功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法技术

一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，此方法是在磊晶层上形成栅极介电层、多晶硅栅极层与顶盖层之后，在磊晶层中形成井区与源极区，其后将氮气阳离子植入于磊晶层的表面，使磊晶层的氧化速率减缓，接着，再进行热氧化制造工艺，以使多晶硅栅极层的侧壁氧化而形成氧化间隙壁。最后，在基底上形成介电层，并进行自动对准接触窗开口制造工艺，以在介电层中形成裸露出源极的接触窗开口，然后，再于接触窗开口与介电层的表面上形成金属层，以电性连接源极区。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管(PowerMOSFET)的制造方法，且特别是有关于一种双扩散式金氧半场效晶体管的制造方法。功率金属氧化物半导体场效应晶体管是可用以放大功率、并且处理高电压和大电流的半导体元件。典型的功率金属氧化物半导体场效应晶体管可以依照其结构而区分为双扩散式功率金属氧化物半导体场效应晶体管与沟渠式金氧半场效晶体管等数种。现有一种双扩散式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的结构如图1D所示。请参阅图1D所示，典型的双扩散式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极106a是形成于具有磊晶层102的基底100之上。双扩散式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的源极区112是位于栅极106a两侧以外的井区110之中，其彼此之间是藉由金属层118来加以连接；而漏极区则位于基底100的底部。当施加于栅极106a的电压(Vg)大于起始电压(Vt)时，此元件会在井区110产生强反转层，而在栅极106a下方形成通道，使元件在适当的偏压之下转变为开启的状态。由于一个栅极106a可以构成两个双扩散式功率金属氧化物半导体场效应晶体管，因此，此种功率金属氧化物半导体场效应晶体管其每一个单元(Cell)是由两个金氧半场效晶体所组成。图1A至图1D是上述的双扩散式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造流程的剖面示意图。请参阅图1A所示，典型的双扩散式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，是在具有磊晶层102的基底100上形成氧化层104与多晶硅层106，之后，以微影与蚀刻技术定义多晶硅层106的图案以形成多晶硅栅极层106a，如图1B所示。其后进行离子植入步骤108，以在磊晶层102中形成井区110。接着，请参阅图1C所示，在基底100上形成光阻层(未示)，并以光阻层为植入罩幕，进行离子植入制造工艺，以在井区110中形成源极区112。之后，在基底100上形成一层介电层114。其后，请参阅图1D所示，利用微影与蚀刻技术，在介电层114之中形成接触窗开口116，再于基底100上形成并定义一层金属层118，以电性连接源极区112。上述的方法在形成接触窗开口116的过程中，一旦发生错误对准(Misalignment)，很可能导致金属层118与栅极106a不正常的电性连接。为了避免发生错误对准，典型的制造工艺必须在制作源极区时预留边界，以使接触窗能着陆于极区。但是预留边界将会占用较多的晶片面积，使元件的密度无法提高，而导致元件朝高集成度(Integration)的目标受到限制。因此，本专利技术的目的就在于提供一种，可以避免在形成接触窗开口的过程中，因为错误对准所造成的不正常电性导通问题。本专利技术的另一目的在于提供一种，可用以增加微影制造工艺的空间。本专利技术的再一目的在于提供一种，可以增加元件的密度，提高元件的积集度。根据本专利技术的目的，提出一种。此方法是在磊晶层上形成栅极介电层、多晶硅栅极层与顶盖层之后，在具有磊晶层中形成井区与源极区，其后将一物种植入于磊晶层的表面，使磊晶层的氧化速率减缓，接着，再进行热氧化制造工艺，以使多晶硅栅极层的侧壁氧化而形成氧化间隙壁。最后，在基底上形成介电层，并进行自动对准接触窗开口制造工艺，以在介电层中形成裸露出源极的接触窗开口，然后，再于接触窗开口与介电层的表面形成金属层，以电性连接源极区。依照本专利技术实施例所述，上述植入于磊晶层的物种包括氮气阳离子，其植入的方法包括离子植入法。植入的剂量为每平方公分1E15至3E16个离子，能量为25KeV-150KeV。由于氮气阳离子植入于磊晶层其表面之后，可以减缓或抑制磊晶层发生氧化的现象，因此，在后续的热氧化的过程中，多晶硅栅极层其侧壁发生氧化的速率远大于磊晶层其氧化的速率，所以，多晶硅栅极的侧壁形成厚度约为2000埃至5000埃的氧化间隙壁时，磊晶硅层发生氧化的量非常有限。依照本专利技术所述，上述的顶盖层其材质包括氮化硅；介电层的材质包括硼磷硅玻璃。由于氮化硅顶盖层与硼磷硅玻璃介电层具有不同蚀刻速率，且在多晶硅栅极的侧壁具有氧化间隙壁，因此，利用氮化硅与硼磷硅玻璃具有不同蚀刻速率的特性，以及氧化间隙壁可以保护多晶硅栅极的优点，可以透过自动对准接触窗的制造工艺方式，于介电层中形成裸露出源极区的接触窗。由于本专利技术的接触窗是以自动对准接触窗的制造工艺所形成，因此，本专利技术可以增加制造工艺的空间，而且，由于基底并不需要预留错误对准的空间，因此，本专利技术可以减少源极区预留边界的面积，进而达到提高元件密度的目的。 附图说明图1A至1D是现有沟渠式栅极功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造流程的剖面示意图；图2A至2F是本专利技术的较佳实施例，一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造流程的剖面示意图。本专利技术的实施例是以具有n型掺杂的硅基底、n型磊晶硅、p型井区以及n型的功率金属氧化物半导体场效应晶体管作为说明。然而，在实际的应用上，本专利技术亦可以依照制造工艺的调配与改变，而并非限定于此。请参阅图2A所示，首先，提供具有磊晶层202的硅基底200。磊晶层202的材质譬如是具有n型掺杂的硅，且其掺杂的浓度较低于硅基底200的掺杂浓度。之后，在基底200上依序形成介电层204、导体层206与顶盖层210。上述的介电层204是作为栅极介电层之用，其材质例如为氧化硅，形成的方法以热氧化法较佳，厚度约为400至1000埃左右。导体层206的材质譬如为多晶硅，形成的方法例如为化学气相沉积法，其厚度约为3000埃至7000埃。顶盖层210的材质是与后续沉积的介电层具有不同蚀刻速率，其较佳的材质例如为氮化硅，形成的方法例如为化学气相沉积法，厚度则约为600埃至2000埃左右。当顶盖层210的材质为氮化硅、氧体层206的材质为多晶硅时，较佳的方法则会在进行氮化硅沉积步骤之前，先进行热氧化制造工艺，使多晶硅材质的导体层206发生氧化而形成一层厚度约为100埃至400埃的缓冲层208，以增加氮化硅顶盖层210与多晶硅导体层206的介面特性。请参阅图2B所示，以微影与蚀刻技术定义上述的顶盖层210、缓冲层208与导体层206，以形成由顶盖层210a、缓冲层208a与栅极导体层206a所组成的堆叠栅极。之后，进行离子植入步骤212，以将杂质植入于磊晶层202中，然后进行热驱入步骤，以将离子植入步骤212所植入的杂质驱入于磊晶层202之中，而形成井区214。以磊晶层202为具有n型的掺杂形态为例，离子植入步骤212所植入的离子以p型硼较佳。请参阅图2C所示，在基底200上形成一层光阻层216，以覆盖顶盖层210以及部分的介电层204，裸露出预定形成源极区220的区域。之后，以光阻层216为罩幕层，进行离子植入步骤218，以将杂质植入于磊晶层202的井区214之中，用以形成源极区220。以井区214为p型的掺杂形态为例，离子植入步骤218所植入的离子以n型砷较佳，其植入的剂量约为每平方公分6E15个原子，植入的能量约为80KeV。之后，请参阅图2D所示，去除光阻层216，并进行清洗步骤。去除光阻层216的方法例如是以电浆灰化的方式。然后，进行热驱入(Drive-in)制造工艺，以使离子植入步骤218所植入的杂质驱入于磊晶层202之中并且使其均匀分布，而形成源极区220。之后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于包括：提供一基底，该基底上具有一磊晶层；于该基底的磊晶层上形成一栅极介电层；于该栅极介电层上形成已图案化的一栅极导体层与一顶盖层；在未被该栅极顶盖层所覆盖的该磊晶层中形成一井区； 在该井区中形成一源极区；进行一离子植入步骤，以将一物种植入于该磊晶层的表面，使该磊晶层的氧化速率减缓；进行一热氧化制造工艺，以使该栅极导体层的侧壁氧化而形成一氧化间隙壁；于该基底上形成一介电层；进行一自动对准接触窗开口制造工艺，以在该介电层中形成裸露出该源极的一接触窗开口；以及于该接触窗开口与该介电层的表面形成一金属层，电性连接该源极区。

【技术特征摘要】
1.一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于包括提供一基底，该基底上具有一磊晶层；于该基底的磊晶层上形成一栅极介电层；于该栅极介电层上形成已图案化的一栅极导体层与一顶盖层；在未被该栅极顶盖层所覆盖的该磊晶层中形成一井区；在该井区中形成一源极区；进行一离子植入步骤，以将一物种植入于该磊晶层的表面，使该磊晶层的氧化速率减缓；进行一热氧化制造工艺，以使该栅极导体层的侧壁氧化而形成一氧化间隙壁；于该基底上形成一介电层；进行一自动对准接触窗开口制造工艺，以在该介电层中形成裸露出该源极的一接触窗开口；以及于该接触窗开口与该介电层的表面形成一金属层，电性连接该源极区。2.如权利要求1所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于该离子植入步骤所植入的该物种包括氮气阳离子。3.如权利要求2所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于该离子植入步骤所植入的该物种...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪慎如，
申请(专利权)人：立生半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]