沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法

专利名称：沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管(M0S)的结构及其制 作方法，特别是涉及一种通过改善沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管 的井区的深度分布，避免井区覆盖栅极沟槽的底部而导致晶体管失效的沟 槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管(Trench M0S)的结构及其制作方法。
背景技术：
为满足节能和降低系统功率损耗的需求，需要更高的能源转换效率，这 些与时俱进的设计规范要求，对于电源转换器的设计者会是日益严峻的挑 战。为了适应此需求，新式功率组件在高效能转换器中所扮演的角色愈趋 重要。其中，功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Power M0SFET)目前已被
广泛应用于各种电源转换器。
功率金属氧化物半导体场效应晶体管在运作过程中主要的能量损耗来 源包括导通电阻造成的导通损失，及极间电容(包括输出电容C i s s与反馈电 容Crss等)所导致的能量耗损。值得注意的是，导通电阻以外的各项损耗 都会与功率金属氧化物半导体场效应晶体管的极间电容及操作频率呈正
比。因此，若要提高功率金属氧化物半导体场效应晶体管的操作频率，就必 须设法降低极间电容值。
图1A至图1H是一典型沟槽栅功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (trench power M0SFET)的制作流程。图中是以N型功率金属氧化物半导体 场效应晶体管为例。请参阅图1A所示，首先形成一N型外延层120于一N 型硅基板110上。然后，利用一光掩膜定义出栅极沟槽的位置，并以干蚀刻 的方式在外延层120中制作出多数个栅极沟槽130。
随后，请参阅图1B所示，形成一栅极氧化层140于栅极沟槽130的内 壁，然后，沉积一多晶硅层覆盖外延层12。的棵露表面。此多晶硅层是完全 填满栅极沟槽130。接下来，回蚀(Etch Back)去除位于栅极沟槽130上方 的多晶硅材料，以构成多晶硅栅极152。值得注意的是,此蚀刻过程使多晶 硅栅极152的上缘落于栅极沟槽130的上缘的下方。
接下来，请参阅图1C所示，以离子注入(ion implantation)的方式 注入P型掺杂物于N型外延层120的表面区域120a。然后，请参阅图1D所 示，加热导入(drive-in) P型掺杂物，藉以在N型外延层120中形成一P型井 区(P-wel1)122。值得注意的是，由于栅极沟槽130的开口处的侧壁棵露于外，如图1C所示，经过离子注入制程后，在栅极沟槽130旁边的外延层120 被注入的P型掺杂物的浓度与深度都会大于外延层120的其它部分。也因 此，如图1D所示，导入P型掺杂物所形成的P型井区122的中间处122a以 及邻接于栅极沟槽130的两侧边122b,会具有较大的深度。
随后，请参阅图1E所示，利用一光掩膜(未图示)制作一光刻胶图案层 162定义源极的位置，然后以离子注入方式在P型井区122的表面形成N型 源极掺杂区16 0 。这些N型源极掺杂区16 0是紧邻于栅极沟槽13 0的侧壁。
再请参阅图1F所示，沉积一介电层17。(例如硼磷硅玻璃(BPSG )层) 全面覆盖多晶硅栅极152、源极掺杂区160与棵露于外的P型井区122。然 后，通过微影蚀刻制程在介电层170中制作一接触窗172，暴露位于介电层 170下方的源极掺杂区160与P型井区122。
然后，请参阅图1G所示，通过此接触窗172,以离子注入方式注入P型 掺杂物，在P型井区的上部分形成一 P型重掺杂区180。最后，请参阅图 1H所示，全面沉积一金属层190覆盖介电层170以及位于接触窗172底部 的源极掺杂区160,以完成此沟槽栅功率金属氧化物半导体场效应晶体管的 制作。
然而，如图1C及图1D所示，在栅极沟槽130旁边的外延层122内的P 型掺杂物浓度较高，注入的深度也较深，进而导致P型井区122在邻接于 栅极沟槽130的两侧边122b具有较大的深度。此种浓度分布状态不利于制 程上的控制。进一步来说，栅极沟槽130的底部必须与P型井区122下方 的N型外延层120相接，方能使晶体管正常运作。传统的金属氧化物半导 体场效应晶体管的制程中，P型掺杂物在邻接于栅极沟槽130的两侧边122b 处的浓度较大，因此，在导入掺杂物形成P型井区122的过程中，栅极沟槽 130的底部容易被P型井区122覆盖而导致晶体管失效。
因此，如何改善金属氧化物半导体场效应晶体管的井区的深度分布，避 免井区覆盖栅极沟槽的底部而导致晶体管失效，是此领域从业者亟欲追求 的目标。
由此可见，上述现有的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制 作方法在产品结构、制作方法与使用上，显然仍存在有不^_与缺陷，而亟待 加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求 解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法 又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决 的问题。因此如何能创设一种新的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管 及其制作方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目 标。
有鉴于上述现有的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验 以及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的 沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法，能够改进一般现有 的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法，使其更具有实用 性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具 实用价值的本发明。

发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的沟槽栅金属氧化物半导体场效应 晶体管存在的缺陷，而提供一种新的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体 管，所要解决的技术问题是通过改善沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体 管的井区的深度分布，避免井区覆盖栅极沟槽的底部而导致晶体管失效，非 常适于实用。
本发明的另一目的在于，克服现有的沟槽栅金属氧化物半导体场效应 晶体管的制作方法存在的缺陷，而提供一种新的沟槽栅金属氧化物半导体 场效应晶体管的制作方法，所要解决的技术问题是使其可以有效控制沟槽 栅金属氧化物半导体场效应晶体管的井区的深度，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据 本发明提出的 一种沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，包
括以下步骤制作一第一导电型的外延层于一硅基板上；制作多数个第一沟 槽于外延层；全面离子注入(Blanket Implant)第一导电型的掺杂物于该外 延层内；通过一多晶硅层光掩膜，以微影蚀刻方式制作一多晶硅图案层覆盖 该第一沟槽与其周围 一预设范围的该外延层；通过该多晶硅图案层，以离子 注入方式注入第二导电型的纟参杂物于该外延层内；导入(Drive-in)该外延 层内的该些掺杂物，以形成一具有该第二导电型的井区(Well);通过该多晶 硅图案层，以离子注入方式注入该第一导电型的摻杂物于该井区内，以形成 多数个第 一掺杂区；导入该第 一掺杂区内的掺杂物，以形成一源极掺杂区紧 邻于该第一沟槽；去除位于该外延层上方的该多晶硅图案层，以形成该多晶 硅栅极；全面沉积一介电层，并于介电层中制作一接触窗，曝露部份该源极 掺杂区；以及沉积一金属层于该介电层上，并覆盖该源极掺杂区。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，更包括制 作多数个第二沟槽于该外延层，该第二沟槽是位于相邻的该些第一沟槽间。 前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，其中在形 成该井区之后，注入该第一导电型的掺杂物之前，更包括通过一源极光掩 膜，以微影蚀刻方式制作一光刻胶图案层覆盖该第二沟槽与周围的该井区。
6前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，其中位于 该外延层上方的该多晶硅图案层是以蚀刻方式去除，并且在蚀刻去除该多 晶硅图案层的步骤中，同时去除位于该多晶硅图案层的开口下方的部分该 第 一掺杂区，使该第 一掺杂区被分为两部份，分别对应于该开口两侧的该二 多晶硅栅极。前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，其中于该 介电层内制作该接触窗之后，更包括通过该接触窗以离子注入方式注入该 第二导电型掺杂物于该井区内，以构成一第二掺杂区。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其包含有 一第一 导电型的外延层；多数个第一沟槽，位于该外延层内； 一多晶硅栅极,位于 该第一沟槽内；一第二导电型的井区，位于相邻二该第一沟槽间，该井区的 下缘在对应于相邻二该第一沟槽的中间处具有一向下凸出，并且，该井区在 邻接于该第一沟槽的侧壁处具有最小的深度；多数个第一导电型的源极掺 杂区，分别邻接于该些第一沟槽，其下缘呈现因掺杂物导入(Drive-in)而 构成的曲面；一第二导电型的第二掺杂区，位于二该源极掺杂区之间； 一介 电层，覆盖该多晶硅栅极，该介电层并具有至少一接触窗曝露该源极掺杂 区；以及一金属层，覆盖该介电层与该源极掺杂区。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其中所述的源极掺杂 区的最深处位于该接触窗的下方。前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，更包括一第二沟槽位 于相邻二该第 一沟槽间。前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其中所述的井区在该 第二沟槽的下方具有最小的厚度。前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其中所述的第二沟槽 的底部具有一第二导电型的第二掺杂区。前述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其中所述的井区的上 表面具有一凹陷，位于二该源极掺杂区之间，该凹陷的侧壁是邻接于该源极 掺杂区，该凹陷的底面是邻接于该第二掺杂区，并且，该接触窗的侧壁是位 于该凹陷的外侧。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案 可知，本发明的主要技术内容如下为了达到上述目的，本发明提供了一种沟槽栅金属氧化物半导体场效 应晶体管的制作方法，包含下列步骤(a)制作一第一导电型的外延层于一 硅基板上；(b)制作多数个第一沟槽于外延层；(c)全面离子注入(Blanket7Implant)第一导电型的掺杂物于外延层内；(d)通过一多晶硅层光掩膜，以 微影蚀刻方式制作一多晶硅图案层覆盖第 一沟槽与其周围 一预设范围的外 延层；(e)通过多晶硅图案层，以离子注入方式注入第二导电型的掺杂物于 外延层内；(f)导入(Drive-in)外延层内的掺杂物，以形成一具有第二导电 型的井区(Well); (g)通过多晶硅图案层，以离子注入方式注入第一导电型 的掺杂物于井区内，以形成多数个第一掺杂区；(h)去除位于外延层上方的 多晶硅图案层，以形成多晶硅栅极；(i)导入第一掺杂区内的掺杂物，形成一 源极掺杂区紧邻于第一沟槽；(j)全面沉积一介电层，并于介电层中制作一 接触窗，曝露部份的源极掺杂区；(k)沉积一金属层于介电层上，并覆盖源 极掺杂区。另外，为了达到上述目的，本发明另提供了一种沟槽栅金属氧化物半 导体场效应晶体管的结构。此沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管结构 包含一第一导电型的外延层、多数个第一沟槽、多数个多晶硅栅极、多数 个第二导电型井区、多数个第一导电型的源极掺杂区、 一介电层与一金属 层。其中，多数个第一沟槽是位于外延层内。多数个多晶硅栅极是分别位 于这些第一沟槽内。多数个第二导电型井区，分别位于相邻二个第一沟槽 间。第二导电型井区的下缘在对应于相邻二个第 一沟槽的中间处具有一向 下凸出，并且，此第二导电型井区在邻接于第一沟槽的侧壁处具有最小的深 度。多数个第一导电型的源极掺杂区，其下缘与第一沟槽的侧壁相接处，呈 现因掺杂物导入(Drive-in)而构成的曲面。介电层是覆盖多晶硅栅极。此 介电层并具有至少一接触窗曝露源极掺杂区。金属层是覆盖介电层与源极 摻杂区。借由上述技术方案，本发明沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及 其制作方法至少具有下列优点及有益效果本发明可有效的改善现有习用 沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法存在的种种缺点，可 改善沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的井区的深度分布，避免井区 覆盖栅极沟槽的底部而导致晶体管失效，进而使本发明具有技术更进步、更 实用、更符合使用者所需的功效。综上所述，本发明 一种沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作 方法。在制作栅极沟槽后，全面离子注入第一导电型的掺杂物于外延层。然后，制作一多晶硅图案层覆盖栅极沟槽与其周围一预设范围的外延层，并通 过此多晶硅图案层，注入第二导电型的掺杂物于外延层，以形成具有第二 导电型的井区。接下来，通过多晶硅图案层注入第一导电型的掺杂物以形成 多数个第一掺杂区。然后，蚀刻去除位于外延层上方的多晶硅图案层，同时 去除部份的第一掺杂区。接下来，导入第一掺杂区的掺杂物，以形成一源 极掺杂区紧接于栅极沟槽。本发明具有上述优点及实用价值，其不论在产品结构、制作方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产 生了好用及实用的效果，且较现有的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体 管及其制作方法具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进 步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细i兌明如下。


图1A至图1H是一典型沟槽4册金属氧化物半导体场效应晶体管的制程 流程的示意图。
图2A至图2H是本发明沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作 流程的一较佳实施例的示意图。
图3A至图3H是本发明沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作 流程的另 一较佳实施例的示意图。
图4A及图4B是本发明沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作 流程的又一较佳实施例的示意图。
110:N型硅基板120:N型外延层
120a:外延层的表面区域122:P型井区
122a:P型井区的中间处122b:P型井区的侧边
130:栅极沟槽140:栅极氧化层
152:多晶硅栅极160:源极掺杂区
162:光刻胶图案层170:介电层
172;接触窗180:P型重掺杂区
190:金属层210:N型硅基板
220:N型外延层220a:外延层的表面区域
220b:栅极沟槽底部222:P型井区
222a:P型井区的中央处222b:P型井区的侧边
230:栅极沟槽240:栅极氧化层
250:多晶硅图案层250a:多晶硅图案层的开口
252:多晶硅栅极260:第一掺杂区
260a:掺杂区260b:掺杂区
262:凹陷260':源极掺杂区
270:介电层272:接触窗
280:第二掺杂区290:金属层310:N型硅基板320:N型外延层
320a:外延层的表面区域320b:^败极沟槽的底部
320c:第二沟槽的底部322:P型井区
322a:P型井区的中央处322b:P型井区的侧边
330:才册极沟槽332:第二沟槽
340:栅极氧化层350:多晶硅图案层
350a:多晶硅图案层的开口352:多晶《圭4册才及
360:第一掺杂区360a:掺杂区
360b:掺杂区361:光刻胶图案层
362:凹陷360，源极掺杂区
370:介电层372:接触窗
380:第二掺杂区390:金属层
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的沟槽栅金属氧化物 半导体场效应晶体管及其制作方法其具体实施方式
、结构、制作方法、步 骤、特征及其功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参阅图式 的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，当可
了解，然而所附图式仅是提:参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
图2A至图2H是本发明金属氧化物半导体场效应晶体管的制作流程的 一较佳实施例的示意图。图中是以N型金属氧化物半导体场效应晶体管为 例进行说明。请参阅图2A所示，首先，制作一 N型外延层220于一 N型硅 基板210上。然后，利用一光掩膜(未图示)定义出栅极的位置，并以干蚀 刻的方式在外延层220内制作出多数个栅极沟槽230。接下来，以全面离子 注入(Blanket Implant)的方式，注入N型的4参杂物于外延层220的表面区 域220a以及栅极沟槽230的底部220b。
随后，请参阅图2B所示，形成一栅极氧化层240于栅极沟槽230的内 壁，然后，通过 一 多晶硅层光掩膜(未图示)，以微影蚀刻方式制作 一 多晶硅 图案层250覆盖栅极沟槽230与其周围一预设范围内的外延层220。再请参 阅图2C所示，通过此多晶硅图案层250，以离子注入方式注入P型的掺杂 物于外延层220内。然后，加热导入(Drive-in)外延层220内的掺杂物(包 括全面离子注入的N型掺杂物与以及通过多晶硅图案层250注入的P型掺杂物)，形成一P型的井区(Wei 1) 222。
这里值得注意的是，请参阅图2B所示，本实施例的多晶硅图案层250不 只覆盖了栅极沟槽230，同时也覆盖其周围一预设范围内的外延层220。因 此，注入外延层220的P型掺杂物被限制于多晶硅图案层250的开口 250a 的下方，在栅极沟槽230旁边的外延层220并不会具有高浓度的P型掺杂 物。在后续的导入制程中，这些P型掺杂物才会逐渐由多晶硅图案层250 的开口 250a下方，朝向外延层220的内部与栅极沟槽230的侧壁的方向扩 散。因此，请参阅图2C所示，通过加热导入工艺所形成的P型井区222，其 中央处222a朝向其两侧边222b的深度分布会呈现逐渐降低的趋势。就一 较佳实施例而言，P型井区222在邻接于栅极沟槽230处具有最小的深度。
其次，虽然在图2A的制程中在外延层220的表面区域220a注入有N型 掺杂物，不过，这些N型掺杂物的浓度远低于在图2C的制程中所注入的P型 掺杂物，因此，这些N型掺杂物的存在并不会影响P型井区222的形成。反 而有助于改善P型井区222的深度分布。进一步来说，在制作P型井区222 之前，以全面离子注入的方式注入的N型掺杂物，而导致外延层220的表 面区域220a中，在栅极沟槽230旁边的区域的N型掺杂物浓度较高，其它 区域的浓度则大致均匀。其中，分布于栅极沟槽230旁边的N型掺杂物可 以抑制栅极沟槽230旁边的P型掺杂物的导入深度。
接下来，请参阅图2D所示，通过多晶硅图案层250,以离子注入方式注 入N型掺杂物于P型井区222内，以形成多数个第一掺杂区260。然后，请参 阅图2E所示，去除位于外延层220上方的多晶硅图案层250，以构成多晶 硅栅极252。值得注意的是，此蚀刻步骤是对于多晶硅图案层250与棵露于 外的第一掺杂区260进行全面蚀刻。因此，在蚀刻去除多晶硅图案层250 的同时，亦会在对应于多晶硅图案层250的开口 250a处的井区222的上表 面形成一凹陷262。适当控制第一掺杂区260的深度与多晶硅图案层250高 度，经此蚀刻制程所形成的凹陷262可以将第一掺杂区260区分为两部分 260a， 260b。此二部4分的掺杂区260a, 260b分别对应两侧的多晶硅栅极252。
随后，再请参阅图2F所示，加热导入第一掺杂区260a, 260b内的掺 杂物，使第一掺杂区260a， 260b的分布范围朝向多晶硅栅极252的方向扩 张，以形成多数个源极掺杂区260，。此源极掺杂区260，的两侧分别邻接于 凹陷262的侧壁与栅极沟槽230。随后，请参阅图2G所示，全面沉积一介电 层270，并于介电层270中制作一接触窗272曝露部份源极掺杂区260，。然 后，再通过此接触窗272,以离子注入方式注入P型掺杂物于P型井区222 内，构成一第二掺杂区280。此第二掺杂区280邻接于P型井区222表面的 凹陷262的底面。最后，请参阅图2H所示，沉积一金属层29G于介电层270 上，并填入接触窗272覆盖源极掺杂区260，，而完成此沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作流程。
图3A至图3H是本发明金属氧化物半导体场效应晶体管的制作流程的 另一较佳实施例的示意图。图中是以N型金属氧化物半导体场效应晶体管 为例进行说明。请参阅图3A所示，首先，制作一N型外延层320于一N型 硅基板310上。然后，利用一光掩膜(未图示)定义出栅极的位置，此光掩 膜同时在相邻二栅极间定义出第二沟槽的位置。然后，以干蚀刻的方式在 外延层220内制作出多数个栅极沟槽330，以及位于相邻二栅极沟槽330间 的第二沟槽332。接下来，以全面离子注入的方式，注入N型的掺杂物于外延 层320的表面区域320a，以及栅极沟槽330与第二沟槽332的底部320b与 320c。
随后，请参阅图3B所示，形成一栅极氧化层340于栅极沟槽330的内 壁，然后，通过一多晶硅层光掩膜(未图示)，以微影蚀刻方式制作一多晶硅 图案层350覆盖栅极沟槽330与其周围一预设范围内的外延层320。值得注 意的是，此多晶硅图案层350并未覆盖第二沟槽332，并且，大部份的外延层 320还是保持棵露。
接下来，请参阅图3C所示，通过此多晶硅图案层350，以离子注入方式 注入P型的掺杂物于外延层320内。注入的区域包括第二沟槽332的底部 320c。然后，加热导入(Drive-in)外延层320内的掺杂物(包括N型的掺杂 物与P型的掺杂物)，形成一 P型的井区(Well) 322。
请再参阅图3B所示，本实施例的多晶硅图案层350不只覆盖了栅极沟 槽330，同时也覆盖其周围一预设范围内的外延层320。因此，注入外延层 320的P型掺杂物被限制于多晶硅图案层350的开口 350a的下方。在栅极 沟槽330旁边的外延层320并不会有高浓度的P型掺杂物。在后续的导入 制程中，这些P型掺杂物才会逐渐由多晶硅图案层350的开口 350a下方，朝 向外延层320的内部与栅极沟槽330的侧壁的方向扩散。也因此，请参阅 图3C所示，通过加热导入工艺所形成的P型井区322，其中央处322a朝向 其两侧边322b的深度分布会呈现逐渐降低的趋势。因此，就另一较佳实施 例而言，P型井区322在邻接于栅极沟槽330处具有最小的深度。
其次，请参阅图3A所示，本实施例在制作P型井区322之前，已经先 通过全面离子注入的方式注入N型^^杂物于外延层320的表面区域320a以 及第二沟槽332的底部320c。这些N型掺杂物外延层320的表面区域320a 在栅极沟槽330旁边的区域的N型掺杂物浓度较高，其它区域的浓度则是 大致均匀分布。其中，分布于栅极沟槽330旁边的N型掺杂物可以抑制栅 极沟槽330旁边的P型掺杂物的导入深度。
此外，本实施例在相邻二个栅极沟槽330间额外制作第二沟槽332。请 参阅图3C所示的选择性离子注入制程会通过第二沟槽332底部注入P型掺
12杂物于外延层320内，以形成P型井区322。因此，P型井区322的中央处 322a,即对应于第二沟槽332处，会产生一向下凸出。其次，请参阅图3A 所示，本实施例在制作P型井区322之前，已先通过全面离子注入的方式 注入N型掺杂物于第二沟槽332的底部320c。这些位于第二沟槽332的底 部320c的N型掺杂物会抑制P型掺杂物的导入深度，使P型井区322在对 应于第二沟槽332下方具有最小的厚度(即第二沟槽332的底面与P型井区 322的下缘的距离)。
接下来，请参阅图3D所示，通过一源极光掩膜(未图示)，以微影蚀刻 方式制作一光刻胶图案层361覆盖第二沟槽332与周围的P型井区322。在 多晶硅图案层350与光刻胶图案层361间具有开口以曝露P型井区322。然 后，通过多晶硅图案层350与光刻胶图案层361，以离子注入方式注入N型 掺杂物于P型井区322内，用以形成多数个第一掺杂区360。再请参阅图3E 所示，依序去除光刻胶图案层361与位于外延层320上方的多晶硅图案层 350,以形成多晶硅栅极352于栅极沟槽330中。
这里值得注意的是，前述蚀刻步骤是对于多晶硅图案层350与棵露于 外的第一掺杂区360全面进行蚀刻。因此，蚀刻去除多晶硅图案层350的 同时，亦会在多晶硅图案层350的开口 350a下方的外延层320中形成一凹 陷362,而去除部份的第一摻杂区360。不过，请参阅图3D所示，以离子 注入方式形成的第一掺杂区360会由多晶硅图案层350的开口 350a的正下 方横向延伸一定范围，因此，蚀刻去除多晶硅图案层350后，在外延层320 的凹陷362两侧会留有部份的第一掺杂区360a， 360b。
接下来，请参阅图3F所示，加热导入第一掺杂区360a, 360b内的N型 掺杂物，使第一掺杂区360的范围朝向多晶硅栅极352的方向扩张，以形 成源极掺杂区360，。此源极掺杂区360，的两侧分别邻接于凹陷362的侧 壁与栅极沟槽330。请参阅图3D所示，掺杂区360a， 360b的位置是受到多 晶硅图案层350的影响。同时请参阅图3B所示图，本实施例的多晶硅图案 层350是覆盖栅极沟槽330与其周围一预设范围内的外延层320。因此，前 述预设范围的设定必须同时参酌掺杂区360a，360b内的第一导电型掺杂物 的导入深度而定。为了形成源极掺杂区360，，此预设范围必须小于掺杂区 360a, 360b导电型掺杂物的导入深度。
随后，请参阅图3G所示，全面沉积一介电层370,并于介电层370中制 作一接触窗372。此接触窗372至少曝露部份的源极掺杂区360，。然后，通 过此接触窗372，以离子注入方式注入P型掺杂物于P型井区322内，以构 成第二掺杂区380。最后，请参阅图3H所示，沉积一金属层390于介电层 370上，并通过接触窗372覆盖源极掺杂区360，，而完成此沟槽栅金属氧 化物半导体场效应晶体管的制作流程。
13在图3A至图3H的实施例中，栅极沟槽330与第二沟槽332是通过同一 道微影蚀刻制程制作。不过，本发明不限于此。栅极沟槽330与第二沟槽 332亦可使用二道微影蚀刻制程分别制作，第二沟槽332的蚀刻深度也不需 要与栅极沟槽330的蚀刻深度相同。
在图3A至图3H的实施例中，第二沟槽332是大致位于相邻二个栅极沟 槽330的中间处，在相邻二个栅极沟槽330间具有唯一的第二沟槽332,并 且，第二沟槽332的开口尺寸大致等于栅极沟槽330的开口尺寸。不过，本 发明不限于此。若是相邻二个栅极沟槽330间具有足够空间，亦可在相邻 二个栅极沟槽330间制作更多数量的第二沟槽332,或是加大第二沟槽332 的开口尺寸，以改变P型井区322的下缘的外形，配合功率晶体管设计上的需求。
其次，请参阅图2H及图3H所示，在前述实施例中，金属氧化物半导体 场效应晶体管的P型井区222， 322的中央处222a, 322a的深度大于栅极沟 槽230,330的深度。不过本发明并不限于此。P型井区222,322的中央处 222a， 322a的深度亦可以小于栅极沟槽230， 330的深度。
再请参阅图2G及图3G所示，为了确保源极掺杂区260， ，360，可以顺 利连接至金属层290, 390,就一实施例而言，接触窗272， 372开口尺寸至少 是等于外延层的凹陷262, 362的尺寸。再请参阅图4A及犯所示，为了增加 源极掺杂区260，与金属层290的接触面积，可进一步扩大介电层270，中 的接触窗272，的尺寸，使接触窗272，的侧壁位于凹陷262的外侧，并与凹 陷262保持一定距离。
此外，请参阅图2E、图2F、图3E及图3F所示，本发明的制作方法是对 掺杂区260a，260b， 360a， 360b施以导入制程，以形成源极4参杂区260， ， 360， 于多晶硅栅极252， 352的侧边。在源极掺杂区260， ，360，的下缘会呈现因 掺杂物导入而构成的曲面。同时请参阅图2D及图3D所示，第一掺杂区 260, 360是通过多晶硅图案层250， 350形成于井区222,322。同时，对于多 晶硅图案层250,350进行全面蚀刻后，仍有部分第一掺杂区位于凹陷 262,362的下方。因此，经过导入制程所形成的源极掺杂区260， ，360，的 最深处会对应于多晶硅图案层250， 350的开口 250a, 350a的下方。此外，如 前所述，就一较佳实施例而言，接触窗272,372的侧壁是位于凹陷262,362 的外侧。凹陷262, 362是对于多晶硅图案层250， 350进行全面蚀刻而形成 于外延层220， 320中。因此，就一较佳实施例而言，源极掺杂区260， ，360， 的最深处会坐落于接触窗272， 372的下方。
值得注意的是，源极掺杂区260， ，360，的外观会受到多晶硅图案层 250， 350的宽窄不同、凹陷262, 362的外观、以及离子注入与导入制程的影 响。进一步来说，若是多晶硅图案层250,350的宽度缩小，源极掺杂区260， ， 360，的最深处就会朝向多晶硅栅极252， 352移动；若是位于凹陷262， 362下方的第一掺杂区260， 360被完全蚀刻去除，剩余的N型掺杂物会由凹陷262， 362的侧壁朝向多晶硅栅极252， 352的方向移动。在此情况下，所形成的源极掺杂区260， ，360，的最深处会朝向多晶硅栅极252， 352的方向移动。因此，所形成的源极掺杂区260， ，360，的最深处未必会坐落于接触窗272， 372的下方。
请参阅图1H所示，传统的沟槽片册金属氧化物半导体场效应晶体管的P型井区122在邻接于栅极沟槽130的两侧边122b具有较大的深度。若未能适当控制P型掺杂物的导入深度,容易发生晶体管的通道被P型井区122阻断的结果。相比较之下，请参阅图2H及图3H所示，本发明的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的P型井区222,322的深度分布是由中央处222a， 322a朝向侧边222b， 322b递减。此种P型井区222， 232的分布态样有助于防止晶体管通道被P型井区222,322阻断，进而有利于在晶体管的设计上缩短栅极沟槽230, 330的深度，降低导通电阻与极间电容，以提高晶体管的操作频率。
其次，请参阅图3H所示，本发明的金属氧化物半导体场效应晶体管在相邻二个NPN晶体管间(对应于P型井区322的两侧边322b)具有一个PN二极管结构(对应于P型井区322的中央处322a)。并且，P型井区3"在对应于PN 二极管结构具有最小的宽度。崩溃电流(avalanche current)倾向于流经第二沟槽332，因此，可以防止金属氧化物半导体场效应晶体管崩溃。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1、一种沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，其特征在于其包括以下步骤制作一第一导电型的外延层于一硅基板上；制作多数个第一沟槽于该外延层；全面离子注入第一导电型的掺杂物于该外延层内；通过一多晶硅层光掩膜，以微影蚀刻方式制作一多晶硅图案层覆盖该第一沟槽与其周围一预设范围的该外延层；通过该多晶硅图案层，以离子注入方式注入第二导电型的掺杂物于该外延层内；导入该外延层内的该些掺杂物，以形成一具有该第二导电型的井区；通过该多晶硅图案层，以离子注入方式注入该第一导电型的掺杂物于该井区内，以形成多数个第一掺杂区；导入该第一掺杂区内的掺杂物，以形成一源极掺杂区紧邻于该第一沟槽；去除位于该外延层上方的该多晶硅图案层，以形成该多晶硅栅极；全面沉积一介电层，并于该介电层中制作一接触窗，曝露部份该源极掺杂区；以及沉积一金属层于该介电层上，并覆盖该源极掺杂区。
2、 根据权利要求1所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制 作方法，其特征在于更包括制作多数个第二沟槽于该外延层，该第二沟槽是 位于相邻的该些第 一 沟槽间。
3、 根据权利要求2所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制 作方法，其特征在于其中，在形成该井区后，注入该第一导电型的掺杂物之 前，更包括通过一源极光掩膜，以微影蚀刻方式制作一光刻胶图案层覆盖该 第二沟槽与周围的该井区。
4、 根据权利要求1所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制 作方法，其特征在于其中，位于该外延层上方的该多晶硅图案层是以蚀刻方 式去除，并且在蚀刻去除该多晶硅图案层的步骤中，同时去除位于该多晶硅 图案层的开口下方的部分该第 一掺杂区，使该第 一掺杂区被分为两部份，分 别对应于该开口两侧的该二多晶硅4册极。
5、 根据权利要求1所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制 作方法，其特征在于其中，于该介电层内制作该接触窗之后，更包括通过该 接触窗以离子注入方式注入该第二导电型掺杂物于该井区内，以构成一第 二掺杂区。
6、 一种沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于其包含 一第一导电型的外延层；多数个第一沟槽，位于该外延层内； 一多晶硅栅极，位于该第一沟槽内；一第二导电型的井区，位于相邻二该第一沟槽间，该井区的下缘在对应 于相邻二该第一沟槽的中间处具有一向下凸出，并且，该井区在邻接于该第一沟槽的侧壁处具有最小的深度；多数个第 一导电型的源极掺杂区，分别邻接于该些第 一 沟槽，其下缘呈 现因掺杂物导入而构成的曲面；一第二导电型的第二掺杂区，位于二该源极掺杂区之间；一介电层，覆盖该多晶硅栅极，该介电层并具有至少一接触窗曝露该源 极掺杂区；以及一金属层，覆盖该介电层与该源极掺杂区。
7、 根据权利要求6所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其 特征在于其中所述的源极掺杂区的最深处位于该接触窗的下方。
8、 根据权利要求6所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其 特征在于更包括一第二沟槽位于相邻二该第 一沟槽间。
9、 根据权利要求8所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其 特征在于其中所述的井区在该第二沟槽的下方具有最小的厚度。
10、 根据权利要求8所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其 特征在于其中所述的第二沟槽的底部具有一第二导电型的第二掺杂区。
11、 根据权利要求6所述的沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，其 特征在于其中所述的井区上表面具有 一 凹陷，位于二该源极掺杂区之间，该 凹陷的侧壁邻接于该源极掺杂区，该凹陷的底面邻接于该第二掺杂区，并 且，该接触窗的侧壁是位于该凹陷的外侧。
全文摘要
本发明是有关于一种沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法。该方法包括以下步骤制作第一导电型外延层于硅基板上；制作多数个沟槽于外延层；全面离子注入第一导电型的掺杂物于外延层；制作多晶硅图案层覆盖沟槽与其周围预设范围的外延层；通过多晶硅图案层，注入第二导电型的掺杂物于外延层；导入掺杂物，形成具有第二导电型的井区；通过多晶硅图案层，注入第一导电型的掺杂物于井区，形成多数个第一掺杂区；导入第一掺杂区的掺杂物，形成一源极掺杂区紧邻沟槽；去除位于外延层上方的多晶硅图案层，形成多晶硅栅极。本发明可改善沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的井区的深度分布，避免井区覆盖栅极沟槽的底部而导致晶体管失效。
文档编号H01L21/336GK101656213SQ20081013550
公开日2010年2月24日 申请日期2008年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者涂高维, 董正晖, 蔡筱薇 申请人:尼克森微电子股份有限公司