太阳城集团

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沟槽式金属氧化物半导体晶体管.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201010153755.7

申请日:

2010.04.22

公开号:

太阳城集团CN101819974B

公开日:

2015.01.07

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):H01L 27/088变更事项:申请人变更前权利人:上海宏力半导体制造有限公司变更后权利人:上海华虹宏力半导体制造有限公司变更事项:地址变更前权利人:201203 上海市张江高科技园区郭守敬路818号变更后权利人:201203 上海市张江高科技园区祖冲之路1399号登记生效日:20140514|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 27/088申请日:20100422|||公开
IPC分类号: H01L27/088; H01L29/78; H01L23/528 主分类号: H01L27/088
申请人: 上海华虹宏力半导体制造有限公司
发明人: 李乐; 王立斌; 汪洋; 彭树根
地址: 201203 上海市张江高科技园区祖冲之路1399号
优先权:
专利代理机构: 上海思微知识产权代理事务所(普通合伙) 31237 代理人: 郑玮
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201010153755.7

授权太阳城集团号:

太阳城集团101819974B|||||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.07|||2014.06.11|||2012.10.03|||2010.09.01

法律状态类型:

授权|||专利申请权、专利权的转移|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管,所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管包括:半导体衬底;依次形成于所述半导体衬底中的外延层和沟道区;形成于所述半导体衬底中的多个凹槽;形成于所述多个凹槽中的栅极;形成于所述凹槽与栅极之间的栅极介质层;形成于对应的沟道区内并位于凹槽两侧的源极区;形成于所述半导体衬底上的绝缘层;贯穿所述绝缘层并伸入到对应的源极区内和对应的沟道区内的源极接触插塞;贯穿所述绝缘层的栅极接触插塞,所述栅极接触插塞的底端面与所对应的栅极的顶端面齐平,本发明可提高半导体器件的稳定性。

权利要求书

1: 一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管,包括: 半导体衬底; 依次形成于所述半导体衬底中的外延层和沟道区; 形成于所述半导体衬底中的多个凹槽; 形成于所述多个凹槽中的栅极; 形成于所述凹槽与所述栅极之间的栅极介质层; 形成于对应的沟道区内并位于所述凹槽两侧的源极区; 形成于所述半导体衬底上的绝缘层; 贯穿绝缘层并伸入到对应的源极区内和对应的沟道区内的源极接触插塞; 贯穿所述绝缘层的栅极接触插塞,所述栅极接触插塞的底端面与所对应的栅极的顶端面齐平。
2: 如权利要求1所述的沟槽式金属氧化物半导体晶体管,其特征在于,所述半导体衬底为N型半导体衬底,所述外延层为N型外延层,所述半导体衬底的离子注入浓度高于所述外延层的离子注入浓度。
3: 如权利要求2所述的沟槽式金属氧化物半导体晶体管,其特征在于,所述栅极为N型多晶硅栅极。
4: 如权利要求1所述的沟槽式金属氧化物半导体晶体管,其特征在于,所述半导体衬底为P型半导体衬底,所述外延层为P型外延层,所述半导体衬底的离子注入浓度高于所述外延层的离子注入浓度。
5: 如权利要求4所述的沟槽式金属氧化物半导体晶体管,其特征在于,所述栅极为P型多晶硅栅极。
6: 如权利要求1所述的沟槽式金属氧化物半导体晶体管,其特征在于,所述绝缘层包括氧化层以及形成于所述氧化层上的硼磷硅玻璃层。

说明书


沟槽式金属氧化物半导体晶体管

    【技术领域】

    本发明涉及集成电路制造领域,特别是涉及一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管。

    背景技术

    在沟槽式金属氧化物半导体晶体管(Trench Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor,MOSFET)或者说是垂直式晶体管(vertical transistor)中,栅极是形成于半导体衬底内的沟槽中,且所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管的源极(source)是形成于所述栅极的两侧。在所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管中,为了降低其单位面积的导通电阻,减少电流损耗,单个沟槽式金属氧化物半导体晶体管的关键尺寸越来越小,沟槽的深度也越来越小。

    具体请参考图1,其为现有的一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管的示意图,如图1所示,现有的一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管包括:半导体衬底100、外延层110、沟道区120、多个凹槽130、多个栅极140、栅极介质层150、源极区160、绝缘层170、源极接触插塞180、栅极接触插塞190。所述外延层110形成于半导体衬底100中,所述沟道区120形成于半导体衬底100中并位于外延层110上,所述多个凹槽130形成于半导体衬底100中,所述栅极140形成于所述多个凹槽130中,栅极介质层150形成于所述凹槽130与所述栅极140之间,源极区160形成于对应的沟道区120内并位于所述凹槽130两侧,所述绝缘层170形成于所述半导体衬底100上,所述绝缘层170包括氧化层171以及形成于氧化层171上的硼磷硅玻璃层172,所述源极接触插塞180贯穿绝缘层170并伸入到对应的源极区160内和对应的沟道区120内,所述栅极接触插塞190贯穿所述绝缘层170并伸入到对应的栅极140内(所述栅极接触插塞190的底端面低于对应的栅极140的顶端面)。

    其中,所述源极接触插塞180和栅极接触插塞190是利用同一次光刻工艺(利用一块掩模板)形成的,因此,所述源极接触插塞180和栅极接触插塞190的深度也是相同的。具体的说,所述源极接触插塞180和栅极接触插塞190的形成工艺包括如下步骤:首先,在绝缘层170上涂覆光刻胶,并进行接触孔光刻以形成图案化光刻胶层,所述图案化光阻层具有栅极接触孔图案和源极接触孔图案;然后,采用干法刻蚀的方式,刻蚀未被图案化光刻胶层覆盖的绝缘层170,以形成栅极接触孔和源极接触孔,所述栅极接触孔和源极接触孔的深度相同;接下来,在所述源极接触孔和栅极接触孔内沉积金属层,以形成源极接触插塞180和栅极接触插塞190。

    具体请参考图2,其为现有的另一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管的示意图,详细的,现有的另一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管包括:半导体衬底200、外延层210、沟道区220、多个凹槽230、多个栅极240、栅极介质层250、源极区260、绝缘层270、源极接触插塞280、栅极接触插塞290,所述绝缘层270包括氧化层271以及形成于氧化层271上的硼磷硅玻璃层272。随着沟槽式金属氧化物半导体晶体管的应用范围越来越广,并且半导体器件的尺寸变小,如图2所示,在一些半导体器件应用中,需要源极接触插塞280伸入沟道区220的深度仍然保持较深,以达到同时接触源极区和阱区的目的;而栅极接触插塞290的深度则需要减小,因而产生了源极接触插塞280和栅极接触插塞290需要两次光刻工艺来形成的技术需要。但是,在实际生产中发现,在生产图2所示的沟槽式金属氧化物半导体晶体管时,由于栅极接触插塞290贯穿绝缘层270并伸入到对应的栅极240内,需要较长的干法刻蚀太阳城集团,此干法刻蚀过程使用的等离子体极易损伤栅极介质层250,影响半导体器件的稳定性。

    【发明内容】

    本发明提供一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管,减少干法刻蚀过程中等离子体对栅极介质层的损伤,提高半导体器件的稳定性。

    为解决上述技术问题,本发明提供一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管,包括:半导体衬底;依次形成于所述半导体衬底中的外延层和沟道区;形成于所述半导体衬底中的多个凹槽;形成于所述多个凹槽中的栅极;形成于所述凹槽与所述栅极之间的栅极介质层;形成于对应的沟道区内并位于所述凹槽两侧的源极区;形成于所述半导体衬底上的绝缘层;贯穿绝缘层并伸入到对应的源极区内和对应的沟道区内的源极接触插塞;贯穿所述绝缘层的栅极接触插塞,所述栅极接触插塞的底端面与所对应的栅极的顶端面齐平。

    可选的,在所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管中,所述半导体衬底为N型半导体衬底,所述外延层为N型外延层,所述半导体衬底的离子注入浓度高于所述外延层的离子注入浓度。

    可选的,在所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管中,所述栅极为N型多晶硅栅极。

    可选的,在所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管中,所述半导体衬底为P型半导体衬底,所述外延层为P型外延层,所述半导体衬底的离子注入浓度高于所述外延层的离子注入浓度。

    可选的,在所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管中,所述栅极为P型多晶硅栅极。

    可选的,在所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管中,所述绝缘层包括氧化层以及形成于所述氧化层上的硼磷硅玻璃层。

    与现有技术相比,本发明的沟槽式金属氧化物半导体晶体管具有以下优点:

    本发明的栅极接触插塞的底端面与所对应的栅极的顶端面齐平,也就是说,相对于现有技术而言,所述栅极接触插塞的深度较小,因此,形成所述栅极接触插塞所需的干法刻蚀太阳城集团较短,可减小干法刻蚀过程中等离子体对栅极介质层的损伤,提高半导体器件的稳定性。

    【附图说明】

    图1为现有的一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管的示意图;

    图2为现有的另一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管的示意图;

    图3为本发明实施例所提供的沟槽式金属氧化物半导体晶体管的示意图。

    【具体实施方式】

    下面将结合剖面示意图对本发明的沟槽式金属氧化物半导体晶体管进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制。

    为了清楚,不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中,不详细描述公知的功能和结构,因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中,必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标,例如按照有关系统或有关商业的限制,由一个实施例改变为另一个实施例。另外,应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费太阳城集团的,但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

    在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

    本发明的核心思想在于,提供一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管,所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管的栅极接触插塞的底端面与所对应的栅极的顶端面齐平,也就是说,相对于现有技术而言,所述栅极接触插塞的深度较小,因此,形成所述栅极接触插塞所需的干法刻蚀太阳城集团较短,可减小干法刻蚀过程中等离子体对栅极介质层的损伤,提高半导体器件的稳定性。

    请参考图3,其为本发明实施例所提供的沟槽式金属氧化物半导体晶体管的示意图,如图3所示,沟槽式金属氧化物半导体晶体管包括:半导体衬底300、外延层310、沟道区320、多个凹槽330、多个栅极340、栅极介质层350、源极区360、绝缘层370、源极接触插塞380、栅极接触插塞390。

    所述外延层310形成于半导体衬底300中,所述沟道区320形成于半导体衬底300中并位于外延层310上,所述多个凹槽330形成于半导体衬底200中,所述栅极340形成于所述多个凹槽330中,栅极介质层350形成于所述凹槽330与所述栅极340之间,源极区360形成于对应的沟道区320内并位于所述凹槽330两侧,所述绝缘层370形成于所述半导体衬底300上,所述源极接触插塞380贯穿绝缘层370并伸入到对应的源极区360内和对应的沟道区320内,所述栅极接触插塞390贯穿所述绝缘层370,并且,所述栅极接触插塞390的底端面与所对应的栅极340的顶端面齐平。由于所述栅极接触插塞390的底端面与所对应的栅极的顶端面齐平,也就是说,相对于现有技术而言,所述栅极接触插塞390的深度较小,因此,形成所述栅极接触插塞390所需的干法刻蚀太阳城集团非常短,可减小干法刻蚀过程中使用的等离子体对栅极介质层350的损伤,提高半导体器件的稳定性。

    在本发明的一个具体实施例中,所述源极接触插塞380和栅极接触插塞390可利用两次光刻工艺(利用两块掩模板)分别形成,以使所述栅极接触插塞390的底端面与所对应的栅极340的顶端面齐平。

    在本发明的一个具体实施例中,所述半导体衬底300为N型半导体衬底,所述外延层310为N型外延层,所述半导体衬底300的离子注入浓度高于所述外延层310的离子注入浓度。相应的,所述栅极340为N型多晶硅栅极,所述源极区360为N+型源极区,所述源极区360的离子注入浓度高于外延层310的离子注入浓度。

    在本发明的另一个具体实施例中,所述半导体衬底300还可以为P型半导体衬底,所述外延层310还可以为P型外延层,所述半导体衬底300的离子注入浓度高于所述外延层310的离子注入浓度。相应的,所述栅极340为P型多晶硅栅极,所述源极区360为P+型源极区,所述源极区360的离子注入浓度高于外延层310的离子注入浓度。

    在本发明的一个具体实施例中,所述绝缘层370包括氧化层371以及形成于氧化层371上的硼磷硅玻璃层372,所述栅极氧化层350的材质为二氧化硅。

    综上所述,本发明提供一种沟槽式金属氧化物半导体晶体管,所述沟槽式金属氧化物半导体晶体管的栅极接触插塞的底端面与所对应的栅极的顶端面齐平,也就是说,相对于现有技术而言,所述栅极接触插塞的深度较小,因此,形成所述栅极接触插塞所需的干法刻蚀太阳城集团较短,可减小干法刻蚀过程中等离子体对栅极介质层的损伤,提高半导体器件的稳定性。

    显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

    

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沟槽 金属 氧化物 半导体 晶体管
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