TW200300587A - Method for forming trench MOSFET device with low parasitic resistance - Google Patents

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Fwu-Iuan Hshieh
Koon Chong So
John E Amato
Brian D Pratt
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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200300587 A7 ______B7_ 五、發明説明（1 ) 發明所屬之技術領域： 本發明係關於一種溝槽式MOSFET裝置，尤指一種具 有低寄生電阻之溝槽式MOSFET裝置。 先前技術： 溝槽式MOSFET(金屬氧化半導體場效電晶體）爲一種電 晶體，其中，通道被垂直地形成，並且閘極被形成於延伸 在源極與汲極之間的溝槽中，此溝槽，其和一薄絕緣層（例 如，氧化物層）並列且以例如多晶矽（亦即，多結晶系矽）來 予以塡充，讓較不受緊縮之電流流動，而藉以提供較低値 之特定的導通電阻。溝槽式MOSFET電晶體的例子被揭示 於，舉例來說，美國專利第5,072,266，5,541，425，5,86693 1 .及6,031，265號案中，而他們的揭示在此被倂入當做參考資 料。 做爲一特定例，圖1例舉在美國專利第5,072,266號案中 所揭示之六角形形狀溝槽式MOSFET結構21的一半，此結 構包含一 n +基板23，而一預定深度cLPi之輕度掺雜的η磊 晶層25生長於η +基板23上，在磊晶層25內，設置一 ρ體區 域27(ρ，ρ + )。在所顯示之設計中，ρ體區域27實際上係平面 的（除了在中央區域中以外），而且典型上距離磊晶層之頂面 下面一段dmin.的距離。另一層覆蓋大部分ρ體區域27的層 28(n + )當作裝置用的源極，一序列之六角形形狀的溝槽29被 設置在磊晶層中，開口朝向頂部並具.有預定深度，溝槽 29典型上和氧化物並列且以導電性多晶矽來予以塡充’形 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) _ -6- I 一 ^t.„IT^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 200300587 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 成用於MOSFET裝置的閘極。溝槽29界定在水平橫斷面也 是六角形形狀的單元區域3 1，在單元區域3 1中，p體區域27 上升至磊晶層的頂面，並且在水平橫斷面上形成一露出圖 .案3 3於單元區域31的頂面。在所例舉之特定設計中，P體區 域27之p+中央部分延伸至磊晶層之表面下面一段dmax的深 度，其係大於電晶體單元用的溝槽深度，使得崩潰電壓 離開溝槽表面，並且進入半導體材料塊中。 典型之MOSFET裝置包含許多個別的MOSFET單元， 他們被平行地製造於單一晶片內（亦即，半導體晶圓的一部 分）。因此，圖1所示之晶片含有許多六角形形狀的單元3 1 ( 這些單元的其中5個被例舉出），一般使用和六角形組態不 同的單元組態，包含正方形形狀的組態。在像圖1所示的設 計中.，基板區域23用作一用於所有的個別MOSFET單元之 共同汲極。雖然未顯示出，用於MOSFET單元31之所有的 源極典型上經由一金屬源極接觸而被短路在一起’此金屬 源極接觸被配置於n +源極區域2 8的頂部上。一絕緣區域’ 例如硼磷矽酸鹽玻璃（未顯示出），典型上被置於溝槽29中的 多晶矽與金屬源極接觸之間，以防止閘極區域和源極區域 短路。於是，爲了做成閘極接觸’典型上使溝槽29中的多 晶矽延伸進入MOSFET單元31以外的終端區域內’其中’ 一金屬閘極接觸被設置於多晶砂上。因爲多晶砂閘極區域 經由溝槽而彼此互相連接，所以此配置爲裝置之所有的閘 極區域提供一單一閘極接觸。由於此方案的結果’即使晶 片含有一矩陣之個別的電晶體單元，這些單元3 1用作單一 ------；---7--抑衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公楚） 200300587 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 的大電晶體。 已經發現當P-體上的薄片電阻增加時，跨於Pv體上的 電壓降也隨著增加，使得由源極、體及汲極所構成之寄生 NPN電晶體更敏感而被突然地打開，舉例來說，在突崩潰 期間，寄生電晶體能夠被突然地起動，其能夠使裝置之整 體性能嚴重地變差，並且甚至能夠造成對裝置的永久破壞 〇 在美國專利第6,031，265號案中敘述一種方法，藉此方 法，能夠使溝槽式MOSFET裝置中之體區域的電阻（而因此 跨於體區域上的電壓降）減小。圖2係取自此專利，並且例 舉溝槽式MOSFET的一部分，其中，一 N +基板105支撐一 N epi-層110，此裝置之各電晶體單元包含一溝槽閘極125、一 N +源極區域140、及一 P-體區域130，典型上，也設置一絕 緣層145。各電晶體單元另包含一深的P +區域138，形成於 P-體區域中，此深的P +區域138具有比周圍之P-體還高的 P-掺雜濃度，使P-體區域130的寄生電阻減小，並改善電晶 體單元的強健性，這之所以被達成係因爲使跨於此裝置之 體區域上的電壓降減小，同樣地使寄生電阻減小，而因此 使突然打開寄生NPN電晶體的可能性減小。一淺的P +區域 139進一步被設置於體區域130中，以使在金屬接觸170處之 接觸電阻減小。 在美國專利第6,031，265號案所敘述的程序中，經由在 絕緣層1 4 5中所形成之最終的接觸孔徑來植入被用來構成深 的P +區域138及淺的P +區域139之P-型掺雜劑。因爲掺雜劑 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-8- 200300587 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Μ ____ Β7五、發明説明（4 ) 在後續的擴散期間能夠移動進入體區域130之通道內（其被發 現沿著溝槽閘極125)，並且負面地衝擊裝置性能，所以應該 小心地確保Ρ-掺雜劑被植入而離開通道足夠地遠。但是， 此動作能夠限制較寬大之絕緣層145孔徑的使用，這是因爲 如此之使用會使Ρ-掺雜劑置於通道的附近。較寬大之絕緣 層145孔徑可能是較令人滿意的，舉例來說，因爲他們爲裝 置之源極區域140提供較大的接觸區域。 本發明之槪述： 本發明提供一種用以形成具有低寄生電阻之溝槽式 MOSFET裝置的改良方法。 依據本發明之實施例，提供一種用來形成一包括多個 溝槽式MOSFET單元之裝置的方法，此方法包括：（a)設置 一第一導電性類型的基板；（b)沉積一第一導電性類型的 磊晶層於基板上；（c)從磊晶層的上側表面蝕刻溝槽進入磊 晶區域；（d)形成一第一絕緣區域，其與至少一部分的溝 槽相鄰；（e)形成一第一導電性區域於溝槽內且相鄰於第一 絕緣區域；（f)形成一第二導電性類型的體區域於磊晶層的 上側部分中；（g)形成第一導電性類型的源極區域在相鄰 於溝槽之體區域的上側部分中；（h)形成一經圖案化之植 入遮罩於磊晶層上，此經圖案化之植入遮罩包括一經圖案 化之第二絕緣區域，其中，經圖案化之植入遮罩在至少部 分之相鄰於源極的體區域上具有孔徑，其中，經圖案化之 植入遮罩覆蓋至少部分的導電區域’且其中，經圖案化之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9- 200300587 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 植入遮罩覆蓋至少部分的源極區域；（i)藉由一程序而形成 淺的掺雜劑區域，.該程序包括：（1)經由該等孔徑而以第 一能量位準來將第二導電性類型之第一掺雜劑植入於體區 域的上側部分內，及（2)從磊晶層的上側表面，在高溫下 使第一掺雜劑擴散至第一深度；（j)藉由一程序而形成深的 掺雜劑區域，該程序包括：（1)經由該等孔徑而以第二能 量位準來將第二導電性類型之第二掺雜劑植入於體區域的 上側部分內，及（2)從磊晶層的上側表面，在高溫下使第 二掺雜劑擴散至第二深度；（k)使經圖案化之第二絕緣區 域中的孔徑擴大；以及（1)形成一和源極區域的上側表面及 淺的掺雜區域之上側表面相鄰的導電性源極接觸。在此方 法中，深的掺雜劑區域及淺的掺雜劑區域各自具有一比體 區域還高的多數載子濃度，第二能量位準係大於第一能量 位準，第二深度係大於第一深度，並且第一與第二摻雜劑 可以是相同或相異的。 除了導電性源極接觸之外，一導電性汲極接觸也被有 利地形成而和半導體基板相鄰，以及一導電性閘極接觸被 有利地形成而和遠離源極區域之導電區域的上側表面相鄰 〇 . 在許多較佳實施例中，經圖案化之植入遮罩包括一經 圖案化之遮蓋層，其位於經圖案化之第二絕緣區域（舉例來 說’其可以是一經圖案化之BPSG區域）上。如此之經圖案 化的植入遮罩能夠藉由一方法來予以形成，該方法包括（a) 沉積一層第二絕緣材料；（b)形成經圖案化之遮蓋層於第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 線 -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200300587 A7 B7 五、發明説明（6 ) 二絕緣材料層上；及（c)蝕刻第二絕緣材料層之未被經圖案 化之遮蓋層所覆蓋的區域，以形成經圖案化之第二絕緣區 域。在這些實施例中，在植入之後和第一及第二掺雜劑的 擴散之前，有利地去除此經圖案化之遮蓋層。 較佳地，第一導電性類型爲N-型導電性，且第二導電 性類型爲P-型導電性。在此情況中，第一及第二掺雜劑較 佳爲硼掺雑劑。 在一些較佳實施例中，源極區域從磊晶層表面延伸至 一爲第一與第二深度中間的深度。 依據本發明之較佳實施例：（a)經圖案化之植入遮罩包 括一經圖案化之遮蓋層，其位於經圖案化之BPSG層上； (b)在植入之後和第一及第二掺雜劑的擴散之前去除此經 圖案化之遮蓋層；（c)藉由一空白（blank)溼式鈾刻步驟，諸 孔徑被擴大於經圖案化之BPSG層中；及（d)此裝置被加熱 至高溫，該等高溫足以（1)使BPSG層受到回流，及（2)使 第一及第二掺雜劑擴散至第一及第二深度。 依據本發明之另一較佳實施例，提供一種用來彤成一 包括多個溝槽式MOSFET單元之裝置的方法，此方法包括 :U)設置一 N -型政基板；（b)沉稹一 N -型砂晶晶層於基 板上，該磊晶層具有比基板還低的多數載子濃度；（c)從磊 晶層的上側表面餽刻溝槽進入磊晶區域；（d)形成一砂氧 化物區域，其與至少一部分的溝槽相鄰；（e)形成一經掺雜 之多晶矽區域於溝槽內且相鄰於矽氧化物區域；（f)形成一 P-型體區域於磊晶層的上側部分中；（g)形成N-型源極區 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297^釐） ^ ~ '~ -11 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
200300587 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 域在相鄰於溝槽之體區域的上側部分中；（h)形成一經圖 案化之植入遮罩於磊晶層上，其中，經圖案化之植入遮罩 在至少部分之相鄰於源極的體區域上具有孔徑，其中，經 圖案化之植入遮罩覆蓋至少部分的經掺雜之多晶矽區域， 其中，經圖案化之植入遮罩覆蓋至少部分的源極區域，且 其中，經圖案化之植入遮罩包括一位於經圖案化之BPSG區 域上的經圖案化之遮蓋層；（i)藉由一程序而形成淺的掺雜 劑區域，該程序包括：（1)經由該等孔徑而以第一能量位 準來將第一 P-型掺雜劑植入於體區域的上側部分內，及（2) 從磊晶層的上側表面，在高溫下使第一掺雜劑擴散至第一 深度；（j)藉由一程序而形成深的掺雜劑區域.，該程序包括 :(1)經由該等孔徑而以第二能量位準來將第二P-型掺雜 劑植入於體區域的上側部分內，及（2)從磊晶層的上側表 面，在高溫下使第二掺雜劑擴散至第二深度；及（k)藉由 一空白溼式蝕刻步驟，使經圖案化之BPSG區域中的孔徑擴 大。在此方法中，深的掺雜劑區域及淺的掺雜劑區域各自 具有一比體區域還高的多數載子濃度，第二能量位準係大 於第一能量位準，第二深度係大於第一深度，並且第一與 第二P-型掺雜劑可以是相同或相異的。 依據本發明之另一實施例，提供一種用來形成淺及深 的掺雜劑之方法，該淺及深的掺雜劑植入係相鄰於第一導 電性類型之源極區域，而源極區域係在溝槽式MOSFET裝 置中之磊晶層的上側部分內，此方法包括：（a)形成一經圖 案化之植入遮罩於磊晶層上，其中，該經圖案化之植入遮 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12- 200300587 A7 B7 五、發明説明（8 ) 罩包括一經圖案化之絕緣層，並且覆蓋至少一部分的源極 區域；（b)藉由一.程序而形成淺的掺雜劑區域，該程序包 括：（1)經由該等孔徑而以第一能量位準來將第二導電性 類型之第一掺雜劑植入於磊晶層的上側部分內，及（2)從 磊晶層的上側表面，在高溫下使第一掺雜劑擴散至第一深 度；（c)藉由一程序而形成深的掺雜劑區域，該程序包括·· (1)經由該等孔徑而以第二能量位準來將第二導電性類型 之第二掺雜劑植入於磊晶層的上側部分內，及（2)從磊晶 層的上側表面，在高溫下使第二掺雜劑擴散至第二深度； 及（d)使經圖案化之絕緣區域中的孔徑擴大。在此方法中 ，第二能量位準係大於第一能量位準，第二深度係大於第 一深度，並且第一與第二掺雜劑可以是相同或相異的。 本發明的其中一個優點爲提供一種溝槽式MOSFET裝 置’其具有改善之寄生電阻，而因此也具有改善之突崩-處 理能力。 本發明的另一個優點爲提供一種方法，其能夠可靠地 形成具有改善之突崩·處理能力的溝槽式MOSFET裝置。 本發明的又一個優點爲提供一種溝槽式MOSFET裝置 之形成方法，其中，能夠控制溝槽式MOSFET裝置之絕緣 層內的最終孔徑，而與裝置之深及淺的P +區域的植入位置 無關。 本發明的再一個優點爲敘述一種具有深及淺的P +區域 之溝槽式MOSFET裝置的形成方法，其中，能夠產生一相 對大的源極區域接觸面積，而不需要妥協體區域之通道部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 200300587 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 21 23,105 25,201 27 28 29 31 33 A7 B7 五、發明説明（9 ) 分的掺雜整體性。 對於習於此技.者來說，當閱讀後面的詳細說明及申請 專利範圍部分時，本發明之上述和其他的實施例及優點將 會立即變得明顯。 附圖之簡略說明： 圖1係習知技術中之溝槽式MOSFET裝置的示意局部剖 面圖。 .圖2係習知技術中之溝槽式MOSFET裝置的示意局部剖 面圖。 圖3係依據本發明所產生之溝槽式MOSFET裝置的示意 局部剖面圖。 圖4A到圖4D係依據本發明之實施例，例舉像圖3之溝 槽式MOSFET的製造方法之示意局部剖面圖。 主要元件對照 溝槽式MOSFET結構 n +基板 嘉晶層 P體區域 11 +源極區域 溝槽 單元區域 露出圖案 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） . ? US. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ
-14 200300587 A7 B7 五、發明説明（ 10) 110 N epi-層 125 溝槽閘極 130 P -體區域 138,204d 深的P +區域 139,204s 淺的P +區域 140,212 N +源極區域 145 絕緣層 170 金屬接觸 200 N +基板 202 N區域 203 溝槽遮罩 204b P體區域 205 遮蓋層 210 絕緣體（氧化物層） 211 導體（多晶矽閘極區域） 216 BPSG(硼磷矽酸鹽玻璃）區域 218 金屬源極接觸 較佳實施例之詳細說明： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在下文中將參照伴隨之圖形來更完全地敘述本發明， 而本發明之較佳實施例則顯示於伴隨之圖形中。但是，本 發明可以用不同的方式來予以具體化，並且不應該僅限於 使用在此所提出之實施例來予以建構。 圖3顯示依據本發明之實施例的溝槽式MOSFET，在此 所示之溝槽式MOSFET中，一磊晶層201被設置於N +基板 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
-15- 200300587 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（11) 200上。 在此特定例中之N +基板200爲一具有厚度範圍，舉例來 說，從1Q到125 mils，及淨掺雜濃度範圍，舉例來說，從 1019到102Q cm·3的矽基板。 在磊晶層201的下側部分中有一 N區域202。在此例中 ，此區域具有厚度範圍，舉例來說，從1到5微米，及淨掺 雜濃度範圍，舉例來說，從1〇15到1〇16 cm·3。 在磊晶層201的中間部分中有P體區域204b。在所示之 例中，這些P-體區域204b，舉例來說，從磊晶層201的上側 表面延伸至1到2微米的深度，並且具有淨掺雜濃度範圍， 舉例來說，從1016到1〇17 cnT3。 在磊晶層201的上側部分中有深的P +區域204d。在所示 之例中，這些深的P +區域204d，舉例來說，從磊晶層201的 上側表面延伸至0.3到0.7微米的深度，並且具有淨掺雜濃度 範圍，舉例來說，從1〇18到1〇19 cm·3。 在深的P +區域204d之上方有淺的P +區域204s。在所示 之例中，這些淺的P +區域204s，舉例來說，從磊晶層201的 上側表面延伸至0.2到0.5微米的深度，並且具有淨掺雜濃度 範圍，舉例來說，從1〇19到1〇2() cm·3。 在磊晶層內所形成之溝槽與絕緣體21 〇(例如，氧化物絕 緣體）相鄰，並且以導體211 (例如，經掺雜之多晶矽）來予以 塡充，以提供裝置之閘極電極功能。溝槽，舉例來說，從 磊晶層201的上側表面延伸至1.5到3微米的深度，並且寬度 爲，舉例來說，0.4到0.8微米。在矽氧化物（典型上，爲二 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~~ 一 ? -16 - ^ ^ ； 訂 . 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 200300587 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（12) 氧化矽）被用作絕緣體210之處，其厚度可以爲，舉例來說， 500到700埃，在多晶矽被用作導體211之處，其電阻率可以 爲，舉例來說，1到15 〇hm/sq，在溝槽之間的區域常常根據 他們的形狀而被稱爲”台面”或”溝槽台面”，這些區域的寬度 範圍，舉例來說，從1.5到4微米。 圖3之溝槽式M0SFET裝置也含有N +源極區域212，其 舉例來說，從磊晶層表面201延伸至0.3到0.5微米的深度， 並且具有淨掺雜濃度範圍，舉例來說，從102()到1021 cm·3。 金屬源極接觸218使N +源極區域212和淺的P +區域204s 電接觸，絕緣區域，例如BPSG(硼磷矽酸鹽玻璃）區域216， 防止和閘極電極相關之經掺雜的多晶矽區域211經由源極接 觸218而與N +源極區域212短路。典型上，一分離之金屬閘 .極接觸（未顯示出）被連接至位於溝槽式MOSFET單元之區域 外側之多晶矽的閘極流道部分。典型上，一金屬汲極接觸（ 未顯示出）也被設置而和N +基板200相鄰。 雖然不希望被理論所約束，並且如同先前在美國專利 第6,031，265號案中所討論的，吾人相信深的P +區域204d使 該單元之寄生電阻減少，而同時淺的P +區域204s使源極接 觸218之接觸電阻減少。 現在將依據本發明之實施例來敘述製造像圖3所示之溝 槽式MOSFET. —樣的溝槽式MOSFET之方法。如同上面所 注意到的，本發明之方法讓深及淺的P +區域之植入位置能 夠被控制，而與圖3之BPSG區域21 6內的最終孔徑無關。結 果，具有相對大之源極區域接觸面積的溝槽式MOSFET能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）~ ^^~ _17_ I----------11裝-----^---訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 200300587 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（13) 夠被提供，但不需要妥協體區域之通道部分的掺雜整體性 〇 現在轉到圖4A，一 N掺雜晶晶層201最初被生長於N + 掺雜基板200上，N+掺雜基板200之厚度，舉例來說，可以 是從10到125 mils，及具有淨η-型掺雜濃度範圍，舉例來說 ，從1019到102C) cnT3。磊晶層201，舉例來說，能夠具有1〇15 到1016 cnT3的淨η-型掺雜濃度，並且其厚度範圍，舉例來說 ，能夠從2到7微米。 然後，一 Ρ體區域204b係藉由植入及擴散而被形成於 磊晶層201中，舉例來說，磊晶層201可以用5x 1013到6x 1013 之劑量，以20到50 keV來植入硼，繼之以擴散於1100到 1 200°C持續60到150分鐘，這產生了 P體區域204b，其係1到 2微米厚’，並具有10u到1017 cm_3的淨ρ-型掺雜濃度。在此步 驟之後，一部分的磊晶層201仍然保持（亦即，N區域202)， 舉例來說，其係1到5微米厚，N區域202具有η-型掺雜濃度 ，其係上面所注意之用於磊晶層201的η-型掺雜濃度。一經 圖案化之溝槽式遮罩層203然後被形成，其最終結構被顯示 於圖4Α中。 溝槽然後，舉例來說，藉由乾式各向異性蝕刻步驟而 被鈾刻過經圖案化之溝槽式遮罩層203中的孔徑，此例中之 溝槽深度爲約.1.5到3微米。由於此溝槽-形成步驟的結果， 分離的Ρ體區域204b被建立。典型上，如同在習知技術中 所已知的，一犧牲氧化物層被生長於溝槽內，並且被去除 。一氧化物層210，其厚度較佳爲500到700埃，然後被生長 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200300587 A7 __B7_ 五、發明説明（14) 於溝槽底部上，舉例來說，藉由溼式或乾式氧化，在95〇到 11 00°C ’持續50到90分鐘。部分之此氧化物層210最終形成 用於完成之裝置的閘極氧化物區域。 然後較佳使用CVD，以一多晶矽層來覆蓋此結構之表 面’以及塡充溝槽，典型上，多晶矽係掺雜N_型以減少其 電阻率。在CVD期間，能夠以氯化磷或者藉由以砷或磷之 植入來實施N-型掺雜，多晶矽層然後，舉例來說，藉由反 應離子蝕刻法而被蝕刻。溝槽分段內的多晶矽層一般由於 鈾刻均勻性考量而被輕微地過度蝕刻，並且如此所形成之 多晶矽閘極區域211典型上具有頂面，該等頂面爲在磊晶層 204b之相鄰面以下0.1到〇.2微米，其最終結構被顯示於圖4B 中 〇 一經圖案化之源極遮罩（未顯示出）被設置於此結構上， N +源極區域212然後藉由植入N-掺雜劑（例如，砷或磷），經 由源極遮罩中之孔徑，繼之以高溫擴散程序而被形成在磊 晶層的上側部分。在源極區域的形成期間，較佳經由一植 入氧化物來實施植入以避免植入-通道效應、植入破壞及重 金屬污染，舉例來說，此結構能夠用1〇16到1〇17之劑量，以 80到100 keV來植入磷，繼之以源極遮罩剝離及擴散於900 到1000°C持續30到60分鐘，這產生了 N +源極區域212，其自 磊晶層表面延伸至0.3到0.5微米的深度，並且具有淨掺雜濃 度範圍，舉例來說，從102°到1021 cm·3，其最終結構被顯示 於圖4C中。 一絕緣層，較佳爲0.8到1.2微米厚之BPSG(硼磷矽酸鹽 尺度適用中.國國家標準（cns )八4規格（2丨〇><_297公釐） " " 一 -19 - I J J 批衣 „ 訂 · 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 200300587 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明（15) 玻璃）層，然後，舉例來說，藉由PECVD而被沉積在整個結 構上。在將一經圖案化之遮蓋層205提供給此結構之後’此 結構然後被鈾刻，典型上，藉由反應離子蝕刻法’以去除 BPSG及此結構之未被遮蓋層205所保護的氧化物部分。此 步驟形成不同的BPSG區域216，該等BPSG區域爲裝置建 立植入孔徑，典型上，剖面圖所示之BPSG區域216間的距 離之範圍在1到2微米之間。 然後以兩個步驟而經由植入孔徑來植入硼：一低能量 植入步驟及一高能量植入步驟。舉例來說，該結構能夠受 到用1013到1014之劑量，以80到120 keV來植入硼的高能量植 入，繼之以用1014到1015之劑量，以30到50 keV來植入硼的 低能量植入。替代地，低能量植入能夠進行高能量植入。 這些步驟產生圖4D中所例據之結構，圖4D之上側虛線表示 高能量所植入的硼出現在此結構之內。 光阻劑層205然後被去除，並且使用溼式鈾刻程序（例如 ，所緩衝的HF)來空白蝕刻BPSG區域216，以提供標的尺 寸之接觸窗口。在此階段，BPSG區域216之間的距離範圍 典型上在1.5到2.5微米之間。BPSG然後遭受回流步驟於900 到1000 °C持續20到50分鐘，以產生具有像圖3中所示之形狀 的最終形狀。此回流步驟也使高能量及低能量所植入的硼 擴散至其最終分布，而分別形成深的P +區域204d及淺的P + 區域204s。如同上面所注意到的，深的p +區域204d典型上 ’舉例來說，從磊晶層的上側表面延伸至0.3到0.7微米的深 度’並且具有淨掺雜濃度範圍，舉例來說，從1〇18到10】9 本纸張尺度適用中.國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' ~ -20- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
200300587 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __ —__B7五、發明説明（16) cm」。同時，淺的P +區域204s典型上，舉例來說，從磊晶 層的上側表面延伸至0.2到0.5微米的深度，並且具有淨摻雜 濃度範圍，舉例來說，從1〇19到1〇2() cm·3。 一金屬接觸層然後被沉積，形成源極接觸2 1 8。典型上 ’閘極和汲極接觸（未顯示出）也被設置，其最終結構就像圖 3中所例舉之結構。 因此，藉由使用高能量及低能量硼植入步驟用的相對 小之BPSG植入孔徑，在後續的擴散步驟期間，硼被植入至 距離溝槽足夠遠的距離，以防止側面的硼擴散入通道區域 內。況且，藉由依序地增加BPSG層中之孔徑的尺寸（例如 ，經由空白鈾刻），最終的接觸窗口被設置，由於上面所注 意到的威脅，其具有比可能之孔徑還大的孔徑。結果’提 供一具有可接受之寄生電阻，而同時具有較大之接觸區域 及低的導通電阻的裝置。 雖然各種的實施例被特別地例舉及敘述於此，將可領 會到，本發明之修正及改變均被上面的教旨所涵蓋，並且 係在附加之申請專利範圍的範圍之內，而沒有違離本發明 的精神及所欲範疇。做爲一實施例’本發明之方法可以被 用來形成一結構，其中，不同的半導體區域之導電性係和 在此所敘述的導電性相反。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝.
、1T 線 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210x 297公釐） -21 -

Claims (1)

  1. 200300587 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 1 ί.一種用來形成一包括多個溝槽式MOSFET單元之裝置 的方法，該方法包括.： 設置一第一導電性類型的基板； 沉積一第一導電性類型的磊晶層於基板上，該磊晶層 具有比該基板還低的多數載子濃度； 從該磊晶層的上側表面蝕刻溝槽進入該磊晶區域； 形成一第一絕緣區域，其與至少一部分的該等溝槽相 鄰； 形成一第一導電區域於該等溝槽內且相鄰於該第一絕 緣區域； 形成第二導電性類型的體區域於該磊晶層的上側部分 中； 形成第一導電性類型的源極區域在相鄰於該等溝槽之 該等體區域的上側部分中；. 形成一經圖案化之植入遮罩於該磊晶層上，該經圖案 化之植入遮罩包括一經圖案化之第二絕緣區域，其中，該 經圖案化之植入遮罩在至少部分之相鄰於該源極的該體區 域上具有孔徑，其中，該經圖案化之植入遮罩覆蓋至少部 分的該導電區域，且其中，該經圖案化之植入遮罩覆蓋至 少部分的該等源極區域； 藉由一程序而形成淺的掺雜劑區域，該程序包括：（a) 經由該等孔徑而以第一能量位準來將該第二導電性類型之 桌一掺雑劑植入於該等體區域的上側部分內，·及（b)從該 磊晶層的該上側表面，在高溫下使該第一掺雜劑擴散至第 本&張尺度適用中國國家標準（CNS )八4祕（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 線 -22- 200300587 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 一深度； 藉由一程序而形成深的掺雜劑區域，該程序包括：（a) 經由該等孔徑而以第二能量位準來將該第二導電性類型之 第二掺雜劑植入於該等體區域的上側部分內，及（b)從該 磊晶層的該上側表面，在高溫下使該第二掺雜劑擴散至第 二深度，其中，該第一及第二掺雜劑可以是相同或相異的 ’其中，該深的掺雜劑區域及淺的掺雜劑區域各自具有一 比該等體區域還高的多數載子濃度，其中，該第二能量位 準係大於該第一能量位準，且其中，該第二深度係大於該 第一深度； 使該經圖案化之第二絕緣區域中的孔徑擴大；以及 形成一和該等源極區域的上側表面及該等淺的掺雜區 域之上側表面相鄰的導電性源極接觸。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中，該經圖案化之 植入遮罩包括一經圖案化之遮蓋層，其位於該經圖案化之 第二絕緣區域。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中，該經圖案化的 植入遮罩係藉由一方法來予以形成，該方法包括（a)沉積一 層第二絕緣材料；（b)形成該經圖案化之遮蓋層於該第二 絕緣材料層上；及（c)蝕刻該第二絕緣材料層之未被該經圖 案化之遮蓋層所覆蓋的區域，以形成經圖案化之第二絕緣 區域。 4·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該·第一導電性 類型爲N-型導電性，且該第二導電性類型爲p_型導電性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -----^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ- 線 絰齊郎智慧財產局員工消費合作社印製 200300587 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 5 ·如申請專利範圍第丨項之方法，其中，該等源極區域 延伸至距離該磊晶零表面的第三深度，其中，該第—深度 係淺h 弟二丨朵度’且其中，該第二深度係深於該第三深 Γ作t 度。 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該經圖案化之 第一絕緣區域爲一經圖案化之B P S G區域。 7. 如申g靑專利範圍第6項之方法，其中，該等孔徑係藉 由空白溼式蝕刻步驟來予以擴大。 8. 如申請專利範圍第1項之方法， 其中，該經圖案化的植入遮罩包括一經圖案化之遮蓋 層，其位於一經圖案.化之BPSG區域上； 其中，該經圖案化之遮蓋層在植入之後和在該第一及 第二掺雜劑的擴散之前被去除； 其中’該等孔徑係藉由一空白溼式鈾刻步驟而被擴大 於該經圖案化之BPSG層中；以及 其中，該裝置被加熱至高溫，該等高溫足以（a)使 BPSG層遭受到回流，及（b)使該第一及第二掺雜劑擴散至 該第一及第二深度。 9. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該第一及第二 掺雜劑爲硼掺雜劑。 ' 1 0.如申請專利範圍第丨項之方法，其中，該第二掺雜劑 在該第一掺雜劑之前被植入。 11·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該.等體區域係 藉由形成該等溝槽於該磊晶層的一區域中來予以形成的， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（2ΐ〇χ297公釐） ---------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200300587 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 4 而在該區域內，該第二導電性類型之掺雜劑已經被植入及 擴散。 12.如申請專利範圍第1項之方法，另包括：形成一導電 性汲極接觸而和該半導體基板相鄰，以及形成一導電性閘 極接觸而和遠離該等源極區域之該導電區域的上側表面相 鄰。 1 3. —種用來形成淺及深的掺雜劑之方法，該淺及深的 掺雜劑植入係相鄰於第一導電性類型之源極區域，而源極 區域係在溝槽式MOSFET裝置中之磊晶層的上側部分內， 該方法包括： 形成一經圖案化之植入遮罩於該磊晶層上，該經圖案 化之植入遮罩包括一經圖案化之絕緣層，該經圖案化之植 入遮罩覆蓋至少一部分的該等源極區域，並且該經圖案化 之植入遮罩在至少部分之相鄰於該源極的該體區域上具有 孔徑； 藉由一程序而形成淺的掺雜劑區域，該程序包括：（a) 經由該等孔徑而以第一能量位準來將第二導電性類型之第 一掺雜劑植入於該晶晶層的上側部分內，及（b)從該晶晶 層的上側表面，在高溫下使該第一掺雜劑擴散至第一深度 j 藉由一程序而形成深的掺雜劑區域，該程序包括：（a) 經由該等孔徑而以第二能量位準來將第二導電性類型之第 二掺雜劑植入於該磊晶層的上側部分內，及（b·)從該磊晶 層的上側表面，在高溫下使該第二掺雜劑擴散至第二深度 -----------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（21〇X 297公釐） 200300587 8 88 8 ABCD 經濟部智慧財產局工消費合作社印製 六、申請專利範圍 5 ，其中，該第一與第二摻雜劑可以是相同或相異的，其中 ，該第二能量位準係大於該第一能量位準，且其中，該第 二深度係大於該第一深度；以及 使經圖案化之絕緣區域中的孔徑擴大。 14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中，該經圖案化 之植入遮罩包括一經圖案化之遮蓋層，其位於該經圖案化 之第二絕緣區域。 15. 如申請’專利範圍第13項之方法，其中，該經圖案化 之絕緣區域爲一經圖案化之BPSG區域。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該等孔徑係 藉由空白溼式蝕刻步驟來予以擴大。 17. 如申請專利範圍第13項之方法， 其中，該經圖案化的植入遮罩包括一經圖案化之遮蓋 層，其位於一經圖案化之BPSG區域上； 其中，該經圖案化之遮蓋層在植入之後和在該第一及 第二掺雜劑的擴散之前被去除； 其中，該等孔徑係藉由一空白溼式蝕刻步驟而被擴大 於該經圖案化之BPSG層中；以及 其中，該裝置被加熱至高溫，該等高溫足以（a)使 BPSG層遭受到回流，及（b)使該第一及第二掺雜劑擴散至 該第一及第二深度。 18. —種用來形成一包括多個溝槽式MOSFE 丁單元之裝 置的方法，該方法包括： · 設置一 N-型矽基板； 本^^尺度適用中國國家標準（CNS ) A4胁（210X297公董) " ： — ----------^------、玎------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 200300587 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 6 沉積一 N-型矽磊晶層於該基板上，該磊晶層具有比該 基板還低的多數載子濃度； 從該磊晶層的上側表面鈾刻溝槽進入該磊晶區域； 形成一矽氧化物區域，其與至少一部分的該等溝槽相 鄰； 形成一經掺雜之多晶矽區域於該等溝槽內且相鄰於該 石夕氧化物區域； 形成一 P-型體區域於該磊晶層的上側部分中； 形成N-型源極區域在相鄰於該等溝槽之該體區域的上 側部分中； 形成一經圖案化之植入遮罩於該磊晶層上，其中，該 經圖案化之植入遮罩在至少部分之相鄰於該源極的該等體 區域上具有孔徑，其中，該經圖案化之植入遮罩覆蓋至少 部分的該經掺雜之多晶矽區域，其中，該經圖案化之植入 遮罩覆蓋至少部分的該等源極區域，且其中，該經圖案化 之植入遮罩包括一位於一經圖案化之BPSG區域上的經圖案 化之遮蓋層； 藉由一程序而形成淺的摻雜劑區域，該程序包括：（a) 經由該等孔徑而以第一能量位準來將第一 P-型掺雜劑植入 於該等體區域的上側部分內，及（b)從該磊晶層的上側表 面，在高溫下使該第一掺雜劑擴散至第一深度； 藉由一程序而形成深的掺雜劑區域，該程序包括：（a) 經由該等孔徑而以第二能量位準來將第二P-型·掺雜劑植入 於該等體區域的上側部分內，及（b)從該磊晶層的上側表 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 200300587 A8 B8 C8 ___ D8六、申請專利範圍 7 面，在高溫下使該第二掺雜劑擴散至第二深度，其中，該 第一 P-型掺雜劑與奪第二P-型掺雜劑可以是相同或相異的 ，其中，該深的掺雜劑區域及淺的掺雜劑區域各自具有一 比該等體區域還高的多數載子濃度，其中，該第二能量位 準係大於該第一能量位準，且其中，該第二深度係大於該 第一深度；以及 藉由一空白溼式蝕刻步驟，使該經圖案化之BPSG區域 中的孔徑擴大。· 19.如申請專利範圍第18項之方法， 其中，該經圖案化之遮蓋層在植入之後和在該第一及 第二掺雜劑的擴散之前被去除；以及 其中，該裝置被加熱至高溫，該等高溫足以（a)使 BPSG層遭受到回流，及（b)使該第一及第二掺雜劑擴散至 該第一及第二深度。 20·如申請專利範圍第19項之方法，其中，該第一及第 二P-型掺雜劑爲硼掺雜劑。 ----------^------訂------^ (請先閱却背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) a4規格（210X 297公釐） 28-
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