CN1770408A - 功率金氧半场效晶体管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种功率金氧半场效晶体管的制造方法，首先在基底上依序形成磊晶层、闸极介电层与闸极层。然后，定义闸极介电层与闸极层以形成一闸极结构与一罩幕堆叠结构，并且在闸极结构与罩幕堆叠结构之间形成暴露出磊晶层表面的间隙。之后，在间隙、部分闸极结构与罩幕堆叠结构的底部的磊晶层中形成井区。然后，在间隙底部的井区中形成源极区。接着，在基底上方形成一图案化的介电层，且图案化的介电层是暴露出罩幕堆叠结构上表面。继之，移除罩幕堆叠结构以形成暴露出井区表面的接触窗开口，然后，在接触窗开口底部的井区中形成基体区。

Description

功率金氧半场效晶体管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种金氧半场效晶体管的制造方法，特别是涉及一种功率金氧半场效晶体管(power MOSFET)的制造方法。

背景技术

功率金氧半场效晶体管(晶体管即电晶体，以下均称为晶体管)是可用以放大功率、并且处理高电压和大电流的半导体元件。以下以图1A至图1G来说明现有习知的一种功率金氧半场效晶体管的制造流程。

首先，请参阅图1A所示，在具有磊晶层102的基底100上形成氧化硅闸极介电层104与多晶硅闸极层106。

接着，请参阅图1B所示，以微影与蚀刻技术定义多晶硅闸极层106与氧化硅闸极介电层104以形成一闸极结构105，此闸极结构105是由多晶硅闸极层106a与氧化硅闸极介电层104a所构成。其后，进行一离子植入步骤，以在磊晶层102中形成井区110。

之后，请参阅图1C所示，利用旋转涂布法，在基底100上形成光阻层112。然后，对该光阻层112进行一曝光与显影制程，以形成图案化光阻层112a，如图1D所示。

接着，请参阅图1E所示，以图案化光阻层112a为植入罩幕，进行离子植入制程，以在井区110中形成源极区114。之后，再移除图案化光阻层112a。

然后，请参阅图1F所示，在基底100上形成一图案化光阻层116，覆盖住闸极结构105与源极区114，并暴露出预定作为基体区的井区110表面。接着，以此图案化光阻层116为罩幕进行一离子植入制程，以在井区110中形成基体区118。

其后，请参阅图1G所示，在移除图案化光阻层116之后，在基底100上方形成介电层120，以覆盖住闸极结构105、源极区114与基体区118。接着，进行微影以及蚀刻制程，在介电层120中形成接触窗开口122。

由上述的制程中可以发现，在形成闸极结构105、源极区114、基体区118、接触窗122时，皆需要形成光阻层等罩幕来定义其底下的膜层，亦即在上述的各个步骤中皆需进行一道微影制程。因此，现有习知的制程，需5至6道微影制程才能完成。然而，这样繁复的制程步骤会提高人力的耗费，且光罩的制作亦是高成本的支出，因此同样不利于节省制程的费用。

另外，在上述形成源极区114的过程中，需在基底100上形成图案化光阻层112a(如图1D所示)，并以图案化光阻层112a当作罩幕，进行离子植入制程，以在井区110中形成源极区114(如图1E所示)。但是，在现今积集化(integration)越来越高的情况下，电路元件的关键尺寸(criticaldimension，CD)亦逐渐地缩小，而上述的图案化光阻层112a可能因尺寸过小，而产生倒塌甚至是剥离(peeling)的现象，如此使得所定义的图案产生偏差。而且，图案化光阻层112a在形成源极区114的过程中，容易因离子植入步骤的进行而受到高电流植入(high current implantor)影响，进而使其造成损伤(damage)，如此亦可能造成定义不精确的问题。

此外，在定义光阻层112以形成图案化的光阻层112a的过程中，位于预定形成在基体区上的图案化的光阻层112a其形成位置有所偏差，将使得所形成的源极区114产生左右不对称的情形，进而影响到后续制程。

而且，在上述形成接触窗开口122的过程中，也容易发生错误对准(misalignment)的问题，如此可能会导致晶体管的不正常的电性连接，而造成元件的电性可靠度降低的情形。

由此可见，上述现有的功率金氧半场效晶体管的制造方法在制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决功率金氧半场效晶体管的制造方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般制造方法又没有适切的制造方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的功率金氧半场效晶体管的制造方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的功率金氧半场效晶体管的制造方法，能够改进一般现有的功率金氧半场效晶体管的制造方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的功率金氧半场效晶体管的制造方法存在的缺陷，而提供一种新的功率金氧半场效晶体管的制造方法，所要解决的技术问题是使其能够以自行对准的方式避免产生不对称的源极区，且同时可避免在形成接触窗开口的过程中，因无法自行对准所造成的不正常电性连接问题，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种功率金氧半场效晶体管的制造方法，其包括以下步骤：在一基底上依序形成一磊晶层、一闸极介电层与一闸极层；定义该闸极介电层与该闸极层以形成一闸极结构与一罩幕堆叠结构，并且在该闸极结构与该罩幕堆叠结构之间形成暴露出该磊晶层表面的一间隙；在该间隙、部分该闸极结构与该罩幕堆叠结构的底部的该磊晶层中形成一井区；以该闸极结构与该罩幕堆叠结构为罩幕，在该间隙底部的该井区中形成一源极区；在该基底上方形成一图案化的介电层以覆盖该闸极结构与裸露的该源极区，且该图案化的介电层是暴露出该罩幕堆叠结构上表面；移除该罩幕堆叠结构以形成暴露出该井区表面的一接触窗开口；以及以该图案化的介电层为罩幕，在该接触窗开口底部的该井区中形成一基体区(Body Region)。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的基底上方形成该图案化的介电层的方法包括：在该基底上形成一介电材料层，覆盖该闸极结构、该罩幕堆叠结构与该源极区；在该介电材料层上形成一图案化的光阻层；移除未被该图案化的光阻层覆盖的该介电材料层，而暴露出该罩幕堆叠结构；以及移除该图案化的光阻层。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的移除未被该图案化的光阻层覆盖的该介电材料层的方法包括利用等向性蚀刻法。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的移除该罩幕堆叠结构的方法包括利用一非等向性蚀刻法。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的图案化的介电层的材质包括氧化硅、氮化硅、磷玻璃或硼磷硅玻璃。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的图案化的介电层的材质是硼磷硅玻璃，且在该接触窗开口底部的该井区中形成该基体区后更包括对该图案化的介电层进行一热流(Thermal Flow)制程。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中定义该闸极介电层与该闸极层的方法包括依序利用一微影技术与一蚀刻技术。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的井区的形成方法包括利用离子植入法。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的源极区的形成方法包括利用一离子植入法。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的基体区的形成方法包括利用一离子植入法。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的闸极层的材质包括多晶硅。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的闸极层的形成方法包括利用一化学气相沉积法。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的闸极介电层的材质包括氧化硅。

前述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其中所述的闸极介电层的形成方法包括热氧化法。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：

本发明提出一种功率金氧半场效晶体管的制造方法，首先在基底上依序形成磊晶层、闸极介电层与闸极层。然后，定义闸极介电层与闸极层以形成一闸极结构与一罩幕堆叠结构，并且在闸极结构与罩幕堆叠结构之间形成暴露出磊晶层表面的间隙。之后，在间隙、部分闸极结构与罩幕堆叠结构的底部的磊晶层中形成井区。然后，以闸极结构与罩幕堆叠结构为罩幕，在间隙底部井区中形成源极区。接着，在基底上方形成一图案化的介电层以覆盖闸极结构与裸露的源极区，且图案化的介电层是暴露出罩幕堆叠结构上表面。继之，移除罩幕堆叠结构以形成暴露出井区表面的接触窗开口。然后，以图案化的介电层为罩幕，在接触窗开口底部的井区中形成基体区(Body Region)。

依照本发明的较佳实施例，上述在基底上方形成图案化的介电层的方法包括，先在基底上形成介电材料层，覆盖闸极结构、罩幕堆叠结构与源极区。然后，在介电材料层上形成一图案化的光阻层，接着，移除未被图案化的光阻层覆盖的介电材料层，而暴露出罩幕堆叠结构。之后，再移除图案化的光阻层。其中，上述移除未被图案化的光阻层覆盖的介电材料层的方法包括利用等向性蚀刻法。

依照本发明的较佳实施例，上述移除罩幕堆叠结构的方法包括利用一非等向性蚀刻法。

依照本发明的较佳实施例，上述图案化的介电层的材质包括氧化硅、氮化硅、磷玻璃或硼磷硅玻璃。

依照本发明的较佳实施例，上述的图案化的介电层的材质是硼磷硅玻璃，且在接触窗开口底部的井区中形成基体区后更包括对图案化的介电层进行一热流(Thermal Flow)制程。

依照本发明的较佳实施例，上述定义闸极介电层与闸极层的方法包括依序利用一微影技术与一蚀刻技术。

依照本发明的较佳实施例，上述井区的形成方法包括利用一离子植入法。

依照本发明的较佳实施例，上述源极区的形成方法包括利用一离子植入法。

依照本发明的较佳实施例，上述基体区的形成方法包括利用一离子植入法。

依照本发明的较佳实施例，上述闸极层的材质包括多晶硅。另外，闸极层的形成方法包括利用一化学气相沉积法。

依照本发明的较佳实施例，上述闸极介电层的材质包括氧化硅。另外，闸极介电层的形成方法包括热氧化法。

借由上述技术方案，本发明功率金氧半场效晶体管的制造方法至少具有下列优点：

由上述可知，本发明在形成源极区的过程中，以罩幕堆叠结构取代现有习知的图案化光阻层当作罩幕，以进行离子植入制程，形成源极区。所以，本发明可避免当制程线宽缩小时，图案化光阻层会产生倒塌甚至是剥离或是被高电流植入所损伤的问题。而且，在本发明中，闸极结构与罩幕堆叠结构是同时形成的，亦即是利用同一光罩进行微影与蚀刻制程所形成的，因此以闸极结构与罩幕堆叠结构为罩幕，所形成的源极区不会有左右不对称的情形，而有利于后续的制程。

另外，在本发明的制程中，因为是以罩幕堆叠结构为罩幕，所以在制作源极区时，可节省一道光罩的制程。而且，在后续形成接触窗开口以及基体区的制程时，同样地又能够节省2道光罩制程。因此，本发明可节省制程中所需的光罩数，连带可降低制程的成本以及人力的耗费。

另一方面，在本发明中，上述的罩幕堆叠结构有助于后续形成基体区时，可准确的在预定作为基体区的井区中形成，而此方式视为一种自行对准制程。同样地，此方法亦有助于在形成接触窗开口时，可准确的定义出开口的位置，以避免因产生错误对准，而可能会导致晶体管的不正常的电性连接的问题。而且，由于并不需要预留错误对准的空间，因此，本发明可以减少源极区预留边界的面积，进而达到提升元件密度的目的。

综上所述，本发明特殊的功率金氧半场效晶体管的制造方法，能够以自行对准的方式避免产生不对称的源极区，且同时可避免在形成接触窗开口的过程中，因无法自行对准所造成的不正常电性连接问题。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类制造方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在制造方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的功率金氧半场效晶体管的制造方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有严业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1A至图1G是绘示现有习知的功率金氧半场效晶体管的制造流程剖面示意图。

图2A至图2K是绘示依照本发明的较佳实施例的功率金氧半场效晶体管的制造流程剖面示意图。

100、200：基底                       102、202：磊晶层

104、104a：氧化硅闸极介电层          105、228：闸极结构

106、106a：多晶硅闸极层              110、212：井区

112：光阻层                          112a、116、218：图案化光阻层

114、214：源极区                     118、224：基体区

120、216：介电层                     122、222：接触窗开口

204、204a：闸极介电层                206、206a：闸极层

208：间隙                            210：罩幕堆叠结构

216a、216b：图案化介电层

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的功率金氧半场效晶体管的制造方法其具体实施方式、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

本发明的实施例是以具有n型掺杂硅的基底、n型磊晶硅、p型井区以及n型的功率金氧半场效晶体管作为说明。然而，在实际的应用上，本发明亦可以依照制程的调配与改变，而并非限定于此。

请参阅图2A至图2K所示，是绘示依照本发明的较佳实施例的功率金氧半场效晶体管的制造流程剖面示意图。

首先，请参阅图2A所示，提供具有磊晶层202的基底200。其中，磊晶层202的材质例如是具有n型掺杂的硅，且其掺杂的浓度较低于基底200的掺杂浓度。之后，在基底200上依序形成闸极介电层204与闸极层206。其中，闸极介电层204的材质例如是氧化硅，形成的方法例如是热氧化法。闸极层206的材质例如是多晶硅，形成的方法例如是化学气相沉积法。

接着，请参阅图2B所示，定义闸极介电层204与闸极层206以形成闸极结构228与罩幕堆叠结构210，而且在堆叠闸极结构228与罩幕堆叠结构210之间形成有暴露出磊晶层202表面的间隙208。其中，定义闸极介电层204与闸极层206的方法例如是利用微影与蚀刻技术。

之后，请参阅图2C所示，进行离子植入步骤，以在间隙208、部分闸极结构228与罩幕堆叠结构210的底部的磊晶层202中形成井区212。其中，以磊晶层202为具有n型的掺杂型态为例，井区212所植入的离子以p型硼较佳。

然后，请再参阅图2D所示，以闸极结构228与罩幕堆叠结构210为罩幕，进行离子植入步骤，在间隙208底部的井区212中形成源极区214。

继之，请参阅图2E所示，在基底200上方形成介电层216。其中，介电层216的材质包括氧化硅、氮化硅、磷玻璃或硼磷硅玻璃，且介电层216的形成方法例如是利用一化学气相沉积法。倘若介电层216的材质是硼磷硅玻璃，其形成方法例如是先进行一化学气相沉积制程以在基底200上方形成介电层216，然后，再对介电层216进行进行密质化(densification)步骤。

之后，请参阅图2F所示，在介电层216上形成光阻层(未绘示)，并定义光阻层以形成一图案化光阻层218。

接着，请参阅图2G所示，以图案化光阻层218当作罩幕，移除未被图案化光阻层218覆盖的介电层216以形成一图案化的介电层216a，而此图案化的介电层216a是暴露出罩幕堆叠结构210上表面。其中，上述移除未被图案化光阻层218覆盖的介电层216的方法例如是进行一等向性蚀刻制程，其例如是湿式蚀刻制程。

然后，请参阅图2H所示，进行一蚀刻制程，去除图案化光阻层218。

其后，请参阅图2I所示，移除罩幕堆叠结构210以形成暴露出井区212表面的接触窗开口222。其中，上述的移除罩幕堆叠结构210的方法例如是利用一非等向性蚀刻法。

接着，请参阅图2J所示，以图案化的介电层216a为罩幕，进行一离子植入制程，在接触窗开口222底部的井区212中形成基体区224。倘若上述的介电层216的材质是硼磷硅玻璃，则在形成基体区224后，更可对图案化的介电层216a进行一热流制程，以使接触窗开口222侧边的图案化的介电层216a变得较倾斜，而形成如图2K所示的图案化的介电层216b，如此有利于后续在接触窗开口中所进行的接触窗制程。

由上述可知，本发明是在形成闸极结构228时，同时形成罩幕堆叠结构210，且以此罩幕堆叠结构210与闸极结构228为罩幕，进行离子植入制程，以形成源极区214。因此，本发明不需如现有习知的一般在基底上方形成一图案化光阻层以当作形成源极区的罩幕。所以，本发明可避免当制程线宽缩小时，图案化光阻层会产生倒塌甚至是剥离或是被高电流植入所损伤的问题。

另外，在本发明中，闸极结构228与罩幕堆叠结构210是利用同一光罩，进行微影与蚀刻制程，而同时形成的，因此以闸极结构228与以罩幕堆叠结构210为罩幕，所形成的源极区214不会有左右不对称的情形，而有利于后续的制程。

此外，在本发明的制程中，因为是以罩幕堆叠结构210为罩幕，所以在制作源极区214时，可节省一道光罩的制程。而且，在后续制程中，制作接触窗开口与基体区224时，同样可节省2道光罩制程。因此，本发明可节省制程中所需的光罩数，而可降低制程的成本以及人力的耗费。

另一方面，在本发明中，罩幕堆叠结构210有助于后续形成基体区224时，可准确地在预定作为基体区224的井区212中形成，而此方式视为一种自行对准制程。同样地，此方法亦有助于在形成接触窗开口222时，可准确的定义出开口的位置，以避免因产生错误对准，而可能会导致晶体管的不正常的电性连接的问题。而且，由于并不需要预留错误对准的空间，因此，本发明可以减少源极区预留边界的面积，进而达到提升元件密度的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1、一种功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：

在一基底上依序形成一磊晶层、一闸极介电层与一闸极层；

定义该闸极介电层与该闸极层以形成一闸极结构与一罩幕堆叠结构，并且在该闸极结构与该罩幕堆叠结构之间形成暴露出该磊晶层表面的一间隙；

在该间隙、部分该闸极结构与该罩幕堆叠结构的底部的该磊晶层中形成一井区；

以该闸极结构与该罩幕堆叠结构为罩幕，在该间隙底部的该井区中形成一源极区；

在该基底上方形成一图案化的介电层以覆盖该闸极结构与裸露的该源极区，且该图案化的介电层是暴露出该罩幕堆叠结构上表面；

移除该罩幕堆叠结构以形成暴露出该井区表面的一接触窗开口；以及

以该图案化的介电层为罩幕，在该接触窗开口底部的该井区中形成一基体区(Body Region)。

2、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的基底上方形成该图案化的介电层的方法包括：

在该基底上形成一介电材料层，覆盖该闸极结构、该罩幕堆叠结构与该源极区；

在该介电材料层上形成一图案化的光阻层；

移除未被该图案化的光阻层覆盖的该介电材料层，而暴露出该罩幕堆叠结构；以及

移除该图案化的光阻层。

3、根据权利要求2所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的移除未被该图案化的光阻层覆盖的该介电材料层的方法包括利用等向性蚀刻法。

4、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的移除该罩幕堆叠结构的方法包括利用一非等向性蚀刻法。

5、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的图案化的介电层的材质包括氧化硅、氮化硅、磷玻璃或硼磷硅玻璃。

6、根据权利要求5所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的图案化的介电层的材质是硼磷硅玻璃，且在该接触窗开口底部的该井区中形成该基体区后更包括对该图案化的介电层进行一热流(Thermal Flow)制程。

7、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中定义该闸极介电层与该闸极层的方法包括依序利用一微影技术与一蚀刻技术。

8、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的井区的形成方法包括利用离子植入法。

9、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的源极区的形成方法包括利用一离子植入法。

10、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的基体区的形成方法包括利用一离子植入法。

11、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的闸极层的材质包括多晶硅。

12、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的闸极层的形成方法包括利用一化学气相沉积法。

13、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的闸极介电层的材质包括氧化硅。

14、根据权利要求1所述的功率金氧半场效晶体管的制造方法，其特征在于其中所述的闸极介电层的形成方法包括热氧化法。

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