[發(fā)明專利]一種提高溝槽MOSFET元胞密度的工藝方法及溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011005217.3
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112103187B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘光燃;胡瞳騰
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市芯電元科技有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/768;H01L21/8234;H01L23/48;H01L27/088;H01L29/36;H01L29/786
• 代理公司: 深圳市中融創(chuàng)智專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44589
• 代理人: 葉垚平;李立

1.一種提高溝槽MOSFET元胞密度的工藝方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：在襯底的表面形成外延層；

步驟S2：在所述外延層的表面形成硬掩膜，所述硬掩膜包括第一氧化層、第二氧化層和第一氮化硅，所述第一氧化層形成在所述外延層的表面，所述第一氮化硅形成在所述第一氧化層的表面，所述第二氧化層形成在所述第一氮化硅的表面；

步驟S3：在所述外延層中形成溝槽，去除所述第二氧化層，在所述溝槽的表面生長柵氧化層；

步驟S4：淀積多晶硅，去除所述溝槽之外的多晶硅，去除所述第一氮化硅，在外延層中形成第一摻雜區(qū)，淀積第二氮化硅，刻蝕所述第二氮化硅，在所述多晶硅的側(cè)壁形成側(cè)墻；

步驟S5：在第一摻雜區(qū)中注入硼原子或磷原子形成第二摻雜區(qū)，去除所述側(cè)墻，刻蝕多晶硅使其上表面低于硅平面，在第一摻雜區(qū)中形成第三摻雜區(qū)，淀積介質(zhì)層并去除設(shè)定區(qū)域的介質(zhì)層即形成源區(qū)接觸孔，淀積金屬層并去除設(shè)定區(qū)域的金屬即形成源極金屬；

源區(qū)接觸孔包含了元胞區(qū)溝槽和元胞區(qū)硅平面所在區(qū)域；

所述襯底為N型襯底，所述外延層為N型外延層，在所述N型外延層的表面注入硼原子，所述第一摻雜區(qū)為第一P型摻雜區(qū)，所述第二摻雜區(qū)為第二P型摻雜區(qū)，所述第三摻雜區(qū)為N型摻雜區(qū)；或所述襯底為P型襯底，所述外延層為P型外延層，在所述P型外延層的表面注入磷原子，所述第一摻雜區(qū)為第一N型摻雜區(qū)，所述第二摻雜區(qū)為第二N型摻雜區(qū)，所述第三摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)；

所述步驟S4包括：

步驟S41：采用干法刻蝕或化學(xué)機械研磨工藝去除所述溝槽之外的多晶硅，從上至下去除所述第一氮化硅表面的多晶硅；

步驟S42：采用濕法腐蝕工藝去除第一氮化硅；

步驟S43：采用化學(xué)氣相淀積的工藝，在所述第一氧化層的表面、多晶硅的表面和側(cè)壁生長第二氮化硅；

步驟S44：采用垂直向下的干法刻蝕工藝，將位于所述第一氧化層和多晶硅的表面的第二氮化硅全部刻蝕掉，位于所述多晶硅側(cè)壁的第二氮化硅保留下來且形成側(cè)墻；

在步驟S44中，多晶硅左、右側(cè)壁保留的第二氮化硅的側(cè)墻的寬度是相等的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高溝槽MOSFET元胞密度的工藝方法，其特征在于，所述步驟S3包括：

步驟S31：采用光刻、干法刻蝕的工藝去除設(shè)定區(qū)域的第一氧化層、第一氮化硅和第二氧化層；

步驟S32：采用干法刻蝕的工藝，在所述設(shè)定區(qū)域的外延層中形成所述溝槽；

步驟S33：采用濕法腐蝕的工藝，去除所述第二氧化層。

3.一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，由上述權(quán)利要求1所述的一種提高溝槽MOSFET元胞密度的工藝方法制成，其特征在于：所述步驟S2中，所述第一氮化硅的厚度為250-800nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述步驟S4中，去除所述溝槽之外的多晶硅，所述多晶硅的上表面比所述第一氮化硅的上表面低0-100nm，所述步驟S4中，淀積所述第二氮化硅，淀積的厚度小于所述多晶硅表面與所述第一氧化層表面的高度差，淀積的厚度為50-500nm，在所述多晶硅的左、右側(cè)壁形成的側(cè)墻的寬度相等。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述步驟S5中，所述第一摻雜區(qū)中形成第二摻雜區(qū)，所述第二摻雜區(qū)的兩側(cè)與所述溝槽邊沿的距離相等，所述距離為50-500nm，所述第二摻雜區(qū)的濃度大于所述第一摻雜區(qū)的濃度，所述第二摻雜區(qū)的深度小于所述第一摻雜區(qū)的深度。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述步驟S5中，刻蝕多晶硅使其上表面低于硅平面，所述多晶硅的上表面比所述硅平面低250-800nm，所述第一摻雜區(qū)中形成所述第三摻雜區(qū)，所述第三摻雜區(qū)的深度大于所述硅平面與所述多晶硅之間的表面高度差。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述步驟S5中，所述源區(qū)接觸孔包括溝槽和硅平面，在所述溝槽內(nèi)、多晶硅的頂部設(shè)置厚度為100-400nm的介質(zhì)層，所述多晶硅頂部的介質(zhì)層的表面低于硅平面。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述襯底的下表層為MOSFET的漏，所述多晶硅為MOSFET的柵，所述第三摻雜區(qū)為MOSFET的源區(qū)，所述第一摻雜區(qū)和所述第二摻雜區(qū)構(gòu)成MOSFET的體區(qū)。