四栅极电极
176：第五栅极结构
1761：第六氧化层
1763：第一屏蔽电极
1765：第七氧化层
1767：第五栅极电极
178：第六栅极结构
1781：第八氧化层
1783：第二屏蔽电极
1785a：第九氧化层
1785b：第十氧化层
1787：第六栅极电极
1789：第七栅极电极
180：源极区
402：硬掩模
404：图形化光阻
406：图形化硬掩模
408：氧化层
410：多晶硅层
502：第一辅助氧化层
504：图形化光阻
506：第二辅助氧化层
508：氧化层
510：多晶硅层
602：硬掩模
604：第一图形化光阻
606：第一图形化硬掩模
608：辅助沟槽
610：第二图形化光阻
612：第二图形化硬掩模
702、704：牺牲氧化层
706：多晶硅层
708：氧化层
710：多晶硅层
802、804：牺牲氧化层
806、808：多晶硅层
810：图形化光阻
812、814：沟槽
816：氧化层
818：多晶硅层
W1：第一沟槽的宽度
W2：第二沟槽的宽度
x：第一方向
y：第二方向
z：第三方向。
具体实施方式
为清楚呈现本发明的特征，附图中的各组件仅为示意而并非按照实物的外形与比例绘制，且省略部分公知的组件。此外，为呈现对本发明的说明的一贯性，在不同实施例中，相同或相似的标号代表相同或相似的组件。在实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
请参见图1，图1为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的一实施例的俯视示意图。金氧半场效应晶体管包括本体区120、多个第一沟槽140与多个第二沟槽160。第一沟槽140并排设置且沿第一方向x延伸，第二沟槽160并排设置且沿与第一方向x相异的第二方向y延伸；在本实施例中，第一方向x与第二方向y互相垂直，另有第三方向z与第一方向x互相垂直且与第二方向y互相垂直。第一沟槽140与第二沟槽160连接而将本体区120分割成多个区块。第二沟槽160的宽度W2为第一沟槽140的宽度W1的1.5至4倍；例如，若第一沟槽140的宽度W1是0.2微米（micrometer；µm），则第二沟槽160的宽度W2是0.3至0.8 µm。金氧半场效应晶体管还包括漏极区、多个第一栅极、多个第二栅极与多个源极区，这些均未绘示于图1所示俯视示意图中，下面会再进一步详细描述。
请同时参见图1、图2A与图3A，图2A为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽140采用第一栅极结构152的剖面示意图，图3A为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第二沟槽160采用第三栅极结构172的剖面示意图，其中，图2A为图1中A-A剖面线的剖面示意图，图3A为图1中B-B剖面线的剖面示意图。金氧半场效应晶体管包括漏极区100、本体区120、多个第一沟槽140、多个第一栅极150、多个第二沟槽160、多个第二栅极170与多个源极区180。
漏极区100具有第一导电类型，例如N型。在本实施例中，漏极区100包括衬底102与位于衬底102上的外延层104（如图2A与图3A所示），其中，衬底102与外延层104均具有第一导电类型，且衬底102的掺杂浓度大于外延层104的掺杂浓度。本体区120具有与第一导电类型相反的第二导电类型，例如P型。本体区120位于外延层104上，亦即本体区120位于整个漏极区100上。
第一沟槽140并排设置且沿第一方向x延伸（如图1所示）。第一沟槽140从本体区120的顶部表面沿第三方向z的反方向延伸且穿过本体区120进入到漏极区100的外延层104（如图2A所示）。第一沟槽140内设有第一栅极150。在本实施例中，第一栅极150采用第一栅极结构152。第一栅极结构152包括第一氧化层1521与第一栅极电极1523。第一氧化层1521位于第一沟槽140的底壁与二个侧壁。第一栅极电极1523位于第一氧化层1521上，并填充于第一沟槽140。
第二沟槽160并排设置且沿第二方向y延伸，此外第一沟槽140与第二沟槽160连接而将本体区120分割成多个区块（如图1所示）。第二沟槽160从本体区120的顶部表面沿第三方向z的反方向延伸且穿过本体区120进入到漏极区100的外延层104（如图3A所示）。第二沟槽160内设有第二栅极170。在本实施例中，第二沟槽160的深度与第一沟槽140的深度相同，第二栅极170采用第三栅极结构172。第三栅极结构172包括第四氧化层1721与第三栅极电极1723。第四氧化层1721位于第二沟槽160的底壁与二个侧壁。第三栅极电极1723位于第四氧化层1721上，并填充于第二沟槽160。
源极区180具有第一导电类型，例如N型。源极区180位于本体区120内，并且邻接于第一沟槽140与第二沟槽160（如图2A与图3A所示）。因此，源极区180设于本体区120的每一个区块内的周缘。
虽然本实施例的第一沟槽140内的第一栅极150采用第一栅极结构152、第二沟槽160内的第二栅极170采用第三栅极结构172，但是其并非用以限制本发明，下面会再进一步详细描述。
请参见图2B，图2B为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽140采用第二栅极结构154的剖面示意图。第一沟槽140内设有第一栅极150。在本实施例中，第一栅极150采用第二栅极结构154。第二栅极结构154包括第二氧化层1541、第三氧化层1543与第二栅极电极1545。第二氧化层1541位于第一沟槽140的底壁，第二氧化层1541的厚度大于第一氧化层的厚度。第三氧化层1543位于第一沟槽140的二个侧壁与第二氧化层1541上。第二栅极电极1545位于第三氧化层1543上，并填充于第一沟槽140。另外要说明的是，在第一沟槽140的底壁采用较厚的第二氧化层1541，可降低栅极电容，进而可降低开关损失，提升晶体管的开关速度。
请参见图3B，图3B为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第二沟槽160采用第四栅极结构174的剖面示意图。第二沟槽160内设有第二栅极170。在本实施例中，第二沟槽160的深度大于第一沟槽140的深度，第二栅极170采用第四栅极结构174。第四栅极结构174包括第五氧化层1741与第四栅极电极1743。第五氧化层1741位于第二沟槽160的底壁与二个侧壁。第四栅极电极1743位于第五氧化层1741上，并填充于第二沟槽160。
请参见图3C，图3C为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第二沟槽160采用第五栅极结构176的剖面示意图。第二沟槽160内设有第二栅极170。在本实施例中，第二沟槽160的深度大于第一沟槽140的深度，第二栅极170采用第五栅极结构176。第五栅极结构176包括第六氧化层1761、第一屏蔽电极1763、第七氧化层1765与第五栅极电极1767。第六氧化层1761位于第二沟槽160的底壁。第一屏蔽电极1763位于第六氧化层1761上。第七氧化层1765位于第二沟槽160的二个侧壁、第六氧化层1761与第一屏蔽电极1763上，第七氧化层1765与第六氧化层1761围绕第一屏蔽电极1763。第五栅极电极1767位于第七氧化层1765上，并填充于第二沟槽160。另外要说明的是，第一屏蔽电极1763会设计电性连接至源极区而变成源极电极，可使原来的栅极-漏极电容（Cgd）变成漏极-源极电容（Cds），可大幅降低米勒电容，进而可提升晶体管的开关效率及速度。
请参见图3D，图3D为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第二沟槽160采用第六栅极结构178的剖面示意图。第二沟槽160内设有第二栅极170。在本实施例中，第二沟槽160的深度大于第一沟槽140的深度，第二栅极170采用第六栅极结构178。第六栅极结构178包括第八氧化层1781、第二屏蔽电极1783、第九氧化层1785a、第十氧化层1785b、第六栅极电极1787与第七栅极电极1789。第八氧化层1781位于第二沟槽160的底壁。第二屏蔽电极1783位于第八氧化层1781上。第九氧化层1785a位于第八氧化层1781、第二沟槽160的二个侧壁的其中一个侧壁与第二屏蔽电极1783的一个侧面上。第十氧化层1785b位于第八氧化层1781、第二沟槽160的二个侧壁的其中另一个侧壁与第二屏蔽电极1783的另一个侧面上。第六栅极电极1787位于第九氧化层1785a上。第七栅极电极1789位于第十氧化层1785b上，其中，第六栅极电极1787与第七栅极电极1789填充于第二沟槽160。另外要说明的是，第二屏蔽电极1783会设计电性连接至源极区而变成源极电极，可使原来的栅极-漏极电容（Cgd）变成漏极-源极电容（Cds），可大幅降低米勒电容，进而可提升晶体管的开关效率及速度。
请同时参见图4A至图4F，图4A至图4F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第一实施例的流程示意图，其仅显示如图1中A-A剖面线的剖面示意图（各附图中的左图）与B-B剖面线的剖面示意图（各附图中的右图）。在第一实施例中，复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽140采用第一栅极结构152，第二沟槽160采用第三栅极结构172。如图4A所示，提供衬底102，并于衬底102上形成外延层104，其中，衬底102与外延层104构成漏极区100。于外延层104上形成硬掩模（hard mask）402，并将光阻涂布于硬掩模402上再使用光掩模进行曝光与显影以形成图形化光阻404。如图4B所示，以图形化光阻404为屏蔽对硬掩模402暴露的部分进行蚀刻以形成图形化硬掩模406。如图4C所示，移除图形化光阻404，并以图形化硬掩模406为屏蔽对外延层104暴露的部分进行蚀刻以形成第一沟槽140与第二沟槽160，再移除图形化硬掩模406。如图4D所示，以加热氧化法形成氧化层408覆盖于外延层104、第一沟槽140与第二沟槽160，再以薄膜沉积技术，例如化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）或物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD），于氧化层408上形成多晶硅层410，多晶硅层410会填满第一沟槽140与第二沟槽160。
如图4E所示，对多晶硅层410进行回蚀刻，将超出第一沟槽140与第二沟槽160的氧化层408与多晶硅层410移除。留下的氧化层408于第一沟槽140的底壁与二个侧壁形成第一氧化层1521做为栅极氧化层，留下的多晶硅层410于第一氧化层1521上形成填充于第一沟槽140的第一栅极电极1523，其中，第一氧化层1521与第一栅极电极1523构成第一栅极结构152。留下的氧化层408于第二沟槽160的底壁与二个侧壁形成第四氧化层1721做为栅极氧化层，留下的多晶硅层410于第四氧化层1721上形成填充于第二沟槽160的第三栅极电极1723，其中，第四氧化层1721与第三栅极电极1723构成第三栅极结构172。如图4F所示，以离子植入法于外延层104靠近其顶部表面的一部分转变成本体区120，再以离子植入法于本体区120靠近其顶部表面的一部分转变成源极区180。后续还会于第一栅极结构152与第三栅极结构172上形成氧化层、于此氧化层与源极区180上形成金属层做为源极金属层、于衬底102远离外延层104的一面上形成金属层做为漏极金属层等等，这些并非本发明重点而可采用公知技术实现，在此就不赘述。
请同时参见图5A至图5F，图5A至图5F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第二实施例的流程示意图，其仅显示如图1中A-A剖面线的剖面示意图（各附图中的左图）与B-B剖面线的剖面示意图（各附图中的右图）。在第二实施例中，复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽140采用第二栅极结构154，第二沟槽160采用第三栅极结构172。如图5A所示，通过如图4A至图4C的方法，于外延层104形成第一沟槽140与第二沟槽160，并以薄膜沉积技术于外延层104上形成第一辅助氧化层502，第一辅助氧化层502会填满第一沟槽140与第二沟槽160。如图5B所示，于第一辅助氧化层502上形成图形化光阻504，图形化光阻504仅暴露第一辅助氧化层502位于第二沟槽160的部分。如图5C所示，以图形化光阻504为屏蔽对第一辅助氧化层502暴露的部分进行蚀刻，使第二沟槽160内留下第二辅助氧化层506。如图5D所示，移除图形化光阻504，并对留下的第一辅助氧化层502与第二辅助氧化层506进行蚀刻，使位于第二沟槽160内的第二辅助氧化层506消失，且第一辅助氧化层502会被蚀刻至只有第一沟槽140的底壁处剩下氧化层做为第二氧化层1541。因此，第二氧化层1541位于第一沟槽140的底壁，且第二氧化层1541的厚度大于如图4F所示的第一氧化层1521的厚度。
如图5E所示，以加热氧化法形成氧化层508覆盖于外延层104、第一沟槽140与第二沟槽160，再以薄膜沉积技术于氧化层508上形成多晶硅层510，多晶硅层510会填满第一沟槽140与第二沟槽160。如图5F所示，对多晶硅层510进行回蚀刻，将超出第一沟槽140与第二沟槽160的氧化层508与多晶硅层510移除。留下的氧化层508于第一沟槽140的二个侧壁与第二氧化层1541上形成第三氧化层1543做为栅极氧化层，留下的多晶硅层510于第三氧化层1543上形成填充于第一沟槽140的第二栅极电极1545，其中，第二氧化层1541、第三氧化层1543与第二栅极电极1545构成第二栅极结构154。留下的氧化层508于第二沟槽160的底壁与二个侧壁形成第四氧化层1721做为栅极氧化层，留下的多晶硅层510于第四氧化层1721上形成填充于第二沟槽160的第三栅极电极1723，其中，第四氧化层1721与第三栅极电极1723构成第三栅极结构172。接着，以离子植入法于外延层104靠近其顶部表面的一部分转变成本体区120，再以离子植入法于本体区120靠近其顶部表面的一部分转变成源极区180。
请同时参见图6A至图6F，图6A至图6F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第三实施例的流程示意图，其仅显示如图1中A-A剖面线的剖面示意图（各附图中的左图）与B-B剖面线的剖面示意图（各附图中的右图）。在第三实施例中，复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽140采用第一栅极结构152，第二沟槽160采用第四栅极结构174。如图6A所示，提供衬底102，并于衬底102上形成外延层104，其中，衬底102与外延层104构成漏极区100。于外延层104上形成硬掩模602，并于硬掩模602上形成第一图形化光阻604，第一图形化光阻604仅暴露硬掩模602位于第二沟槽160的部分。如图6B所示，以第一图形化光阻604为屏蔽对硬掩模602暴露的部分进行蚀刻以形成第一图形化硬掩模606，再移除第一图形化光阻604。以第一图形化硬掩模606为屏蔽对外延层104暴露的部分进行蚀刻以形成辅助沟槽608。如图6C所示，于第一图形化硬掩模606上形成第二图形化光阻610，第二图形化光阻610暴露第一图形化硬掩模606位于第一沟槽140与第二沟槽160的部分。
如图6D所示，以第二图形化光阻610为屏蔽对第一图形化硬掩模606暴露的部分进行蚀刻以形成第二图形化硬掩模612，第二图形化硬掩模612暴露外延层104位于第一沟槽140与辅助沟槽608的部分，再移除第二图形化光阻610。如图6E所示，以第二图形化硬掩模612为屏蔽对外延层104暴露的部分进行蚀刻以形成第一沟槽140与第二沟槽160，第二沟槽160为辅助沟槽608进一步蚀刻而得，此时第二沟槽160的深度大于第一沟槽140的深度。如图6F所示，通过如图4D至图4F的方法，于第一沟槽140的底壁与二个侧壁形成第一氧化层1521做为栅极氧化层，于第一氧化层1521上形成填充于第一沟槽140的第一栅极电极1523，其中，第一氧化层1521与第一栅极电极1523构成第一栅极结构152。于第二沟槽160的底壁与二个侧壁形成第五氧化层1741做为栅极氧化层，于第五氧化层1741上形成填充于第二沟槽160的第四栅极电极1743，其中，第五氧化层1741与第四栅极电极1743构成第四栅极结构174。接着，以离子植入法于外延层104靠近其顶部表面的一部分转变成本体区120，再以离子植入法于本体区120靠近其顶部表面的一部分转变成源极区180。
请同时参见图7A至图7F，图7A至图7F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第四实施例的流程示意图，其仅显示如图1中A-A剖面线的剖面示意图（各附图中的左图）与B-B剖面线的剖面示意图（各附图中的右图）。在第四实施例中，复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽140采用第一栅极结构152，第二沟槽160采用第五栅极结构176。如图7A所示，通过如图6A至图6E的方法，于外延层104形成第一沟槽140与第二沟槽160，第二沟槽160的深度大于第一沟槽140的深度。以加热氧化法于第一沟槽140的底壁与二个侧壁形成牺牲氧化层702，同时于第二沟槽160的底壁与二个侧壁形成牺牲氧化层704。如图7B所示，以薄膜沉积技术于外延层104、牺牲氧化层702与704上形成多晶硅层706，多晶硅层706会填满第一沟槽140与第二沟槽160。如图7C所示，对多晶硅层706进行回蚀刻，且多晶硅层706会被蚀刻至只有第二沟槽160的底壁处剩下多晶硅层做为第一屏蔽电极1763。如图7D所示，对牺牲氧化层702与704进行蚀刻，使第一沟槽140内的牺牲氧化层702消失，且第二沟槽160的牺牲氧化层704会被蚀刻至只有其底壁处剩下牺牲氧化层做为第六氧化层1761。因此，第六氧化层1761位于第二沟槽160的底壁，第一屏蔽电极1763位于第六氧化层1761上。
如图7E所示，以加热氧化法形成氧化层708覆盖于外延层104、第一沟槽140与第二沟槽160，再以薄膜沉积技术于氧化层708上形成多晶硅层710，多晶硅层710会填满第一沟槽140与第二沟槽160。如图7F所示，对多晶硅层710进行回蚀刻，将超出第一沟槽140与第二沟槽160的氧化层708与多晶硅层710移除。留下的氧化层708于第一沟槽140的底壁与二个侧壁形成第一氧化层1521做为栅极氧化层，留下的多晶硅层710于第一氧化层1521上形成填充于第一沟槽140的第一栅极电极1523，其中，第一氧化层1521与第一栅极电极1523构成第一栅极结构152。留下的氧化层708于第二沟槽160的二个侧壁、第六氧化层1761与第一屏蔽电极1763上形成第七氧化层1765做为栅极氧化层，第七氧化层1765与第六氧化层1761围绕第一屏蔽电极1763，留下的多晶硅层710于第七氧化层1765上形成填充于第二沟槽160的第五栅极电极1767，其中，第六氧化层1761、第一屏蔽电极1763、第七氧化层1765与第五栅极电极1767构成第五栅极结构176。接着，以离子植入法于外延层104靠近其顶部表面的一部分转变成本体区120，再以离子植入法于本体区120靠近其顶部表面的一部分转变成源极区180。
请同时参见图8A至图8F，图8A至图8F为本发明复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法的第五实施例的流程示意图，其仅显示如图1中A-A剖面线的剖面示意图（各附图中的左图）与B-B剖面线的剖面示意图（各附图中的右图）。在第五实施例中，复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的第一沟槽140采用第一栅极结构152，第二沟槽160采用第六栅极结构178。如图8A所示，通过如图7A与图7B的方法，于外延层104形成第一沟槽140与第二沟槽160，第二沟槽160的深度大于第一沟槽140的深度。以加热氧化法于第一沟槽140的底壁与二个侧壁形成牺牲氧化层802，同时于第二沟槽160的底壁与二个侧壁形成牺牲氧化层804。以薄膜沉积技术于外延层104、牺牲氧化层802与804上形成多晶硅层806，多晶硅层806会填满第一沟槽140与第二沟槽160。如图8B所示，对多晶硅层806进行回蚀刻，将超出第一沟槽140与第二沟槽160的多晶硅层806移除。留下的多晶硅层806于第一沟槽140内形成多晶硅层808，且于第二沟槽160内形成第二屏蔽电极1783。接着，于外延层104上形成图形化光阻810，图形化光阻810暴露第一沟槽140但遮蔽第二沟槽160。如图8C所示，以图形化光阻810为屏蔽对第一沟槽140内的多晶硅层808进行蚀刻，并使其消失后再移除图形化光阻810。如图8D所示，对氧化层802与804进行蚀刻，使位于第一沟槽140内的氧化层802消失，且位于第二沟槽160内的氧化层804会被蚀刻至只有其底壁处剩下氧化层做为第八氧化层1781。因此，第八氧化层1781位于第二沟槽160的底壁，第二屏蔽电极1783位于第八氧化层1781上，且第二屏蔽电极1783将第二沟槽160内的空间分隔成两个沟槽812与814。
如图8E所示，以加热氧化法形成氧化层816覆盖于外延层104、第一沟槽140与第二沟槽160，再以薄膜沉积技术于氧化层816上形成多晶硅层818，多晶硅层818会填满第一沟槽140与第二沟槽160（包括沟槽812与814）。如图8F所示，对多晶硅层818进行回蚀刻，将超出第一沟槽140与第二沟槽160的氧化层816与多晶硅层818移除。留下的氧化层816于第一沟槽140的底壁与二个侧壁形成第一氧化层1521做为栅极氧化层，留下的多晶硅层818于第一氧化层1521上形成填充于第一沟槽140的第一栅极电极1523，其中，第一氧化层1521与第一栅极电极1523构成第一栅极结构152。留下的氧化层816于第八氧化层1781、第二沟槽160的二个侧壁的其中一个侧壁与第二屏蔽电极1783的一个侧面上形成第九氧化层1785a做为栅极氧化层，且于第八氧化层1781、第二沟槽160的二个侧壁的其中另一个侧壁与第二屏蔽电极1783的另一个侧面上形成第十氧化层1785b做为栅极氧化层；留下的多晶硅层818于第九氧化层1785a上形成填充于第二沟槽160（沟槽812）的第六栅极电极1787，且于第十氧化层1785b上形成填充于第二沟槽160（沟槽814）的第七栅极电极1789；其中，第八氧化层1781、第二屏蔽电极1783、第九氧化层1785a、第十氧化层1785b、第六栅极电极1787与第七栅极电极1789构成第六栅极结构178。接着，以离子植入法于外延层104靠近其顶部表面的一部分转变成本体区120，再以离子植入法于本体区120靠近其顶部表面的一部分转变成源极区180。
在一实施例中，第一氧化层1521至第十氧化层1785b所使用的材料为二氧化硅或其它介电质材料。第一栅极电极1523至第七栅极电极1789、第一屏蔽电极1763与第二屏蔽电极1783使用的材料不限于前述的多晶硅，还可以是掺杂多晶硅、金属、或非晶硅。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (9)
1.一种复合型沟槽式金氧半场效应晶体管，其特征在于包括：
漏极区，具有第一导电类型；
本体区，具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型，所述本体区位于所述漏极区上；
多个第一沟槽，并排设置且沿第一方向延伸，所述多个第一沟槽穿过所述本体区进入到所述漏极区；
多个第一栅极，分别位于所述多个第一沟槽内；
多个第二沟槽，并排设置且沿与所述第一方向相异的第二方向延伸，所述多个第二沟槽穿过所述本体区进入到所述漏极区，其中，所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽连接而将所述本体区分割成多个区块，所述第二沟槽的宽度为所述第一沟槽的宽度的1.5至4倍；
多个第二栅极，分别位于所述多个第二沟槽内；以及
多个源极区，具有所述第一导电类型，所述多个源极区位于所述本体区内，并且邻接于所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽。
2.如权利要求1所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管，其中，所述第一栅极采用第一栅极结构或第二栅极结构；
其中，所述第一栅极结构包括：
第一氧化层，位于所述第一沟槽的底壁与二个侧壁；以及
第一栅极电极，位于所述第一氧化层上，并填充于所述第一沟槽；
其中，所述第二栅极结构包括：
第二氧化层，位于所述第一沟槽的所述底壁，所述第二氧化层的厚度大于所述第一氧化层的厚度；
第三氧化层，位于所述第一沟槽的所述二个侧壁与所述第二氧化层上；以及
第二栅极电极，位于所述第三氧化层上，并填充于所述第一沟槽。
3.如权利要求2所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管，其中，若所述第二沟槽的深度与所述第一沟槽的深度相同，则所述第二栅极采用第三栅极结构，其中，所述第三栅极结构包括：
第四氧化层，位于所述第二沟槽的底壁与二个侧壁；以及
第三栅极电极，位于所述第四氧化层上，并填充于所述第二沟槽。
4.如权利要求3所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管，其中，若所述第二沟槽的深度大于所述第一沟槽的深度，则所述第二栅极采用第四栅极结构或第五栅极结构或第六栅极结构；
其中，所述第四栅极结构包括：
第五氧化层，位于所述第二沟槽的所述底壁与所述二个侧壁；以及
第四栅极电极，位于所述第五氧化层上，并填充于所述第二沟槽；
其中，所述第五栅极结构包括：
第六氧化层，位于所述第二沟槽的所述底壁；
第一屏蔽电极，位于所述第六氧化层上；
第七氧化层，位于所述第二沟槽的所述二个侧壁、所述第六氧化层与所述第一屏蔽电极上，所述第七氧化层与所述第六氧化层围绕所述第一屏蔽电极；以及
第五栅极电极，位于所述第七氧化层上，并填充于所述第二沟槽；
其中，所述第六栅极结构包括：
第八氧化层，位于所述第二沟槽的所述底壁；
第二屏蔽电极，位于所述第八氧化层上；
第九氧化层，位于所述第八氧化层、所述第二沟槽的所述二个侧壁的其中一个侧壁与所述第二屏蔽电极的一个侧面上；
第十氧化层，位于所述第八氧化层、所述第二沟槽的所述二个侧壁的其中另一个侧壁与所述第二屏蔽电极的另一个侧面上；
第六栅极电极，位于所述第九氧化层上；以及
第七栅极电极，位于所述第十氧化层上，其中，所述第六栅极电极与所述第七栅极电极填充于所述第二沟槽。
5.如权利要求1所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管，其中，所述漏极区包括：
衬底，具有所述第一导电类型；以及
外延层，具有所述第一导电类型，所述外延层位于所述衬底上，所述本体区位于所述外延层上。
6.一种如权利要求4所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法，其特征在于包括：
提供所述漏极区；
于所述漏极区上形成所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽；
于所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽内分别形成所述多个第一栅极与所述多个第二栅极；
于所述漏极区的顶部形成所述本体区；以及
于所述本体区内形成所述多个源极区。
7.如权利要求6所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法，其中，若所述第二沟槽的深度大于所述第一沟槽的深度，则形成所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽包括：
于所述漏极区上形成硬掩模，并于所述硬掩模上形成第一图形化光阻，所述第一图形化光阻仅暴露所述硬掩模位于所述第二沟槽的部分；
以所述第一图形化光阻为屏蔽对所述硬掩模暴露的部分进行蚀刻以形成第一图形化硬掩模，再移除所述第一图形化光阻；
以所述第一图形化硬掩模为屏蔽对所述漏极区暴露的部分进行蚀刻以形成多个辅助沟槽；
于所述第一图形化硬掩模上形成第二图形化光阻，所述第二图形化光阻暴露所述第一图形化硬掩模位于所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽的部分；
以所述第二图形化光阻为屏蔽对所述第一图形化硬掩模暴露的部分进行蚀刻以形成第二图形化硬掩模，所述第二图形化硬掩模暴露所述漏极区位于所述多个第一沟槽与所述多个辅助沟槽的部分，再移除所述第二图形化光阻；以及
以所述第二图形化硬掩模为屏蔽对所述漏极区暴露的部分进行蚀刻以形成所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽，其中，所述多个第二沟槽为所述多个辅助沟槽进一步蚀刻而得。
8.如权利要求6所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法，其中，于所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽内分别形成所述多个第一栅极与所述多个第二栅极，且所述多个第一栅极均采用所述第二栅极结构，包括：
以薄膜沉积技术于所述漏极区上形成第一辅助氧化层，所述第一辅助氧化层填满所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽；
于所述第一辅助氧化层上形成图形化光阻，所述图形化光阻仅暴露所述第一辅助氧化层位于所述多个第二沟槽的部分；
以所述图形化光阻为屏蔽对所述第一辅助氧化层暴露的部分进行蚀刻，使所述多个第二沟槽内留下第二辅助氧化层；以及
移除所述图形化光阻，并对留下的所述第一辅助氧化层与所述第二辅助氧化层进行蚀刻，使位于所述多个第二沟槽内的所述第二辅助氧化层消失，且所述第一辅助氧化层会被蚀刻至只有所述多个第一沟槽的底壁处剩下氧化层做为所述第二栅极结构的所述第二氧化层。
9.如权利要求6所述的复合型沟槽式金氧半场效应晶体管的制造方法，其中，提供所述漏极区包括：
提供具有所述第一导电类型的衬底；以及
于所述衬底上形成具有所述第一导电类型的外延层；
其中，所述衬底与所述外延层构成所述漏极区，于所述外延层形成所述多个第一沟槽与所述多个第二沟槽，于所述外延层的顶部形成所述本体区。
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