TWI539497B - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本發明係關於半導體裝置之製造方法，尤其係關於具有溝渠之縱型MOSFET之製造方法。
縱型MOSFET有所謂的平面型和溝渠型。在溝渠內埋入閘極電極之構造的溝渠型，由於在構造上容易取得低接通電阻特性，故朝實用化發展。關於持有如此之溝渠型構造之縱型MOSFET之構造或製造工程，在例如在以下所示之專利文獻1或專利文獻2等中有揭示。
以兩例說明以往之縱型MOSFET之構造。在以下說明中，記載在N之後的-、+、++等之記號表示所含有之雜質相對性之濃度的大小，濃度以-、+、++之順序變高。第2圖(a)所示之構造係在P型矽基板1上形成N+埋入層2，並且在矽基板1上形成有P型矽層3。在P型矽層3，以到達至N+埋入層2之方式，N-型汲極層4又以擴散等在N-型汲極層4之內側形成P型井層5，並且在縱型MOSFET之表面外周部及N++型汲極區域12以外之部分形成絕緣膜6。溝渠7係從P型井層5之表面，被形成超過P型井層5而到達至N-汲極層4之深度，在溝渠內部經閘極氧化膜8而埋設有閘極電極9。然後，N++型源極區域11係被設置在與P型井層5和溝渠7鄰接之部分，並且N++型汲極區域12係被設置在N-型汲極層之表面。另外，第2圖(b)所示之第2例之構造係成為閘極電極9從溝渠7突出之構造。並且，因迴避溝渠7之上端角部成為通道，故將N型源極區域10形成在閘極電極9之突出部之下方之點，則與第2圖(a)不同。
在此，針對縱型MOSFET之動作予以簡單說明。在汲極區域12和源極區域10之間施加順偏壓之狀態下，當對閘極電極9供給臨界值以上之特定電壓時，在P型井層5內沿著溝渠7而形成N型之通道，並在源極、汲極間流通電流。由於沿著溝渠7縱型地生成通道，故比起平面型之縱型MOSFET，因可以格外地增長每單位面積之通道寬度，故有可以縮小其接通電阻之優點。
接著，針對縱型MOSFET之製造方法之概略，在第2圖(a)之時予以說明。首先，P型矽基板1，藉由例如離子注入等在成為縱型MOSFET之區域的部分形成N+埋入層2，並且以例如磊晶成長在矽基板1上形成P型矽層3。接著，在成為MOSFET之區域的部分，各藉由離子注入法或熱擴散，在N-型汲極層4及N-型汲極層4之內側形成P型井層5。接著，在成為閘極電極之區域的部分，從P型井層5形成到達至N-型汲極層4之深度的溝渠7。然後，在溝渠13內部形成閘極氧化膜8，並全面性地覆蓋多晶矽膜，而藉由進行蝕刻，形成埋設於溝渠7之閘極電極9。然後，藉由光微影，使與P型井層5和溝渠7鄰接之部分，及N-型汲極層之表面之一部分開口，並進行N型雜質之離子注入等，形成N++型源極區域11及N++型汲極區域12。然後，在P型矽層3上堆積絕緣膜，並在源極區域11及汲極區域12及閘極電極9上，設置接觸孔，並且，在接觸孔上設置金屬電極，完成縱型MOSFET之主要構造。
另外，在第2圖(b)中，於覆蓋多晶矽之前，形成N型源極區域10，並且於覆蓋多晶矽之後，藉由光微影，在使閘極電極9以外之區域開口之狀態下進行蝕刻，形成閘極電極。
[專利文獻1] 日本特開2002-359294號公報
[專利文獻2] 日本特開11-103052號公報
在第2圖(a)所示之構造中，雖然藉由全面性地覆蓋多晶矽膜而進行蝕刻，形成埋設於溝渠7之閘極電極9，但是於閘極電極9被蝕刻成較N++型源極層11之深度還深時，閘極電極9之上端因從源極區域11之下端離開，故縱型MOSFET則不動作。因此，在專利文獻2中，藉由在溝渠側面之閘極上端部形成N++型源極區域，解決該問題。但是，在該方法中，因蝕刻之偏差直接地使MOSFET之通道長度變化，故有製造良率下降之問題。
另外，在第2圖(b)之構造中，則有不像前者般受到蝕刻製程偏差影響的優點。但是，比起前者則有增加製造工程，擴大元件面積，故有每晶片之單價上漲，成為成本之問題。
本發明之目的係提供具有不會增加製造工程，能夠進行安定之製程處理之MOSFET的半導體裝置及其製造方法。
為了解決上述課題，本發明係在半導體裝置之製造方法中，具有：在半導體基板之表面形成通道層的工程；在上述半導體基板之表面依序形成氮化矽膜及第一氧化矽膜，且在覆蓋上述通道層之上述氮化矽膜及上述第一氧化矽膜設置用以形成溝渠之開口的工程；將上述氮化矽膜及上述第一氧化矽膜當作遮罩，在上述開口之位置從上述半導體基板之表面形成較上述通道層深之溝渠的工程；使上述氮化矽膜殘留而除去上述第一氧化矽膜的工程；將上述氮化矽膜當作遮罩，而在上述溝渠之側面形成成為閘極氧化膜之第二氧化矽膜的工程；以埋入上述溝渠之方式，在上述氮化矽膜表面堆積閘極電極材料之後，將上述氮化矽膜當作遮罩而除去位於上述氮化矽膜之上述閘極電極材料，在上述溝渠內形成閘極電極使上端面較之後成為源極區域之上述通道層之表面更上方的工程；及於除去上述氮化矽膜之後，在上述溝渠之周圍形成上述通道層和逆導電型之源極區域的工程。
再者，以在形成閘極電極和除去氮化矽膜形成源極區域作為特徵。
再者，本發明係屬於包含具有溝渠構造之縱型MOSFET的半導體裝置，其特徵為：由下述構件所構成：第2導電型之通道層，該係被設置在第1導電型之半導體基板上；溝渠，該係從上述通道層之表面貫通上述通道層而被設置；閘極絕緣膜，該係被設置在上述溝渠內壁面；閘極電極，該係隔著上述閘極絕緣膜而被填充於上述溝渠內；及源極區域，該係被配置在上述溝渠之周圍，上述閘極電極之上端面位於較之後成為源極區域之上述通道層之表面更上方，且具有上述閘極電極之上端部之側面與上述溝渠內之上述閘極電極之側面相同的形狀。
在本發明中，在半導體基板表面殘留用以形成溝渠之氮化矽膜之狀態下，直接以閘極電極材料埋設在溝渠內之後，除去位於氮化矽膜上之閘極電極材料，並在溝渠內形成閘極電極。依此，於除去閘極電極材料之時，若過蝕刻至氮化矽膜之膜厚部分時，閘極電極材料之上端部則不會低於半導體基板之表面。因此，改善藉由閘極電極之蝕刻而使得半導體裝置之特性產生偏差之情形。再者，若藉由本發明之製造工程時，因不係使閘極電極上部之形狀形成較溝渠寬度長之T字型，而係生成溝渠寬度保持原樣之I字型，故不僅可以縮小元件面積，也不需要用以設成T字型之光微影。
以下，參照圖面以實施例說明與本發明有關之半導體裝置及其製造方法。第1圖(a)至(h)係表示與本發明之第一實施例有關之半導體裝之製造工程的概略剖面圖。
第1圖(a)為與本發明有關之半導體裝置之概略剖面圖，表示經過某程度製造工程的狀態。在P型矽基板1上形成N+埋入層2，並且在基板1上藉由磊晶成長形成P型矽層3。再者，以到達至N+埋入層2之方式藉由熱擴散等形成較N+埋入層2低濃度之N-型汲極層4，並且在N-型汲極層4之內側形成P型井層(P型通道層)5。再者，在成為縱型MOSFET之溝渠及源極區域之外側的表面外周部，於除去成為N++型汲極區域之部分形成絕緣膜6。在圖中，絕緣膜6雖然設為藉由淺溝渠的絕緣膜，但是並不限定於此，即使為藉由LOCOS法所形成之絕緣膜當然亦可。
接著，如第1圖(b)所示般，在矽基板1之表面，依序堆積大約100nm之氮化矽膜13和大約200nm之氧化矽膜14之後，使用光微影及蝕刻，形成由僅使成為溝渠之部分開口的氮化矽膜和氧化矽膜所構成之圖案。將該圖案予以遮罩，藉由蝕刻從基板1之表面除去矽至超過P型通道層5為止，並形成大約1μm寬度之溝渠7。
接著，如第1圖(c)般，殘留氮化矽膜13，並除去氧化矽膜圖案14之後，藉由熱氧化，在溝渠側面將成為閘極氧化膜之氧化矽膜8形成大約20~100nm之厚度。此時，溝渠以外之矽基板之表面因被氮化矽膜13覆蓋，故不會形成氧化膜。僅在溝渠側面形成氧化矽膜8。
接著，如第1圖(d)般，將摻雜有為閘極電極材料之雜質的多晶矽膜9堆積至完全埋入溝渠7為止。同時矽基板之表面全體藉由多晶矽膜9被覆蓋。
然後，如第1圖(e)所示般，為了僅在溝渠區域殘留多晶矽而使成為閘極電極，藉由各向同性或各向異性之氣體蝕刻，除去被堆積在氮化矽膜13之表面上的多晶矽膜。此時，溝渠上之多晶矽膜雖然也被蝕刻，但是若為低於氮化矽膜之厚度100nm之多晶矽膜的過蝕刻時，可以將多晶矽膜之上端面設為較P型通道層5之表面(原本之P型磊晶層3之表面)更上方。即是，使用第2圖(a)所說明的由於回蝕通道長度變化並且製造良率下降之問題被解決。並且，因氮化矽膜13和溝渠7之開口部大略相同，故除了不需要閘極電極形成時之光微影工程外，如使用第2圖(b)說明般，並非係將閘極電極上部之形狀設為較溝渠寬度長的T字型，而係至閘極電極上部為止保持溝渠寬度之原樣的I字型，依此則可以縮小元件面積。
接著，如第1圖(f)所示般，除去氮化矽膜之後，如第1圖(g)所示般，藉由光微影，以離子注入等形成N++型汲極區域12、N++型源極區域11。在此，N++型汲極區域12、N++型源極區域11即使於除去氮化矽膜之前形成
亦可。
最後，如第1圖(h)般，在矽基板1之表面形成大約1000nm之磷玻璃層15，並進行特定之圖案製作，開設接觸孔。然後，在其上方堆積鋁等之金屬膜，並進行特定之圖案製作，且形成金屬電極16，依此取得與本發明有關之溝渠閘極型MOSFET。
並且，本發明雖然針對N通道之溝渠閘極型MOSFET之例予以表示，但是亦可適用於其他構造之溝渠閘極型MOSFET或IGBT。以上所說明知內容僅不過為本發明之一實施型態，只要在不脫離本發明之主旨，其他考慮各種變形之實施型態當然亦可。
1‧‧‧P型之矽基板
2‧‧‧N+型埋入層
3‧‧‧P型矽層
4‧‧‧N-型汲極層
5‧‧‧P型井層(P型通道層)
6‧‧‧場絕緣膜
7‧‧‧溝渠
8‧‧‧閘極絕緣膜
9‧‧‧閘極電極
10‧‧‧N型源極區域
11‧‧‧N++型源極區域
12‧‧‧N++型汲極區域
13‧‧‧氮化矽膜
14‧‧‧氧化矽膜
15‧‧‧磷玻璃
16‧‧‧金屬電極
第1圖(a)至(h)係表示本發明之第一實施例之溝渠閘極型MOSFET之製造工程的概略剖面圖。
第2圖(a)及(b)為表示以往之溝渠閘極型MOSFET之剖面構造之例的圖示。
1．．．P型之矽基板
2．．．N+型埋入層
3．．．P型矽層
4．．．N-型汲極層
5．．．P型井層(P型通道層)
6．．．場絕緣膜
7．．．溝渠
8．．．閘極絕緣膜
9．．．閘極電極
11．．．N++型源極區域
12．．．N++型汲極區域
13．．．氮化矽膜
14．．．氧化矽膜
15．．．磷玻璃
16．．．金屬電極
Claims (4)
- 一種半導體裝置之製造方法，具有：在半導體基板之表面形成通道層之工程；在上述半導體基板之表面直接形成氮化矽膜，並且在其上方形成第一氧化矽膜，且在覆蓋上述通道層之上述氮化矽膜及上述第一氧化矽膜設置用以形成溝渠之開口的工程；將上述氮化矽膜及上述第一氧化矽膜當作遮罩，在上述開口之位置從上述半導體基板之表面形成較上述通道層深之溝渠的工程；使上述氮化矽膜殘留而除去上述第一氧化矽膜的工程；將上述氮化矽膜當作遮罩，而在上述溝渠之側面形成成為閘極氧化膜之第二氧化矽膜的工程；以埋入上述溝渠之方式，在上述氮化矽膜表面直接堆積閘極電極材料之後，將上述氮化矽膜當作遮罩而除去位於上述氮化矽膜之上述閘極電極材料，以上端面較之後成為源極區域之上述通道層之表面上方之方式，在上述溝渠內形成閘極電極的工程；及於除去上述氮化矽膜之後，在上述溝渠之周圍形成上述通道層和逆導電型之源極區域的工程。
- 一種半導體裝置之製造方法，具有：在半導體基板之表面形成通道層之工程；在上述半導體基板之表面直接形成氮化矽膜，並且在 其上方形成第一氧化矽膜，且在覆蓋上述通道層之上述氮化矽膜及上述第一氧化矽膜設置用以形成溝渠之開口的工程；將上述氮化矽膜及上述第一氧化矽膜當作遮罩，在上述開口之位置從上述半導體基板之表面形成較上述通道層深之溝渠的工程；使上述氮化矽膜殘留而除去上述第一氧化矽膜的工程；將上述氮化矽膜當作遮罩，而在上述溝渠之側面形成成為閘極氧化膜之第二氧化矽膜的工程；以埋入上述溝渠之方式，在上述氮化矽膜表面直接堆積閘極電極材料之後，將上述氮化矽膜當作遮罩而除去位於上述氮化矽膜之上述閘極電極材料，以上端面較之後成為源極區域之上述通道層之表面上方之方式，在上述溝渠內形成閘極電極的工程；及在上述溝渠之周圍形成上述通道層和逆導電型之源極區域之後，在維持著上述閘極電極之上端面較上述通道層之表面上方之狀態下除去上述氮化矽膜的工程。
- 如請求項1或2所記載之半導體裝置之製造方法，其中當上述第一氧化矽膜被除去時，上述半導體基板之表面除形成有上述開口部之外，被上述氮化矽膜直接覆蓋。
- 如請求項1或2所記載之半導體裝置之製造方法，其中 上述閘極電極材料直接被堆積在上述氮化矽膜之整個表面上。
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