專利名稱：可應(yīng)用于高頻的功率金氧半場效晶體管組件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種半導(dǎo)體切換組件的架構(gòu)及其制作流程，特別是有關(guān) 一種新式且改良的組件結(jié)構(gòu)及其制作流程，是為可應(yīng)用于高頻的功率切換 組件。
先前技術(shù)
對于高頻的功率切換組件的需求相當大之際，現(xiàn)有技術(shù)的功率切換組 件結(jié)構(gòu)與制造流程卻仍受限于功率晶體管中的柵極與漏極之間的速度限
制電容，例如金氧半場效晶體管(MOSFET)與絕緣柵極雙載子晶體管 (IGBT)。因此，尤其是利用高頻切換的電源裝置來提供大范圍的電源給電 子組件的情況下，克服上述的限制已經(jīng)成為重要的課題。
請如圖1A至圖1D，其是為現(xiàn)有技術(shù)，且圖1B與圖1D中是表示降 低的柵極-漏極電容，且分別是相對應(yīng)于圖1A中典型的平面雙擴散金氧半 (planar DMOS)胞與圖1C中的溝槽雙擴散金氧半(trenched DMOS)胞。特別 地， 一形成于梯形柵極下方的梯形柵極介電層，其是厚于一般柵極氧化層 的厚度。而柵極-漏極電容可被降低是由于在柵極與漏極之間的梯形柵極 氧化層具有較厚的厚度，至于在圖1D中的溝槽雙擴散金氧半胞，相同地， 在溝槽底部形成一具有較厚的柵極氧化層，是可降低柵極-漏極的電容。 然而，這種的結(jié)構(gòu)仍舊具有問題及限制，其中，梯形柵極氧化的設(shè)計上， 是因為其制程并非自我對準，因此，面臨到難以縮小雙擴散金氧胞尺寸的 難題；在實行形成梯形柵極與梯形介電質(zhì)、柵極電極的制程中，則會受到 微影制程的誤對準影響，因而組件的尺寸是需要加大，以允許梯形柵極與 梯形介電層之間的誤對準公差值；二個問題則是此種具有較厚的梯形介 電層設(shè)計，是可降低漏極面積下梯形介電區(qū)載子累積，卻增加了組件的漏極-源極導(dǎo)通阻抗(Rdson)，再者，反向電容的降低是受限于梯形介電質(zhì)的 厚度，尤其是在具有較厚溝槽氧化信道的梯形組件中，厚的底部氧化物的 生成是為困難的，且在溝槽底部的氧化物厚度的增加亦會降低厚氧化物下 方漏極區(qū)域內(nèi)的載子累積量，因而增加了組件導(dǎo)通時的漏極-源極導(dǎo)通阻 抗。
在另一篇美國發(fā)明專利5,894,150號中，Hshieh等人公開一種分離柵 極的架構(gòu)以達到降低柵極-漏極電容的目的，請如圖1E所示， 一雙擴散金 氧半胞的柵極是分裂成兩部分，由于此分離柵極的架構(gòu)是可消除來自柵極 -漏極覆蓋區(qū)域?qū)艠O-漏極電容的影響，以降低柵極-漏極電容。十分清楚 地，由Hshieh等人所揭露的分離柵極結(jié)構(gòu)確實對于降低柵極-漏極電容有 所幫助，然而，在此種分離柵極結(jié)構(gòu)中，部分在柵極電極與連接在漏極電 極的磊晶層之間的邊緣電場，是仍舊會發(fā)生有耦合的情形，因此，針對消 除來自柵極與漏極之間因耦合而產(chǎn)生的邊緣電容，仍需要進一步的改善。
Baliga在專利5,998,833號中公開了另一種雙擴散金氧胞，請如圖1F 所示，其是將源極電極形成在一溝槽柵極的下方以用來降低柵極-漏極電 容，此形成在溝槽柵極下方的源極電極是可提供遮蔽效應(yīng)，然而，相似于 圖1E中所提供的結(jié)構(gòu)，在柵極電極與連接在漏極電極的磊晶層之間，仍 存在有邊緣電容，因此，仍需要進一步降低柵極-漏極電容以達到改善高 頻切換的表現(xiàn)。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中仍需要提供改善組件結(jié)構(gòu)與制造方法，以使金氧 半場效晶體管組件可具有更低的柵極-漏極電容，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中 所遭遇到的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種改良的金氧半場效晶體管組件并具有一 降低的柵極-漏極電容，其是由一特殊結(jié)構(gòu)的柵極，以降低柵極-漏極覆蓋 區(qū)域的電容，此特殊結(jié)構(gòu)的柵極是可為一分離閘，其是具有一插入孔，用 以沉積一源極金屬于孔的凹穴中，且更由預(yù)先定義好厚度的介電層以將此 柵極予以隔離來降低輸入與回饋電容、改善瞬變電流效率，以提供較好的切換表現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是提供一種改良的金氧半場效晶體管組件并具有一獨 特結(jié)構(gòu)，其是由插設(shè)一源極金屬至一柵極電集中，以達成減少柵極與漏極 之間覆蓋區(qū)域，并同時防止柵極與柵極下方磊晶層之間的電場耦合，因此， 顯著地降低柵極-漏極的電容。本發(fā)明的改良切換組件是可達成較高的切 換速度與較低的瞬變電流損失。
簡單地來說，在本發(fā)明較佳的實施例中公開一種垂直功率組件，其是 被承載于一半導(dǎo)體基板上，包含有一漏極，其是位于一一表面上，且一源 極區(qū)域是鄰近于半導(dǎo)體基板之一二表面，且一表面與二表面是位于相反的 位置；而此垂直功率組件更包含一絕緣柵極電極，其是位于二表面的頂部 上，用以控制源極至漏極的電流， 一源極電極是插設(shè)于絕緣柵極電極內(nèi)， 本質(zhì)上，其是用以預(yù)防柵極電極與位于絕緣柵極電極下方的磊晶層之間的
電場發(fā)生耦合；源極電極則是覆蓋且延伸至絕緣柵極，并覆蓋至半導(dǎo)體基
板的二表面的部分表面以使其連接至源極區(qū)域；半導(dǎo)體基板則是更包含 一磊晶層，其是位于漏極區(qū)域的上且具有與漏極區(qū)域不同的離子植入濃度 ;絕緣柵極電極則是更包含一絕緣層，用以隔絕柵極電極與源極電極，其 中，此絕緣層的厚度是決定于垂直功率組件的柵極至源極的最大電壓級。 而在另一個較佳的實施例中，絕緣柵極電極更包含一絕緣層，用以隔絕柵 極電極與源極電極，且此絕緣曾在柵極電極外圍的邊緣上具有較厚的厚 度，是使得在蝕刻接觸窗時，可具有較大的對準公差值。又在另一個較佳
的實施例中， 一垂直功率組件更具有一N型通道的金氧半場效晶體管胞。 又在另一個較佳的實施例中， 一垂直功率組件更具有一P型通道的金氧半 場效晶體管胞。
本發(fā)明公開了一種用以制造一功率金氧半場效晶體管組件的方法，此 方法是包含一步驟，其是在半導(dǎo)體基板中，形成一基底區(qū)域與一源極區(qū)域， 并沉積一柵極層于半導(dǎo)體基板的頂部上；此方法更包含一步驟，其是利用 一光罩以在復(fù)數(shù)柵極上進行成像，使形成的通道在蝕刻后可在柵極上形成 插入溝孔以使源極金屬得以插設(shè)于此插入溝孔中；此方法更包含一步驟， 其是沉積一金屬層于復(fù)數(shù)已成像的柵極上，并接續(xù)以一金屬層光罩，以使插設(shè)在柵極內(nèi)的源極層得以進行柵極金屬層與源極金屬層的成像。
關(guān)于本發(fā)明的這些及其他的特點和優(yōu)點，在閱讀了具體實施方式
并配 合所附的圖式的詳細說明后，對于熟悉此項技藝者而言，應(yīng)可無疑地了解。


圖1A為現(xiàn)有技術(shù)的平面雙擴散金氧半場效晶體管胞的截面剖示圖IB為現(xiàn)有技術(shù)的具有一梯形柵極的平面雙擴散金氧半場效晶體管 胞的截面剖示圖1C為現(xiàn)有技術(shù)的溝槽雙擴散金氧半場效晶體管胞的截面剖示圖ID為現(xiàn)有技術(shù)的溝槽底部具有一厚氧化層的平面雙擴散金氧半場 效晶體管胞的截面剖示圖IE為現(xiàn)有技術(shù)的具有一分離復(fù)晶硅柵極的平面雙擴散金氧半場效 晶體管胞的截面剖示圖IF為現(xiàn)有技術(shù)的具有遮蔽溝槽柵極的平面雙擴散金氧半場效晶體 管胞的截面剖示圖2為功率金氧半場效晶體管的等效電路圖3A與圖3B皆為本發(fā)明的具有一源極電極穿透至受到復(fù)晶硅柵極 包圍之一間隙的改良平面金氧半場效晶體管的截面剖示圖4A至圖4E皆為本發(fā)明的其中一種金氧半場效晶體管組件于其中 一種制造方法下的不同制造流程中的截面剖示圖5A至圖5E皆為本發(fā)明的另一種金氧半場效晶體管組件于另一種 制造方法下的不同制造流程中的截面剖示圖6A至圖6G皆為本發(fā)明的再一種金氧半場效晶體管組件于再一種 制造方法下的不同制造流程中的截面剖示圖6D-1至圖6F-1皆為本發(fā)明的又一種金氧半場效晶體管組件于又一 種制造方法下的不同制造流程中的截面剖示圖7A至圖7G皆為本發(fā)明的又一種金氧半場效晶體管組件于又一種圖7F-1至圖7G-1皆為本發(fā)明的又一種金氧半場效晶體管組件于又一 種制造方法下的不同制造流程中的截面剖示圖8A至圖8C皆為本發(fā)明的又一種金氧半場效晶體管組件于又一種 制造方法下的不同制造流程中的截面剖示圖。
具體實施例方式
如圖2所示，是為功率金氧半場效晶體管的等效電路圖，此金氧半場 效晶體管(M)是包含一柵極電極、漏極電極與源極電極，其中，此柵極具 有一柵極阻抗(Rg)，而在磊晶層與連接至漏極電極的基底之間，是具有一 可調(diào)整的阻抗； 一個PN 二極管(Dbody)是橫跨地形成于基底層上；在此 三個電極之間是具有電容，換句話說，Cgs即是表示柵極與源極之間的電 容、Cgd即是表示柵極與漏極之間的電容、Cds即是表示漏極與源極之間 的電容。而就此功率金氧半場效晶體管而言，輸入電容(Ciss)、回饋電容 (Crss)與輸出電容(Coss)是可定義如下
Ciss = Cgd + Cgs
Crss = Cgd
Coss = Cds + Crss
而上述的輸入電容是與金氧半場效晶體管操作時可得的最大頻率成 反比，再者，為了增加操作時的頻率，是可透過一設(shè)計方法以降低輸入電 容。
更進一步而言，輸入電容與回饋電容是可由影響金氧半場效晶體管在 切換的瞬變時期中的組件操作特性，以決定金氧半場效晶體管的效率，且， 較高的電容會使得切換的瞬變時期變長并且也使得切換時的損耗變大。因 此，降低輸入電容與回饋電容是為較理想的。
如3A圖所示，其是為本發(fā)明的一種平面金氧半場效晶體管胞的實施 例。在半導(dǎo)體基板101上是形成有金氧半場效晶體管胞100，且在此半導(dǎo) 體基板101之一底部表面上是具有一一導(dǎo)電型的漏極區(qū)域，也就是說，此半導(dǎo)體基板101即為一N+基底，更一步界定，此金氧半場效晶體管胞100 是形成在一導(dǎo)電型的磊晶區(qū)域105的頂部，也就是說，此N型磊晶層的離 子摻雜濃度是低于基底的離子摻雜濃度， 而二導(dǎo)電型的基底區(qū)域120，也 就是所謂的P型基底區(qū)域120，是形成在磊晶區(qū)域105上，且此基底層120 是圍繞著一導(dǎo)電型的源極區(qū)域125，也就是說，此基底層120是圍繞著N+ 源極區(qū)域125。每一金氧半場效晶體管胞100更包含有一復(fù)晶硅柵極130， 其是形成在基底區(qū)域120頂部的部分表面上，且延伸并覆蓋部分的源極區(qū) 域125與部分的漏極區(qū)域110 ;再者，柵極介電層135是環(huán)繞著柵極130。 此外，另一種的結(jié)構(gòu)是可為將植入一導(dǎo)電型摻雜物質(zhì)至磊晶區(qū)域105的頂 端，以使得在形成金氧半場效晶體管胞的前，可具有較高的摻雜濃度，且 隨著摻雜濃度的升高，是可改善金氧半場效晶體管的導(dǎo)電度。
不同于一般現(xiàn)有技術(shù)的金氧半場效晶體管胞，于此實施例中的柵極是 具有分離式結(jié)構(gòu)，其中，每一個分離閘的外圍是環(huán)繞著柵極介電層135, 再者，在相鄰近的柵極分離式結(jié)構(gòu)130之間是以源極金屬層140填滿，其 中的柵極分離式結(jié)構(gòu)130是延伸并覆蓋至磊晶層105與源極區(qū)域125之間， 且源極金屬層140是與源極區(qū)域125電性連接并更進一步提供一遮蔽以在 柵極分離式結(jié)構(gòu)130與磊晶層105之間形成阻隔。為了降低柵極與漏極之 間的電容(Cgd)，是可由在柵極分離式結(jié)構(gòu)130之間的源極金屬層140，以 薄化柵極介電層135的厚度。而柵極分離式結(jié)構(gòu)130與上述現(xiàn)有技術(shù)的金 氧半場效晶體管胞的磊晶層105的終點的邊緣范圍是中止于填充在柵極分 離式結(jié)構(gòu)130之間的源極金屬140，而在大部分的應(yīng)用中，源極金屬140 是維持一固定的直流電位，以避免柵極因為漏極電位發(fā)生較大的擺動而受 到影響，也因此，回饋電容可顯著地降低。在圖3A中，為了在進行開啟 接觸窗時可提供足夠的對準公差值，亦提出在柵極分離式結(jié)構(gòu)130周圍環(huán) 繞著厚氧化層135的結(jié)構(gòu)，將在接續(xù)的段落中介紹。
在圖3B中是提出一種當具有低的回饋電容/輸入電容比例時，例如 同步場效晶體管或是橋式產(chǎn)品應(yīng)用中，僅利用一薄的內(nèi)層介電層 (inter-layer dielectric, ILD)135，以刻意地增加輸入電容的值，因此，不單是 回饋電容會顯著地降低，同時柵極與源極之間的電容、輸入電容皆會明顯 地提升，故，如圖1B中所提出的現(xiàn)有技術(shù)溝槽式柵極介電制程中，組件的尺寸是受到溝槽式介電層與柵極電極在微影成像的誤對準影響而有所
限制的問題，公開在圖3A與圖3B的金氧半場效晶體管結(jié)構(gòu)中，將不會 發(fā)生上述的缺失。另外，當柵極電容的控制是受到圖1B中的溝槽式氧化 層與柵極電極的臨界尺寸(critical dimension, CD)的影響時，反觀本發(fā)明對 于柵極電容的控制則顯得簡化許多，依據(jù)圖3A與圖3B中所提供的結(jié)構(gòu)， 其柵極電容是僅會受到柵極電極本身尺寸的影響，形成在柵極與源極金屬 之間，并向柵極左、右兩邊延伸的內(nèi)層介電層135、 135'的厚度是決定于 柵極/源極電壓級的最大值，而此柵極/源極電壓級亦同時決定了柵極介電 層厚度的最小值，然而，在大部分的高速度產(chǎn)品的應(yīng)用上，上述的最小值 柵極介電層厚度通常不可行，因為過薄的氧化層厚度將使得柵極與源極之 間的電容增大，因而使得輸入電容上升而導(dǎo)致可進行操作的最大效率降 低，在圖3B中，內(nèi)層介電層的最小厚度是受到薄膜質(zhì)量、成長或沉積、 與柵極電極之間的接口、柵極電極頂部邊角的曲率半徑、與源極金屬之間 的接口的限制；但是，相反地，在兩復(fù)晶硅柵極與插入式的源極電極之間 的介電層厚度若較為薄時，是可較有效地壓抑回饋電容，然而，實際上由 于較薄的介電層厚度會使得輸入電容與輸出電容上升且最終是受限于組 件的最大電壓級，因此，介電層的厚度仍需視實際情況以取得一平衡的值。
依據(jù)圖3A、圖3B以及上述的內(nèi)容可知，本發(fā)明是公開一種形成在半 導(dǎo)體基板上的金氧半場效晶體管胞，此金氧半場效晶體管胞100更包含一 絕緣柵極電極130，其是由金氧半場效晶體管胞100中之一基底區(qū)域120， 以形成并延伸覆蓋在半導(dǎo)體基板上之一磊晶區(qū)域105的頂部；此金氧半場 效晶體管胞100更包含一源極電極140插設(shè)在絕緣柵極電極130之間，且 形成在磊晶區(qū)域105上以實質(zhì)上地避免絕緣柵極電極130與磊晶區(qū)域105 之間產(chǎn)生電場的耦合。在一較佳的實施例中，源極電極140更延伸至絕緣 柵極電極130上以與圍繞在基底區(qū)域120周圍的源極區(qū)域125進行連接。 在另一較佳的實施例中，半導(dǎo)體基板更包含一漏極區(qū)域110，其是形成在 磊晶區(qū)域105的下方，并且具有與磊晶區(qū)域105不同的摻雜濃度。在又一 個較佳的實施例中，絕緣柵極電極130更包含一絕緣層135以隔絕絕緣柵 極電極130與源極電極140，其中，絕緣層135的厚度是受到金氧半場效 晶體管胞100的最大電壓級的限制。在又一個較佳的實施例中，絕緣柵極電極130更包含一絕緣層135以隔絕絕緣柵極電極130與源極電極140， 其中，絕緣層135具有較厚的厚度并圍繞在絕緣柵極電極130的外圍邊緣， 此以允許在形成接觸窗時的對準公差值可較為大。在又一個較佳的實施例 中，金氧半場效晶體管胞100更包含一 P型通道的金氧半場效晶體管胞。
如圖4A至圖4E所示，其是依序為本發(fā)明以基本的"先復(fù)晶"制程步驟 形成平面金氧半場效晶體管胞的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖4A中，制造的流程是 始于在N型磊晶層105的頂部成長一最初的氧化層115，而此N型磊晶層 105是是成長在一N+基底(未繪示于圖中)上，再利用一主動層光罩使每一 氧化層115的部分區(qū)域上可定義出一主動區(qū)域，并再進行N型接面場效晶 體管離子植入(N-type junction field effect transistor ion implant),且利用提 高溫度的方式以驅(qū)使N型區(qū)域110降低至磊晶層105中，而上述的N型 接面場效晶體管離子植入是可為砷植入。在四B圖中，首先，是生成一柵 極氧化層135，接續(xù)，形成復(fù)晶硅層130并利用一復(fù)晶層光罩以在復(fù)晶硅 層130頂部表面上定義出復(fù)數(shù)個復(fù)晶硅柵極130。在四C圖中，先進行P 型離子的基底植入，再于提高溫度的條件下，由一基底擴散以驅(qū)動P型基 底區(qū)域120。在圖4D中，利用一源極層光罩以實現(xiàn)N型離子源極植入， 并再進行源極擴散以形成一N+源極區(qū)域125，然，在N+離子植入與擴散 驅(qū)動的制程中，光罩的采用并非絕對的，光罩的采用是可用以將晶體管胞 進行圖案化以形成N+區(qū)域，并且可使得N+區(qū)域遠離組件的周圍。在四E 圖中，在頂部表面上沉積一內(nèi)層介電層135，，或亦可稱為硼磷硅玻璃層 (BPSG layer),接續(xù)，由特殊的接觸窗層光罩以實現(xiàn)接觸窗的結(jié)構(gòu)并進行 蝕刻以去除內(nèi)層介電層135'上的特定部分，接續(xù)，在內(nèi)層介電層的頂部表 面上是沉積一源極金屬層140，并再利用金屬層光罩以分別定義出源極金 屬層140與柵極金屬層150的位置，而在此步驟中，接觸窗的材料是可使 用金屬合金或是硅化物。上述的"先復(fù)晶"制程步驟中，若為了提供必需的 可靠度，是可視需求而加入鈍化層的沉積與圖案化的步驟?；颍艚永m(xù)更 需要連接至源極引線時，由于經(jīng)過上述制程步驟的頂部表面是為鍍有焊錫 連接以供焊錫連接物質(zhì)黏著于其上。而此制程步驟是在將整個結(jié)構(gòu)的背面 經(jīng)過研磨并且進行金屬沉積后，可獲得最終的成品結(jié)構(gòu)，而為了改善接觸 窗的特性，在結(jié)構(gòu)的背面是可進行植入的步驟，同時，亦可視不同的需求如圖5A至圖5E所示，其是依序為本發(fā)明改以采用"后復(fù)晶"制程步驟 形成基本的雙擴散金氧半場效晶體管胞的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖5A中，制造 的流程是始于在N型磊晶層105的頂部成長一最初的氧化層115，利用一 主動層光罩以蝕刻出氧化層115的部分區(qū)域以定義出主動胞與終止保護環(huán) 的植入?yún)^(qū)塊，接續(xù)，此制造流程是進行N型接面場效晶體管離子植入以及 一P型離子植入以共同形成一基底區(qū)域，其中，上述的N型接面場效晶體 管離子植入也就是砷植入，而為了讓基底植入?yún)^(qū)不受到終止區(qū)域中信道停 止區(qū)域的影響，是可采用一光罩以將上述結(jié)構(gòu)進行區(qū)隔，接續(xù)，再透過一 擴散制程以對N+源極區(qū)域125進行擴散，并驅(qū)使P型基底區(qū)域120降低 至磊晶層105。在圖5B中， 一源極層光罩是可用以將一N型植入?yún)^(qū)中定 義出復(fù)數(shù)個N+源極區(qū)域125，此源極植入層光罩是可用來將晶體管胞中的 N+區(qū)域圖案化，并且使其可遠離組件的周圍。在圖5C中，利用一光罩以 去除主動區(qū)域中的氧化層115，或若當氧化層115是無須存在于終止層的 頂部表面上時，則可選則使用濕式蝕刻制程得方式以進行氧化層115的去 除。在圖5D中，首先，成長一柵極氧化層135，接續(xù)，沉積一復(fù)晶硅層 130并且將此復(fù)晶硅層130進行圖案化以形成復(fù)數(shù)個雙擴散金氧半場效晶 體管胞的復(fù)晶硅柵極130，最終形成柵極匯流與終止結(jié)構(gòu)，而為了得到阻 抗的柵極電極，上述所使用的材料及結(jié)構(gòu)包含有聚合物/硅化物堆?；蚴蔷?合物/鉤薄膜，此外，亦可利用將柵極與源極之間之間隙壁以硅化制程以達 成。在圖5E中，在頂部表面上沉積一內(nèi)層介電層135，，也就是所謂的硼 磷硅玻璃層，接續(xù)，利用一接觸窗層光罩除去部分鈍化層135'以使鈍化層 135，上形成開口，利用此開口是可提供源極區(qū)域125與柵極130之間形成 接觸窗，而再更進一步而言， 一接觸窗層光罩是可用來去除柵極130之間 的中間區(qū)域，如此可使得源極金屬140可直接形成并與柵極絕緣層135' 相鄰，其中，柵極130是提供一中央開口以允許一源極金屬層140可穿透 在其中，接續(xù)， 一金屬層是沉積在頂部，接續(xù)，是使用一金屬層光罩以分 別定義出源極金屬140與柵極金屬150 。在圖5E中，終止區(qū)域更提供一 信道停止區(qū)，其是利用接觸窗層光罩在終止區(qū)域中，在復(fù)晶硅層130上開 啟并蝕刻出開口，并以漏極金屬160貫穿于開口內(nèi)。最終，此制造流程的最末步驟是先沉積一鈍化層，再進行鈍化層的蝕刻并在背面進行金屬沉積
的步驟，而此一步驟是與上述圖4E中所提供的方式相類似。
如圖6A至圖6G所示，其是依序為以本發(fā)明的另一種"先復(fù)晶"制程 步驟形成平面金氧半場效晶體管胞的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖6A中，制造的流 程是始于在N型磊晶層105的頂部成長一最初的氧化層115，而此N型磊 晶層105是是成長在一 N型基底上，再利用一主動層光罩使每一氧化層 115的部分區(qū)域上可定義出一主動區(qū)域，并再進行N型接面場效晶體管離 子植入，且利用提高溫度的方式以驅(qū)使N型區(qū)域110降低至磊晶層105 中，而上述的N型接面場效晶體管離子植入是可為砷植入。在圖6B中， 由熱氧化制程以形成一柵極氧化層135，接續(xù)，先形成一復(fù)晶硅層130， 并使用一復(fù)晶層光罩以在復(fù)晶硅層130的頂部表面上定義出復(fù)數(shù)個復(fù)晶硅 柵極130。在圖6C中， 一具有P型離子的基底植入?yún)^(qū)的形成是由一特殊 的基底區(qū)域133以將基底摻雜物區(qū)隔在復(fù)晶層130之間隙(gap)的外，并利 用基底擴散與提升的溫度條件下，以形成P型基底區(qū)域120,且在基底擴 散制程進行的過程中， 一覆蓋在頂部表面的薄氧化層135'逐漸形成。在圖 6D中， 一薄氮化層135"是沉積在頂部表面上，透過源極層光罩138以在 薄氮化層135"上進行蝕刻，并再以源極擴散形成N+源極區(qū)域125。在圖 6D中，光罩138是亦用來隔離源極摻雜物與復(fù)晶硅間隙134。在圖6E中， 利用氧化源極驅(qū)動物，以在未覆蓋有氮化物的區(qū)域上，成長出厚度約介在 500至5000埃的厚氧化層139，此厚氧化層139是可用以做為內(nèi)層介電層， 因此，則無需再沉積一薄膜的結(jié)構(gòu)。在圖6F中，經(jīng)過開啟并圖案化的接 觸窗142是與主動胞及復(fù)晶柵極130連接，而此P+接觸窗植入?yún)^(qū)必需有 足夠的淺度而不會穿透過在復(fù)晶硅柵極之間的復(fù)晶硅間隙134區(qū)域中的氧 化物-氮化物-氧化物(ONO)堆棧結(jié)構(gòu)，若當接觸窗的植入?yún)^(qū)能量會造成摻 雜物穿透過上述的介電層時，則應(yīng)使用一光罩以避免上述的情形發(fā)生。在 圖6G中，在組件上是沉積一金屬層并經(jīng)過圖案化后形成源極金屬層140 與柵極金屬層150，實際上，用以隔離復(fù)晶柵極130與插入式的遮蔽源極 電極140的介電層135'、 135"，其是為一種氧化物-氮化物-氧化物堆棧結(jié) 構(gòu)，且其是可改善組件的可靠度。在上述的流程中，若為了提升組件的可 靠度，氮化層是可保留下來并大量地覆蓋在終止區(qū)域上，若是為上述的結(jié) 構(gòu)，則可將最后鈍化步驟省略。如圖6D-1所示，其是為圖6D步驟的延伸，其中，氮化物間隙壁135"-S 是環(huán)繞著柵極130而形成的。在圖6E-1中，介于氮化物間隙壁135"-S之 間的氧化層139'，其是由提高溫度的條件下的源極擴散制程以形成，此氧 化物是可做為內(nèi)層介電層，因此，無需再進行薄膜的沉積。在圖6F-1中， 是進行接觸窗142的開啟與圖案化以形成主動胞與復(fù)晶柵極130，而此P十 接觸窗植入?yún)^(qū)必需為具有足夠淺度的植入?yún)^(qū)，因此不會穿透過介于復(fù)晶柵 極之間的氧化層139'。而在圖6D-1至圖6F-1中所公開的制造流程，是為 利用圖6D至圖6F的制造流程的簡單延伸，其是主要由將氮化物間隙壁僅 形成在復(fù)晶結(jié)構(gòu)邊緣上，而非形成在整個復(fù)晶薄膜上的方式，而此間隙壁 的形成是可在基底驅(qū)動的步驟的后進行，或是在源極植入的步驟的后進 行。
如圖7A至圖7G，其是依序為以本發(fā)明的再一種"先復(fù)晶"制程步驟形 成平面金氧半場效晶體管胞的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖7A中，制造的流程是始 于在N型磊晶層105的頂部成長一最初的氧化層115，再利用一主動層光 罩使每一氧化層115的部分區(qū)域上可定義出一主動區(qū)域，并再進行N型接 面場效晶體管離子植入，且利用提高溫度的方式以驅(qū)使N型區(qū)域110降低 至磊晶層105中，而上述的N型接面場效晶體管離子植入是可為砷植入。 在圖7B中， 一柵極氧化層135是由上述的擴散制程而進行成長，接續(xù)， 形成一復(fù)晶硅層130，并再以一復(fù)晶層光罩以在其頂部表面上定義出復(fù)數(shù) 個復(fù)晶硅柵極130。在圖7C中，形成一具有P型離子的基底植入?yún)^(qū)，并 在提高溫度的條件下，以擴散制程來驅(qū)動P型基底區(qū)域120，此P型基底 植入?yún)^(qū)是利用特殊的基底區(qū)塊以將基底摻雜物與復(fù)晶層130之間隙134進 行隔離而實現(xiàn)的。在圖7D中， 一源極層光罩是可用來形成N行離子源極 植入?yún)^(qū)，其方法是介油源極擴散而形成N+源極區(qū)域125，再次地，源極層 光罩是為特殊設(shè)計以做為區(qū)隔源極摻雜物與復(fù)晶柵極130之間隙134的 用。在圖7E中， 一氧化層136的形成，是由厚度小于500埃的薄氮化層 做為蝕刻終止層137，并在熱氧化法或是低溫沉積法或是以兩種方法同時 配合的狀況下完成，在其中一種實施例中，氮化層的厚度是可介在100至 250埃，且在氮化層137上形成厚的硼磷硅玻璃層139后，再利用濕式蝕 刻沉積以將硼磷硅玻璃層139自主動區(qū)域上移除。在圖7F中，在去除氮化層137后，接續(xù)，利用一接觸窗層光罩148以實現(xiàn)接觸窗的蝕刻以圖案 化出接觸窗開口 149，再進行接觸窗植入?yún)^(qū)。在圖7G中，沉積一金屬層 后，再使用一光罩以蝕刻并圖案化出源極金屬層140與柵極金屬層150。 在圖7F-1中，其是顯示出圖7F的其中一種變化，其中，硼磷硅玻璃層是 保留下以覆蓋在主動區(qū)域中的接觸窗區(qū)域上，因而，導(dǎo)致組件的結(jié)構(gòu)是如 圖7G-2中所示，而不同于圖7G中的組件結(jié)構(gòu)。
在上述所描述的制造流程，最主要是為了使復(fù)晶柵極電極130的頂部 邊角圓化，以獲得最小的柵極-源極漏電量、最大的氧化層破裂電壓，并 且可廣泛使用在各種不同的技術(shù)層面，而此些技術(shù)是包含有以下的選擇
由光阻層頂部具有斜率的邊角來進行圖案轉(zhuǎn)移至復(fù)晶層上的技術(shù)；
在復(fù)晶層頂部邊角上進行一小區(qū)域性的等向性蝕刻，且復(fù)晶層頂部邊 角的厚度約為柵極氧化層厚度的2至5倍；
利用在復(fù)晶層上一具有500埃的氧化層，隨后，源極的氧化還原反應(yīng) 將使得復(fù)晶層頂部的邊角圓化，而此邊角的圓化可使得在柵極與源極之 間，除了受到柵極氧化層的限制外，在無需降低最大電壓值得前提下，是 可形成厚度最薄的薄膜。
介于柵極與源極電極之間的氧化層厚度，是可由一犧牲氮化制程精確 地進行控制，因此
一受到厚度控制的氧化層若不是在基底驅(qū)動時成長的，就是在源極驅(qū) 動時成長的，不然就是沉積在晶圓片上，此意即受到厚度控制的氧化層是 是在基底驅(qū)動與源極驅(qū)動同時發(fā)生時進行成長的；
此受到厚度控制的氧化層上是覆蓋有薄氮化層；
若為了具有較高的可靠度，是可接續(xù)沉積一硼磷硅玻璃薄膜，再利用 光罩并進行氫氟酸濕式蝕刻，以將氮化層保護起來而無法與外界接觸；
可在不影響底層的受到良好厚度控制的氧化層的前提下，將未被硼磷 硅玻璃薄膜的氮化層以濕式清洗法去除；
若氮化層是部分為介電層堆棧的結(jié)構(gòu)，也許在上述的步驟中將無法完 全去除氮化層；
一如其它的步驟，進行接觸窗信息與金屬沉積；膜同時存在于終止區(qū)域上，因此，是可將鈍 化步驟省略。
如圖8A至圖8C所示，其是依序為本發(fā)明改以采用"后復(fù)晶"制程步驟 形成平面金氧半場效晶體管胞的結(jié)構(gòu)示意圖。在完成相似于上述的圖5A 至圖5C的制程后，于圖8A中，首先形成一柵極氧化層135后再沉積一 復(fù)晶硅層130，，此復(fù)晶硅層130是利用一氧化硬光罩135以進行圖案化， 此氧化硬光罩135是設(shè)置在一適當?shù)奈恢靡越档洼斎腚娙?。在圖8B中， 在復(fù)晶硅層130的側(cè)壁上形成一薄氧化層135，以做為介于復(fù)晶硅結(jié)構(gòu)與源 極遮蔽栓(source-shielding plug)之間的介電層，利用低壓化學氣相沉積法 以形成一氮化物間隙壁135"，并且再其進行蝕刻以保護復(fù)晶硅層130的側(cè) 壁，覆蓋在接觸窗并介于復(fù)晶柵極區(qū)域之間的氧化層135是可透過濕式氧 化反應(yīng)以將其厚度增厚至設(shè)定的厚度，接續(xù)，氮化物間隙壁135"是可進行 清洗去除，或是，若當有較厚的厚度與較高的可靠度的要求下，氮化物間 隙壁135"則可留在適當?shù)奈恢蒙隙鵁o需去除，而若當薄氧化層已成長至足 夠的厚度時，此氮化物-氧化物的順序則可進行交換。在8C中，是使用一 接觸窗層光罩以對接觸窗進行蝕刻并圖案化，接續(xù)，是如上述圖5E所示， 沉積一金屬層并對其進行圖案化。顯而易見地，上述無論是采用"先復(fù)晶" 制程或是"后復(fù)晶"制程，大多數(shù)的制作流程是用以確保在漏極磊晶層110 上的復(fù)晶柵極開口與貫穿在復(fù)晶柵極中央蝕刻開口中的源極電極140之 間，是保持有一薄的介電結(jié)構(gòu)，以形成一具有較高效率的柵極-漏極電容 遮蔽。
以上所述是由實施例說明本發(fā)明的特點，其目的在使本領(lǐng)域技術(shù)人員 能了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，而非限定本發(fā)明的保護范圍，故，凡其 它未脫離本發(fā)明所公開的精神所完成的等效修飾或修改，仍應(yīng)包含在本發(fā) 明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金氧半場效晶體管胞，其形成于一半導(dǎo)體基板上，其特征在于，該金氧半場效晶體管胞包括一絕緣柵極電極，其形成于該半導(dǎo)體基板的頂部表面并延伸覆蓋至一磊晶區(qū)域，且該半導(dǎo)體基板的周圍被該金氧半場效晶體管胞之一基底區(qū)域環(huán)繞；以及一源極電極，其插設(shè)于該絕緣柵極電極定且形成在該磊晶層上，該源極電極可避免該柵極電極與該磊晶層產(chǎn)生電場耦合效應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的金氧半場效晶體管胞，其特征在于，該源極電 極更可延伸至該絕緣柵極以與該基底區(qū)域中之一源極區(qū)域進行連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的金氧半場效晶體管胞，其特征在于，該半導(dǎo)體 基板更可包括一漏極區(qū)域，其形成于該磊晶區(qū)域的下方，且該漏極區(qū)域具 有與該磊晶區(qū)域不同的摻雜物濃度。
4. 如權(quán)利要求1所述的金氧半場效晶體管胞，其特征在于，該絕緣柵 極更可包括一絕緣層，其用以隔絕該絕緣柵極電極與該源極電極，且該絕 緣層的厚度決定于該金氧半場效晶體管胞的最大電壓值。
5. 如權(quán)利要求1所述的金氧半場效晶體管胞，其特征在于，該絕緣柵 極電極更可包括一絕緣層，其用以隔絕該絕緣柵極電極與該源極電極，且 圍繞于該絕緣柵極電極外圍的該絕緣層厚度較厚，以使進行接觸窗開口蝕 刻時可具有較高的對準公差值。
6. 如權(quán)利要求5所述的金氧半場效晶體管胞，其特征在于，該金氧半 場效晶體管胞更可包括一絕緣層，其形成于一組絕緣柵極電極之間，且該 組絕緣柵極電極用以隔絕該源極電極與磊晶區(qū)域，且該絕緣層的厚度與圍 繞于該絕緣柵極電極外圍的該絕緣層的厚度相同。
7. 如權(quán)利要求1所述的金氧半場效晶體管胞，其特征在于，該金氧半 場效晶體管胞更包括一 N型通道金氧半場效晶體管胞。
8. 如權(quán)利要求1所述的金氧半場效晶體管胞，其特征在于，該金氧半 場效晶體管胞更包括一 P型通道金氧半場效晶體管胞。
9. 一種垂直功率組件，其特征在于，其形成于一半導(dǎo)體基板，且該半 導(dǎo)體基板具有形成于一第一表面上之一漏極，與鄰近于一第二表面之一源 極區(qū)域，該第一表面與該第二表面位于該半導(dǎo)體基板的相反位置，該垂直功率組件包括一絕緣柵極電極，其形成于該第二表面的頂部表面，該絕緣柵極電極 可用以控制自源極至漏極的電流；以及一源極電極，其插設(shè)于該絕緣柵極電極中，該源極電極可避免該絕緣 柵極電極與其下方之一磊晶區(qū)域產(chǎn)生電場耦合的效應(yīng)。
10. 如權(quán)利要求9所述的垂直功率組件，其特征在于，該源極電極更 可覆蓋于該絕緣柵極電極上，并延伸至該半導(dǎo)體基板的該第二表面之一面 積上，以使該源極電極可與該源極區(qū)域連接。
11. 如權(quán)利要求9所述的垂直功率組件，其特征在于，該半導(dǎo)體基板 更可包括一磊晶層，其形成于該漏極區(qū)域的上，且該磊晶層具有與該漏極 區(qū)域不同的摻雜物濃度。
12. 如權(quán)利要求9所述的垂直功率組件，其特征在于，該絕緣柵極更 可包括一絕緣層，其用以隔絕該絕緣柵極電極與該源極電極，且該絕緣層 的厚度決定于該垂直功率組件的最大電壓值。
13. 如權(quán)利要求9所述的垂直功率組件，其特征在于，該絕緣柵極電 極更可包括一絕緣層，其用以隔絕該絕緣柵極電極與該源極電極，且圍繞 于該絕緣柵極電極外圍的該絕緣層厚度較厚，以使進行接觸窗開口蝕刻時 可具有較高的對準公差值。
14. 如權(quán)利要求13所述的垂直功率組件，其特征在于，該垂直功率組 件更可包括一絕緣層，其形成于一組絕緣柵極電極之間，且該組絕緣柵極 電極用以隔絕該源極電極與磊晶區(qū)域，且該絕緣層的厚度與圍繞于該絕緣 柵極電極外圍的該絕緣層的厚度相同。
15. 如權(quán)利要求9所述的垂直功率組件，其特征在于，該垂直功率組 件更包括一 N型通道金氧半場效晶體管胞。
16. 如權(quán)利要求9所述的垂直功率組件，其特征在于，該垂直功率組 件更包括一 P型通道金氧半場效晶體管胞。
17. —種切換組件，其特征在于，其形成于一半導(dǎo)體基板，且該半導(dǎo) 體基板具有形成于一第一表面上之一漏極，與鄰近于一第二表面之一源極 區(qū)域，該第一表面與該第二表面位于該半導(dǎo)體基板的相反位置，該切換組 件包括一絕緣柵極電極，其形成于該第二表面的頂部表面，該絕緣柵極電極 可用以控制自源極至漏極的電流；以及一源極電極，其插設(shè)于該絕緣柵極電極中，該源極電極可避免該絕緣 柵極電極與其下方之一磊晶區(qū)域產(chǎn)生電場耦合的效應(yīng)。
18. 如權(quán)利要求17所述的切換組件，其特征在于，該源極電極更可覆 蓋于該絕緣柵極電極上，并延伸至該半導(dǎo)體基板的該第二表面之一面積 上，以使該源極電極可與該源極區(qū)域連接。
19. 如權(quán)利要求17所述的切換組件，其特征在于，該半導(dǎo)體基板更可 包括一磊晶層，其形成于該漏極區(qū)域的上，且該磊晶層具有與該漏極區(qū)域 不同的摻雜物濃度。
20. 如權(quán)利要求17所述的切換組件，其特征在于，該絕緣柵極更可包 括一絕緣層，其用以隔絕該絕緣柵極電極與該源極電極，且該絕緣層的厚 度決定于該切換組件的最大電壓值。
21. 如權(quán)利要求17所述的切換組件，其特征在于，該絕緣柵極電極更 可包括一絕緣層，其用以隔絕該絕緣柵極電極與該源極電極，且圍繞于該 絕緣柵極電極外圍的該絕緣層厚度較厚，以使進行接觸窗開口蝕刻時可具 有較高的對準公差值。
22. 如權(quán)利要求17所述的切換組件，其特征在于，該切換組件更包括 一 N型通道金氧半場效晶體管胞。
23. 如權(quán)利要求17所述的切換組件，其特征在于，該切換組件更包括 一 P型通道金氧半場效晶體管胞。
24. —種制造功率金氧半場效晶體管組件的方法，其特征在于，其步 驟包含先于一半導(dǎo)體基板中形成一基底區(qū)域與一源極區(qū)域，再沉積一柵極層 于該半導(dǎo)體基板上；該方法更包括使用接觸窗層光罩以在該柵極上，利用圖案化以形成復(fù)數(shù)具有插入開 口的柵極，以使一源極金屬層可插設(shè)于該具有插入開口的柵極中。
25. 如權(quán)利要求24所述的制造功率金氧半場效晶體管組件的方法，其 特征在于，更可利用一金屬層光罩以對一柵極金屬與插設(shè)于該柵極中的該 源極層之一源極金屬進行圖案化，并沉積一金屬層以覆蓋復(fù)數(shù)圖案化的柵 極。
全文摘要
本發(fā)明公開一種載于半導(dǎo)體上之新式切換組件，其包括一漏極(110)，其位在一第一表面上，與一源極區(qū)域(125)，其位在一第二表面的附近，此第二表面位于一半導(dǎo)體上且與第一表面的位置相對，且此切換組件更包括一絕緣柵極電極(130)，其位在第二表面的頂部用以控制自源極(125)至漏極(110)的電流，且此切換組件更包括一源極電極(140)，其插設(shè)于絕緣柵極電極(130)內(nèi)用以預(yù)防介于柵極電極(130)與絕緣柵極電極下方的磊晶區(qū)域(105)之間的電場發(fā)生耦合，源極電極(140)更覆蓋且延伸至絕緣柵極電極，且覆蓋在半導(dǎo)體之第二表面上的一面積上以連接到源極區(qū)域(125)，而半導(dǎo)體基板(101)更包括一磊晶層(105)，其位于半導(dǎo)體基板上，且具有與漏極區(qū)域(110)不同的摻雜濃度，而絕緣柵極電極則是更包括一絕緣層，其用以隔絕柵極電極與源極電極，且其中，絕緣層之厚度決定于垂直功率組件的柵極至源極的最大電壓級。
文檔編號H01L29/76GK101542738SQ200680015767
公開日2009年9月23日 申請日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月9日
發(fā)明者安荷·叭剌 申請人:萬國半導(dǎo)體股份有限公司