TW492199B - Trench field effect transistor with a trenched heavy body - Google Patents

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A7 Β7 五、發明說明（ 發明背景 本發明大致是有關於半導體技術，及特別是關於溝槽 式場效電晶體及其製造方法。 第1圖為一示範的溝槽式場效電晶體之部分橫截面簡 圖，溝槽100延伸入一大體上包括一磊晶層（未顯示）的基板 102。每個溝槽100與作為閘極之介電質之例如二氧化矽 (Si〇2)的電氣絕緣或介電材料1〇4排成一列。接著該溝槽填 以一導電材料106,如聚矽化物，提供該電晶體閘極接點。 一阱或摻雜體區域1〇8形成於基板1〇2之上，以及源極區域 110形成於如圖示的每一溝槽1〇〇之兩側上。稱為重摻雜體 112之區域係在界於鄰接之溝槽之間的源極區域之間延 伸。介電材料114覆蓋溝槽開口以及其鄰接的源極區域。一 金屬層116覆蓋於矽表面。對於一 n通道的]^〇81^丁，不同 區域摻入的兩極如下：η型基板1〇2(提供電晶體的汲極 端）、Ρ型摻雜體108、ρ+重摻雜體112、以及η+源極11〇。場 效電晶體的活化區域因此沿著各溝槽（或閘極）1〇〇邊形成 於源極110及基板（或汲極）1〇2之間。 溝槽式場效電晶體的設計中，此為所欲的擁有一個重 掺雜體區域112延伸至源極區域11〇之下。此重摻雜體沿著 源極區提供一低電阻通路並協助使摻合體一源極接合避免 變成正向偏壓。該電晶體的功能在於避免打㈤寄生雙載子 電晶體’此常作為輪度的參考。—在溝槽角、落深層之重播 雜體亦協助從石夕/介電（Si/Si02)介面移除該電場以及其擊 穿電μ通路。從溝槽角落移除電場降低了由熱電子導致閘 裝--- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) _ -·線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 492199 A7 B7 五、發明說明（） 極氧化損害的可能性。 現在的技術藉由形成一使用一高能佈植伴隨著一溫度 循環的重摻雜體，驅使該重摻雜體摻質至所欲的深度，以 改善電晶體粗糙以及閘極氧化完整性。該溫度循環驅使該 摻質，然亦造成重摻雜體區的橫向擴散。橫向的擴散重摻 雜體摻質可妨礙該活化通道區域以及干擾該電晶體起始電 壓。避免此類不欲的起始變化導致重摻雜體摻質橫向擴 散，可置限制於最小晶胞節距（介於鄰接溝槽間的距離）。 一較大的最小晶胞節距不僅降低每一小晶片的晶胞密度， 它提供 >及極一至一源極在溝槽式電晶體的電阻RdSoii值’其 對於電晶體表現有不利影響。 因此有需要一溝槽式MOSFET結構及製造方法以改善 糙度而不損及晶胞節距或RdS。!!值。 發明摘要 本發明提供一具有溝槽式重摻合體之溝槽式場效電晶 體之結構與製造方法。廣泛地取代一高能源、擴散後大量 的佈植，依據本發明，該重摻雜體由一延伸入摻雜體的溝 槽而形成。該溝槽填以高導電材料，如金屬。在一具體實 施例，蝕刻該摻合體溝槽後，源極金屬沉積於溝槽内，提 供一與源極區垂直的接觸以及與摻雜體區平面的接觸。該 藉由金屬通電至矽所形成的溝槽式重摻雜體相較於佈植式 的重摻雜體，沿著源極區域提供一較低電阻的通路。進一 步地，藉著淘汰該橫向擴散，依據本發明的溝槽式重摻合 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寫本頁) 寫士 言

^^199 ^^199 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ------— B7____ 五、發明說明（3 ) 體容許晶胞節距的縮小及較低的RDS(>n值。 據此，在一具體實施例，本發明提供在含一第一導電 型之基板上製造溝槽式場效電晶體的方法，該方法步驟包 括形成一第一溝槽延伸入該基板；該第一溝槽襯與介電材 料排成一列，實質上該第一溝槽填以導電材料以形成場效 電晶體的閘極電極；在基板上形成含一第二導電型的摻雜 體區域；形成一在該摻雜體内含該第一導電型之源極區域 並接合至該第一溝槽；形成一第二溝槽接合至該源極區域 以及在該源極區域下延伸入該摻雜體區域，以及在該第二 溝槽填以高導電材料與摻雜體區造成接觸。與該摻雜體區 造成接觸的高傳電材料亦造成接觸至源極區域。 在另一具體實施例，本發明提供一包括含有一第一導 電型基板的溝槽式場效電晶體，一含有一第二導電型並沉 積於基板上的摻雜體區域，一延伸經該摻雜體區並進入基 板的閘極溝槽；一含有該第一導電型之源極區域、其沉積 於該摻雜體區域並與該閘極溝槽接合；以及一摻雜體溝槽 延伸入該摻雜體區域，其中該摻雜體溝槽實質上填以高導 電材料與摻雜體區造成接觸。該高導電材料亦與該源極區 域造成接觸。 下列詳細的描述及附圖提供對溝槽式場效電晶體的狀 態與優點、以及製造方法有一較佳的了解。 圖式的簡要說明 第1圖表示一典型的溝槽式場效電晶體之橫截面圖； 本紙張尺度適用中關家鮮（CNS)A4規格（21G x 297公釐)~ ^ 裝---I----訂--------- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁)

A7 B7 、發明說明 第2A及2B圖提供一依據本發明溝槽式重摻雜體形成 前後之溝槽式場效電晶體之橫截面圖； 第3圖為一流程圖說明依據本發明的一典型製造具有 溝槽式重摻雜體之溝槽式場效電晶體加工流程；以及第4 圖為依據本發明一替代的具體實施例，具有一較深的重掺 雜體溝槽之溝槽式場效電晶體橫截面圖。 特殊具體實施例之描述 參考第2A及2B圖，分別表示一依據本發明之摻雜體形 成前後之溝槽式場效電晶體橫截面圖。在此典型的具體實 施例’為期望的重換雜體結構2〇〇，顯示於第1圖此裝置呈 餘的觀點與溝槽式電晶體相似。在此相同的參考標號用於 不同的圖式表示祖同的元件符號。在本發明的較佳具體實 施例’該裝置的製造方法全經由溝槽100、摻雜體區域1〇8、 及源極區域110所形成的接觸層，較佳地穿過依據已知的製 造方法製造源極區域110之接觸區開口。該方法意味著違反 常見之重摻雜體通道的形成。在本發明電晶體中之重換雜 體200由第一蝕刻經由該源極矽並進入摻雜體區域1〇8所形 成，取以一佈植與擴散循環。高導電材料如金屬（例如鋁） 接著沉積於該重摻雜體溝槽。金屬層116因此造成與源極區 域116的垂直接觸以及與掺雜體108的平面接觸。延伸入重 摻雜體溝槽的源極金屬層116因而取代先前佈植的重摻雜 體區（在第1圖之112)。 第3圖為一簡單的流程圖，說明依據本發明之具溝槽式 重摻雜體之溝槽式％效電晶體的不範加工流程。在步驟 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨線： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（5) 300,所有方法步驟㈣該接觸層以及直至形成所示源極區 之開口接觸區域，不包括重摻雜體摻入（佈植）以及有關的 熱循環。據此-簡化的方法版本典型地包括··韻刻閉極溝 槽進入矽基座，該閘極溝槽與介電質（如Si02)排成一列以 及接著填充以聚⑨化物，藉由佈植對該含正極性的不純物 基板形成重摻雜體區域，藉著佈植對該含相同不純物的基 板形成源極區域並打開源極接觸窗。馗0等人於美國專利案 號08/970, 221之發明名稱「場效應電晶體及其製造方法」 在此並用為參考，提供一以此觀點較佳具體實施例的詳細 描述。依據本發明，該源極接觸窗暴露後，矽被蝕刻經由 該源極進入該摻雜體以形成該重摻雜體溝槽。慣用於此步 驟的一標準矽蝕刻方法相似於使用於該閘極溝槽之方法 (如各向異性蝕刻）。依據所欲的溝槽深度，可校正蝕刻速 率及時間安排。也就是用較短的蝕刻時間得較淺的重摻雜 體溝槽。此可被接著藉由一任擇的低能量佈植及熱循環 於馱姆接觸。此步驟為完全任擇，但對於0通道電晶體建議 用於源極金屬116以及n型摻雜體區域1〇8之間以獲得較佳 之歐姆接觸。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 下一步，沉積於矽頂層以及在該重摻雜體溝槽内之源 極金屬如鋁。高溫鋁寧可允許流程以及溝槽填入。在較深 的重摻雜體溝槽例中，使用物理汽相沉積（PVD)的金屬沉 積較佳。在一具體實施例，藉由包括一如鈦或鋁底下的氮 化鈦之薄阻擋金屬降低源極與摻雜體之接觸電阻。其他金 屬種類包括鉑、鈷、鎢以及相似者能用作為薄阻擋金屬声

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者。最後，以步驟3〇8之金屬化以及鈍化完成該方法。 發明說明（ 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 依據本發明之具有-溝槽式摻雜體之溝槽式場效應電 晶體較-般佈植型重摻雜體溝槽電晶體提供許多的優點。 該重雜體金屬插人㈣取代佈植之重摻雜體提供了在源極 區周圍-較低的電阻通路，㈣度改善。該改善的糖度使 得晶胞節距的最小值不受限制，其可降低如重摻雜體側向 沉積不再影響。進-步地，該藉__方_成之重換雜 體，不同於-佈植加熱循環，其尺寸可較快藉由不同蝕刻 介質控制。本發明發法及結構的另一優點為減少許多遮罩 步驟。藉由含源極接觸層的;重摻雜體之自行校正， 相較於一般佈植型重摻雜體溝槽電晶體至少淘汰了一遮罩 v驟其步驟典型的為分離源極與重摻雜體遮罩所需。 然而本發明另一優點為它藉由變化該源極接合深度及 /或藉由矽蝕刻穿過源極區域的斜度而變化源極接觸區域 的能力。例如藉由增加該源極佈植量及沉積，可增加該源 極接合深度202。一增加的源極接合深度直接增加了源極接 觸區。同樣地藉由變化重摻雜體溝槽蝕刻外觀，該源極接 合邊緣能被製造傾向於增加源極接觸區域。增加的源極接 觸區域可不限制電晶體的晶胞節距而降低RDson值。 依據本發明之重摻雜體溝槽的深度變化取決於裝置所 需。通常，製造的重摻雜體溝槽愈深，電晶體變的愈粗糙。 在一具體實施例，其製造的重摻雜體溝槽與閘極溝槽一樣 深或更深。參照第4圖，為本發明之具有較深的重摻雜體溝 槽的電晶體的具體實施例。在此具體實施例，其製造的重

(請先閲讀背面之注音？事項寫本頁) 裝 . _ -丨線」 492199 A7 B7 五、發明說明（7) 摻雜體溝槽400與閘極溝槽100—樣深，僅以此作為說明， 該溝槽沿著源極邊402以一傾斜蝕刻，為了增加源極接觸區 域。該較深的重摻雜體溝槽之具體實施例特別適合於p通道 電晶體。這是因為源極金屬116(如鋁）非與η型摻雜體408製 造良好歐姆接觸之典型。在此例，一淺的η+佈植物404(如 在〜50keV、最好在0度角、1*1015個原子/Cm2的砷）在底下 的重摻雜體溝槽400協助增進源極/重摻雜體金屬116與摻 雜體區408之間的歐姆接觸。一相似的、用於η通道電晶體 的任意佈植其為一淺的佈植（如於〜40keV、1*1014個原子 /Cm2的砷），可用於促進歐姆接觸。為了減少佈植的重摻雜 體區域，依據此具體實施例所用本發明之方法，使用RTP 取代一般用加熱爐活化該重摻雜體摻質。甚至與一些側向 沉積，該較深的重摻雜體溝槽400確保此此淺的佈植404不 危害該晶胞節距。也就是，因為重摻雜體溝槽槽400底部在 活性通道區之下移動，無關於淺的側向沉積佈植404。因 此，該較深的重摻雜體溝槽在該p通道電晶體的例子中仍然 允許電晶體的剝落。 總之，本發明提供一改良的具有溝層式重摻雜體的溝 槽式場效應電晶體及其製造方法。本發明的重摻雜體藉由 蝕刻一填以源極金屬的溝槽而形成，取代以一重摻雜體佈 植與溫度循環。依據本發明之溝槽式重摻雜體增進電晶體 糙度以及大體表現而無不利於佈植該電晶體的電路功能胞 節距。以上為本發明特別具體實施例之完整描述，能使用 於各種不同的修改、變化、以及任擇。例如，能以不同的 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_寫本頁) .. 線“ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10 -

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 溝槽方法佐以不同溝槽特性之變化來製造溝槽。例如在閉 極溝槽内的聚魏物能被凹進⑨表層或與之同高，溝槽角 落能或不能被包圍，形成閘極溝槽可在摻雜體區形成之前 後等等。進一步地，特殊的具體實施例已經被描述於僅用 於介紹目的的矽晶圓製程之本文，及其他的基座，如可使 用石夕錯基板。因此，本發明的範圍不限於具體實施例所述， 而代以由下列的申請專利範圍定義之。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 492199 Α7 Β7 五、發明說明（9) 元件標號對照 101…溝槽 400…重摻雜體溝槽 102…基板 402.··源極邊 104···介電材料 404···η+佈植物 106···導電材料（聚矽化物） 408···摻雜體 108…摻雜體 110.. .源極 112…重摻雜體 114.. .介電材料 116.. .金屬層 200.. .重摻雜體結構 202.. .源極接合深度 300···步驟 302·.·步驟 304···步驟 306·.·步驟 308···步驟 (請先閱讀背面之注意事項S寫本頁) 裝------ 訂---------線』 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 492199 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 · 一種溝槽式場效電晶體，其包含·· 一含有一第一導電型之基板； 一含有一第二導電型並沉積於該基板上詩雜體區 域； 一延伸入摻雜體區域並進入該基板之閘極溝槽； 一含有该第一導電型以及沉積於摻雜體溝槽接合至該 閘極溝槽之源極區域；以及 一延伸入重摻雜體區域之重摻雜體溝槽， 其中該摻雜體溝槽實質上填以高導電材料以製造接觸 至重摻雜體區域。 2·依據申請專利範圍第1項之溝槽式場效電晶體，其中 該摻雜體溝槽延伸入該源極區域下之重摻雜體區域。 3·依據申請專利範圍第1項之溝槽式場效電晶體，其中 该摻雜體溝槽延伸入摻雜體區域之深度同該閘極溝槽。 4·依據申請專利範圍第1項之溝槽式場效電晶體，其中 該摻雜體溝槽延伸入摻雜體區域較該閘極溝槽為深。 5·依據申請專利範圍第1項之溝槽式場效電晶體，其中 该摻雜體溝槽藉由經由該源極區域與該摻雜體區域蝕刻 而成。 6.依據申請專利範圍第5項之溝槽式場效電晶體，其中 4 1¾導電材料包含金屬以製造接觸於源極區域與摻雜體 區域。 7·依據申請專利範圍第6項之溝槽式場效電晶體，及進 一步包含一薄阻擋金屬層夾於高導電材料以及摻雜體區 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). m ·ϋ ϋ ϋ ϋ n ϋ I ϋ ·ϋ n ϋ ϋ ·ϋ ϋ ^1 ϋ n ϋ n I— ϋ ^1 ^1 ϋ ϋ ·ϋ ^1 · -13- 492199 六、申請專利範圍 域之間。 8.依據申請專利範圍第7項之溝槽式場效電晶體 高導電材料包含鋁，以及該薄阻擋金屬層包含鉑 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 其中 鈷、 嫣、鈦或其他相似之一。 9.依據申請專利範圍第1項之溝槽式場效電晶體，其進 一步包含一沉積於摻雜體溝槽下、佈植第二導電型不純 物之區域。 10·依據申請專利範圍第5項之溝槽式場效電晶體，其中 該源極區域沿著重摻雜體溝槽在一角落蝕刻一傾斜邊以 形成最大的源極接觸區域。 11 · 一種溝槽式場效電晶體，其包含： 第一及第二閘極溝槽經由含有第二導電型的摻雜體區 域延伸進入一含有一第一導電型之基板，每一閘極溝槽 緊鄰著一為介電質並大體上填以聚矽化物之層； 含有第一導電型並沉積接合至該第一及第二閘極溝槽 另一面的源極區域；以及 一重摻雜體溝槽蝕刻入介於該第一及第二閘極溝槽並 填以金屬之摻雜體區域，該金屬製造摻雜體區域與源極 區域兩者間的接觸。 12. 依據申請專利範圍第11項之溝槽式場效電晶體，其中 該金屬製造實質上對摻雜體溝槽平面的接觸以及實質上 對源極區域實質上垂直的接觸。 13. 依據申請專利範圍第11項之溝槽式場效電晶體，其中 該重摻雜體溝槽在一角落蝕刻以致該金屬表面接觸至該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -III — — — — — — — — — — -_______^ — — — — — — — — — I — — — — — — — III — — — — — — — — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) __ -14- 492199 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 源極區域實質上為傾斜的。 14.依據申請專利範圍第11項之溝槽式場效電晶體，其中 重摻雜體溝槽實質上與閘極溝槽相同深度。 15·依據申請專利範圍第11項之溝槽式場效電晶體，其中 重摻雜體溝槽蝕刻實質上較閘極溝槽深。 16·依據申請專利範圍第11項之溝槽式場效電晶體，其中 第二導電型的不純物佈植入重摻雜體溝槽下的摻雜體區 域0 ----------------- (請先閱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 tT---------0ΙΦ----------------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15-