TWI528424B - 於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法 - Google Patents

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Description

於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法
本案係關於一種金氧半場效電晶體,尤指一種形成多晶矽間氧化物以於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法。
於半導體工業中,最為常見之主流產品應非金氧半場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)莫屬。其中,又以溝渠式金氧半場效電晶體(Trench MOSFET)具有較佳的特性,而逐漸取代傳統的金氧半場效電晶體。
於各式各樣的溝渠式金氧半場效電晶體中,由於遮蔽閘溝渠式金氧半場效電晶體之遮蔽電極,能有效降低閘極-汲極電容和改善電晶體的崩潰電壓,遂成為當今業界之研發重點。
請參閱第1A圖至第1C圖,其係為於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之傳統方法之流程結構示意圖。首先,於半導體基板1進行硬質罩幕層(Hard Mask)11之沉積,並於半導體基板1及硬質罩幕層11進行溝渠圖形佈建;然後,對硬質罩幕層11進行蝕刻;接著,進行溝渠之微影製程(即黃光製程),以形成溝渠12;最後則對溝渠12進行蝕刻,例如乾蝕刻,而形成如第1A圖所示之結構。
隨後,於硬質罩幕層11被移除後,於溝渠12處進行底層閘氧化物 121之成長,並進行遮蔽閘多晶矽122之沉積,再對遮蔽閘多晶矽進行回蝕(Etch back),以形成如第1B圖所示之結構。跟著,於第1B圖所示之結構完成後,進行高密度電漿(High Density Plasma,HDP)氧化物沉積步驟,並以化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)法進行表面研磨,以形成多晶矽間氧化物(Inter-Poly Oxide,IPO)123;最後,則進行閘氧化物124之沉積步驟以及閘多晶矽125之沉積步驟,以形成如第1C圖所示之結構。
至此,以傳統方法形成之金氧半場效電晶體之遮蔽閘結構係已製造完成,然因傳統方法所用形成多晶矽間氧化物123之化學機械研磨法所需之製造成本相當高昂,使得整個場效電晶體之總成本居高不下,實有進一步改進之必要。
本案之主要目的為提供一種於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,俾解決習知場效電晶體之製造成本高昂且居高不下之缺點。
本案之另一目的為提供一種於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,藉由使用回蝕製程形成多晶矽間氧化物區以取代傳統之化學機械研磨製程,可使製造遮蔽閘結構之製造成本降低,進而達到降低場效電晶體總成本之功效。同時,遮蔽閘結構可有效降低場效電晶體之閘電荷,以達到提升場效電晶體整體表現之功效。
為達上述目的,本案之一較廣實施態樣為提供一種於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,包括步驟:(a)提供具有至少一溝渠之一半導體基板;(b)於該半導體基板之該溝渠內形成一底層閘 氧化物區及一遮蔽閘多晶矽區;(c)以高溫度電漿沉積、多晶矽回蝕及氧化物回蝕於該遮蔽閘多晶矽區上形成一多晶矽間氧化物區;以及(d)於該多晶矽間氧化物區上形成一閘氧化物區及一閘多晶矽區。
1‧‧‧半導體基板
11‧‧‧硬質罩幕層
12‧‧‧溝渠
121‧‧‧底層閘氧化物
122‧‧‧遮蔽閘多晶矽
123‧‧‧多晶矽間氧化物
124‧‧‧閘氧化物
125‧‧‧閘多晶矽
2‧‧‧半導體基板
21‧‧‧溝渠
22‧‧‧底層閘氧化物區
23‧‧‧遮蔽閘多晶矽區
24‧‧‧多晶矽間氧化物區
25‧‧‧閘氧化物區
26‧‧‧閘多晶矽區
27‧‧‧氧化物層
第1A圖至第1C圖係為於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之傳統方法之流程結構示意圖。
第2A圖至第2D圖係為本案較佳實施例之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法之流程結構示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化,其皆不脫離本案的範圍,且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用,而非架構於限制本案。
請參閱第2A圖至第2D圖,其係為本案較佳實施例之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法之流程結構示意圖。如第2A圖至第2D圖所示,本案較佳實施例之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,係包括下述步驟:首先,提供具有至少一溝渠21之半導體基板2,例如一溝渠式P型半導體基板或一溝渠式N型半導體基板,但不以此為限;其次,於半導體基板2之溝渠21內形成底層閘氧化物區22及遮蔽閘多晶矽區23;然後,以高溫度電漿(High Temperature Plasma,HTP)沉積、多晶矽回蝕及氧化物回蝕於遮蔽閘多晶矽區23上形成多晶矽間氧化物區24,且多晶矽間氧化物區24係較佳為以自對準方式及選擇性蝕刻之方式形成;最後,於 多晶矽間氧化物區24上形成閘氧化物區25及閘多晶矽區26。藉由使用回蝕製程形成多晶矽間氧化物區以取代傳統之化學機械研磨製程,可使製造遮蔽閘結構之製造成本降低,進而達到降低場效電晶體總成本之功效。同時,遮蔽閘結構可有效降低場效電晶體之閘電荷,以達到提升場效電晶體整體表現之功效。
於一些實施例中,提供具有至少一溝渠21之半導體基板2之步驟,係可進一步包括步驟:首先,提供半導體基板2;其次,於半導體基板2進行一氧化物層27之沉積步驟,該氧化物層27係可為例如但不限於一硬質罩幕層;然後,於半導體基板2及氧化物層27進行溝渠圖形佈建;接著,對氧化物層27進行蝕刻,例如濕蝕刻或化學蝕刻等;再來,進行溝渠圖形佈建部分之微影製程(即黃光製程),以形成溝渠21;最後則對溝渠21進行蝕刻,例如乾蝕刻,以形成如第2A圖所示之結構。
根據本案之構想,於半導體基板2之溝渠21內形成底層閘氧化物區22及遮蔽閘多晶矽區23之步驟,係可進一步包括步驟:首先,在氧化物層27被移除後,於溝渠21之底部進行閘氧化物之成長,以形成底層閘氧化物區22;其次,於底層閘氧化物區22上進行多晶矽之沉積步驟,以形成遮蔽閘多晶矽區23;最後,對遮蔽閘多晶矽區23進行回蝕,以形成如第2B圖所示之結構。
根據本發明之構思,以高溫度電漿沉積、多晶矽回蝕及氧化物回蝕於遮蔽閘多晶矽區23上形成多晶矽間氧化物區24之步驟,係可進一步包括步驟:首先,以高溫度電漿沉積之方式進行氧化物沉積,且較佳為使用窄頸(Narrow Neck)之高溫度電漿氧化物之懸垂圖形輪廓形成多晶矽止擋區,但不以此為限;其次,進行多晶 矽罩幕(Mask Poly)之沉積步驟,且由於多晶矽具有共形特性,故可於溝渠21內形成空穴;然後,進行多晶矽回蝕之步驟,其方式主要係以選擇性蝕刻之方式,藉由多晶矽對氧化物具有高蝕刻選擇性之特性,蝕刻並停止於前述步驟之多晶矽止擋區,亦即蝕刻至高溫度電漿氧化物之薄膜而停止;接著,進行氧化物回蝕之步驟,由於高溫度電漿氧化物對多晶矽亦具有高蝕刻選擇性之特性,因此溝渠21內之氧化物係可有效地受到多晶矽薄膜之保護;最後,進行多晶矽之移除步驟及高溫度電漿之部分氧化物移除步驟,以完成最終之多晶矽間氧化物區24,並形成如第2C圖所示之結構。由於本案形成多晶矽間氧化物區24之方式,係透過所謂自對準之方式以及回蝕製程,其成本遠低於習用方法中採化學機械研磨之方式,故可有效降低製造成本,進而降低總成本。
於另一些實施例中,於多晶矽間氧化物區24上形成閘氧化物區25及閘多晶矽區26之步驟,係可細部包括二步驟,亦即先於多晶矽間氧化物區24上進行氧化物之沉積,以形成閘氧化物區25,再於多晶矽間氧化物區24及閘氧化物區25上進行多晶矽之沉積,以形成閘多晶矽區26,以最終形成如第2D圖所示之結構。應注意的是,該二步驟之順序實不受限制,亦即其可以反向順序實施,且同樣可形成如第2D圖所示之結構。於各種不同之實施例中,最終所完成之金氧半場效電晶體之遮蔽閘結構即為第2D圖所示之半導體結構。
綜上所述,本案提供一種於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,藉由使用回蝕製程形成多晶矽間氧化物區以取代傳統之化學機械研磨製程,可使製造遮蔽閘結構之製造成本降低,進而達到降 低場效電晶體總成本之功效。同時,遮蔽閘結構可有效降低場效電晶體之閘電荷,以達到提升場效電晶體整體表現之功效。
縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾,然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
2‧‧‧半導體基板
23‧‧‧遮蔽閘多晶矽區
24‧‧‧多晶矽間氧化物區

Claims (9)

  1. 一種於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,包括步驟:(a)提供具有至少一溝渠之一半導體基板;(b)於該半導體基板之該溝渠內形成一底層閘氧化物區及一遮蔽閘多晶矽區;(c)以高溫度電漿沉積、多晶矽回蝕及氧化物回蝕於該遮蔽閘多晶矽區上形成一多晶矽間氧化物區,其中該步驟(c)更包括步驟:(c1)進行高溫度電漿之一氧化物之沉積;(c2)進行一多晶矽罩幕之沉積;(c3)對該多晶矽罩幕進行回蝕;(c4)對該氧化物進行回蝕;以及(c5)移除該多晶矽罩幕及部分之該氧化物,以形成該多晶矽間氧化物區;以及(d)於該多晶矽間氧化物區上形成一閘氧化物區及一閘多晶矽區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,其中該步驟(a)更包括步驟:(a1)提供該半導體基板;(a2)於該半導體基板沉積一氧化物層;(a3)於該半導體基板及該氧化物層進行溝渠圖形佈建;(a4)蝕刻該氧化物層; (a5)進行溝渠圖形佈建部分之微影製程,以形成該溝渠;以及(a6)蝕刻該溝渠。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,其中該氧化物層係為一硬質罩幕層,該步驟(a4)係透過濕蝕刻之方式實現,且該步驟(a6)係透過乾蝕刻之方式實現。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,其中該步驟(b)更包括步驟:(b1)於該溝渠之一底部進行閘氧化物之成長,以形成該底層閘氧化物區;(b2)於該底層閘氧化物區上進行多晶矽之沉積,以形成該遮蔽閘多晶矽區;以及(b3)對該遮蔽閘多晶矽區進行回蝕。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,其中該步驟(c1)係以窄頸之高溫度電漿之該氧化物之懸垂圖形輪廓形成一多晶矽止擋區。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,其中該步驟(c2)係於該溝渠內形成一空穴。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,其中該步驟(c3)及該步驟(c4)係以選擇性蝕刻之方式實現。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,其中該多晶矽間氧化物區係以自對準之方式形成。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之於金氧半場效電晶體形成遮蔽閘之方法,其中該步驟(d)更包括步驟: (d1)於該多晶矽間氧化物區上進行氧化物沉積,以形成該閘氧化物區;以及(d2)於該多晶矽間氧化物區及該閘氧化物區上進行多晶矽沉積,以形成該閘多晶矽區。
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