专利名称：带有自对准源极和接触的沟槽型场效应晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，尤其涉及一种新颖的低电压沟槽型MOSFET结构和制造方法。
背景技术：
低电压沟槽型MOSFET是众所周知的，在当今的器件中，由于接触蚀刻(contact etch)和浅注入(shallow implant)的使用，使制造过程很复杂，因而，对于接触蚀刻，存在着不完整的硅蚀刻和金属台阶覆盖性以及不完全的沟槽填充的问题。进一步，注入深触点的浅注入物会导致降低器件的漏源开启电压(BVdss)的缺陷。
进一步，在低电压沟槽型MOSFET中，导通电阻(RDSON)高度依赖于高于总RDSON的40％的沟道作用。这样，就希望增加沟道密度以及减少沟道长度可减少导通电阻(RDSON)。然而，单元密度的增加使器件的设计和制造方法复杂化。
进一步，在制造过程中，每一个沟槽都被填充多晶硅栅填料并被将源极电极与多晶硅栅分离开的氧化物覆盖。该氧化物传统上是生长的氧化物。已经发现制造问题的发生是生长的氧化物盖的结果。
希望能减少沟槽型低电压MOSFET的制造复杂性和导通电阻。
发明内容
依据本发明，提供了新颖的方法和器件结构，其采用沟槽内的加厚的底部氧化物；
简化的电流路径；在终端区(termination region)不设源极；不对硅进行接触蚀刻(以消除临界源极排列和高阶覆盖性的问题)。
在沟槽内的多晶硅栅的顶部淀积的氧化物盖。
进一步，依据本发明并且在有源区(active area)，源极/栅重迭仅由扩散区定义，沟槽内的栅氧化物层被保护不受多晶硅蚀刻等离子体和源极注入的损害。
依据本发明的显著的特征，被用于盖住沟槽内导电的多晶硅栅的氧化物是淀积的而不是生长的氧化物。
因而产生的结构制造复杂度低，RDSON更低；对相同电流的芯片模(die)尺寸更小，并提高了制造产量。
附图的简要说明
图1是带有盖住多晶硅栅的生长氧化物的现有技术器件的有源区一小部分的剖面图；图2是图1的现有技术器件的终端区的一小部分的剖面图。
图3是栅多晶硅上带有硅化物的图1的剖面图。
图4是与图1相似的剖面图，带有本发明的特征包括在沟槽内的多晶硅上淀积的盖氧化物；图5是图4的器件的终端区的剖面图；图6是图4器件的改进的终端结构的剖视图。
具体实施例方式
首先参照图1和图2，其示出了众所周知的沟槽型MOSFET。因而，其示出了N+衬底10，衬底10在其底部包括了一个漏极(未示出)，并带有在其上外延生长的N-漂移层11。
P型基体扩散区12形成在N-漂移层11内。并且N+源极层9扩散进区域12。沟槽13，14被蚀刻进P基体12并分别衬有栅氧化物15、16，和分别充满导电多晶硅栅17、18。多晶硅区域17、18由热生长的氧化物盖盖住并被TEOS绝缘层20覆盖。栅极21(图2)与所有多晶硅元件17、18相连接(连接未示出)。
如图所示，形成接触沟槽25，并在沟槽25的底部形成P+触点扩散区26。最后，源极金属30被淀积在晶片的顶部，并被分离以另外定义与栅极21接触的栅金属触点31(图2)。在多晶硅17和18顶部的生长的氧化物盖将多晶硅17和18同源极金属30相绝缘。该生长的氧化物盖是故障源。
所示的结构提供了大小为Xch的横向沟道、长度L1ch的有效信道和长度Lch的信道(图2)。
在工作中，器件的击穿电压受接触蚀刻的沟道长度Xch和L1ch的限制，并分别受对浅的N+和P+注入25和26的需求的限制。
进一步，因为接触的制造顺序对击穿电压BV的限制，沟道长度Lch比最大的耗尽宽度要大许多。接触对齐是关键的工艺参数，而金属台阶覆盖性是一个问题。
图3示出了对图1和图2器件的一个改进，其中多晶硅沟槽填充物17和18的顶部分别被金属硅化物层40和41覆盖，这减少了对栅极端的有效横向栅电阻。进一步，在沟槽13和14的底部45和46，栅氧化物15、16分别加厚。再进一步在图3中，使用更厚的硬掩模(hardmask)，多晶硅填充物中心的凹处不会到达硬掩模的下部。另外，在图3中，确定器件Qg的源极/栅极重迭仅由扩散确定。最后，栅氧化物15、16被与多晶硅蚀刻等离子体和源极注入等离子体隔开。
图4和图5示出了包括在本发明中的改进的结构和方法。应注意，使用了加厚的底部氧化物45和46，就象硅化物栅极部件40和41一样(在图6中未示出)。进一步，然而源极9不延伸进终端(图5)，没有对硅的接触蚀刻(避免临界源极对齐和金属台阶覆盖性问题)。进一步，提供了简化的电流路径。
值得注意的是，在多晶硅17和18(硅化物层40、41可被移去)之上的氧化物盖20是淀积的氧化物，优选地，LD TEOS的厚度为4000并被内蚀刻以与硅表面大体平齐。
用于制造本发明的器件的一个方法采用以下的基本步骤1.将在半导体晶片或芯片的N-漂移区(图4和图5的漂移区11)的表面上的焊盘(pad)氧化物生长到厚度大约为240；2.P型沟道注入物被形成进N-漂移区11的顶部；3.氮化物被淀积在P型场通道植入物上，厚度为大约3500。
4.有源掩模(active mask)形成在器件表面上，终端沟槽(图1到图5中未示出、但在图6中示出)可形成至深度为0.7微米。
5.在1000℃执行沟道驱动大约30分钟以驱动P注入物形成P沟道区域12。
6.场氧化步骤被执行，形成厚度大约为5000的氧化物。
7.形成有源区域沟槽掩模以蚀刻沟槽17、18至深1.1微米宽0.4微米。可以使用其它的沟槽尺寸。
8.牺牲氧化(450)和然后进行蚀刻。
9.随后生长240的垫氧化物，然后在沟槽壁上和壁间的顶部台面(mesa)的顶部上淀积的栅氮化物。
10.干氮化物蚀刻随后将氮化物从沟槽底部移去。
11.氧化物45随后在沟槽底部生长到2000。
12.在垂直的沟槽壁上的氮化物被湿法氮化物蚀刻去除。
13.清洁后的通道壁随后接收生长的栅氧化物(15，16)。
14.多晶硅随后被淀积在晶片上并进入沟槽中达5000厚。
15.随后发生POCl淀积，并被驱动以使多晶硅填料17和18导电。
16.多晶硅随后被蚀刻，形成低于硅表面约0.15微米深(±0.1微米)的凹处。
17.下一步，多氧化物被形成至450。
18.进行氮化物上的氧化物的蚀刻，氮化物被侧向拉回大约1000，以清除用于源极注入物的沟槽之间的台面(mesa)的角落。
19.在AME氧化物蚀刻之后，砷源极注入被执行，来形成N+源极区域9。
20.此后，根据本发明的重要特征，低密度TEOS被淀积至厚度大约4000，以形成图4和图5中的氧化物栓塞20。很明显氧化物栓塞不是生长的，而是淀积的，这提高了器件的可靠性。
21.此后，是利用氧化物的源极驱动，之后是接触掩模。应注意源极的横向延伸短，并深入延伸到沟槽中，并且主要是沿着栅氧化物，而不是盖氧化物。
22.这些步骤之后是SP+注入和驱动。
23.在金属预清洁步骤(premetal clean step)之后，是FM溅射、金属掩模和铝蚀刻。
24.随后使用标准的结束步骤，随后是形成在N+晶片10的底部上的底座金属(back metal)(未示出)。
图6示出了用于图4的器件的改进的终端(沟槽终端)，并由前述方法制造，在图6中的部件与图4中带有相同标识号的部件类似。
应该注意在图6中，栓塞20被完全地拉后(步骤18和19)，以为源极金属30提供横向源极区域接触表面。进一步，该新颖的终端带有在上述步骤4中形成的终端沟槽100，其被在上述步骤7中形成的场氧化物101、在步骤14到16形成的多晶硅场金属板102、在上述步骤20形成的淀积的TEOS层103覆盖。
图3、4、5和6的新颖结构允许增加沟槽单元的密度、与图1和图2所示的现有技术器件相比较，对同样BV，沟道的长度Lch减小，沟道结构更加紧凑。
尽管本发明已结合其特定实施例被描述，然而，对本领域的技术人员而言，许多其他的变化、改进和应用将是显而易见的。因而申明，本发明不受本文的特定公开的限制。
权利要求
1.一种沟槽型功率金属氧化物半导体栅器件，包括带有N-漂移区以及形成在所述N-漂移区上的P型沟道的硅芯片模；在所述硅芯片模的上部内形成的多个隔开的沟槽，所述沟槽沿所述P基体垂直延伸进入所述N-漂移区；每个所述沟槽在其壁上带有栅电介质并填充导电的多晶硅填料至低于所述硅的顶面的高度；形成在所述多晶硅填料的每一个上的氧化物栓塞，所述氧化物栓塞填充所述沟槽至至少其顶部；形成进所述沟槽壁的顶部的隔开的N+源扩散区，它们在每个所述沟槽的顶部带有短的横向延伸，并延伸至所述多晶硅填料的顶部下方给定的深度；覆盖所述硅上部的源极，其与所述N+源极区域和所述N+源极区域之间的P沟道区域相接触。
2.根据权利要求1所述的器件，所述硅的所述顶面和所述氧化物栓塞的顶面基本上共平面。
3.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述氧化物栓塞是淀积的氧化物。
4.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述栅电介质是生长的氧化物。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的器件，其特征在于，每一个所述沟槽的底部衬有比所述栅电介质更厚的氧化物。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的器件，进一步包括环绕所述器件的有源区域的终端沟槽；所述沟槽终端涂有场氧化物层，依次被导电多晶硅、淀积的氧化物覆盖。
7.一种沟槽型金属氧化物半导体栅器件；所述沟槽型器件带有在硅衬底上的垂直沟槽；所述垂直沟槽在其垂直壁上带有栅氧化物，并用导电的多晶硅填充至低于所述硅衬底的顶部的高度；从所述导电多晶硅的顶部到所述衬底的顶部的开口被淀积的氧化物填充。
全文摘要
一种沟槽型功率MOS栅器件，带有多个隔开的衬有氧化物并填充导电多晶硅的沟槽。多晶硅填料的顶部低于所述硅的顶面；并被与所述硅的顶部平齐的淀积的氧化物覆盖；横向范围短的源极区域延伸入所述的沟槽壁至低于所述多晶硅的顶部的深度。形成的沟槽终端带有绝缘的氧化物衬垫，其依次被多晶硅层、淀积的氧化物覆盖。
文档编号H01L29/739GK1552102SQ02817409
公开日2004年12月1日 申请日期2002年9月3日 优先权日2001年9月5日
发明者亚当I·阿马利, 纳雷什·撒帕尔, 撒帕尔, 亚当I 阿马利 申请人:国际整流器公司