形成晶体管的方法、衬底图案化的方法及晶体管的制作方法_3

文档序号:9709793阅读:来源:国知局
槽中,然后改变所述导电材料的表面部分,完成以上加工顺序后,所生成结构的表面区域包括氮化硅结构109的硬掩模图案并进一步包括改变导电层215的邻近部分,导电层215的材料可以是氧化硅。这些硬掩模部分的布置形式如下:氮化硅结构109布置在台面180之上,而氧化硅布置在导电材料210之上。图2Η的右侧部分示出了可用于将接触部分限定到栅极电极310和台面180的掩模。特别地,所述掩模具有远大于要限定的接触的开口 157、158、159。由于存在两种不同的材料,例如邻近表面的氧化硅215和氮化硅109,因此所述接触可以自对准基础材料。相应地,尽管开口157、158、159的宽度大于所形成的接触,但是由于可以相对于彼此选择性地蚀刻两种材料,因此可以精确地形成所述接触。
[0042]在下一步骤中,可以从台面的表面上去除氮化硅结构109。其后,可以执行掺杂处理,例如离子注入。从而,可以限定第一掺杂区域311和第二掺杂区域312。
[0043]图21示出了所生成结构的示例。第一掺杂区域311和第二掺杂区域312布置在台面180的上部。第二掺杂区域312邻近台面180的上表面。进一步可选择地,可以形成氧化硅层以覆盖台面180的部分和导电材料210的侧壁(图2J)。然后,例如可以去除所形成氧化硅层的水平部分,以形成覆盖导电材料210的侧壁的接触孔和间隔物216(图2Κ)。其后,可以在接触孔320中形成金属化层325,以形成台面接触321。从而在相邻台面180之间实现电接触。台面接触321与形成所生成晶体管的源极区域316的第二掺杂区域312相交。台面接触321接触形成在第一掺杂区域311中的主体区域317。
[0044]图2L示出了所生成结构的示例。如图2L进一步所示,半导体器件包括背面接触层314和背面金属化层315以实施晶体管。
[0045]图3A至图3E示出了上述结构的进一步细节或改进。图3A示出了在形成沟槽105并在半导体衬底中形成的台面180的侧壁上形成介电层313之后的半导体衬底的示例。从图2E示出的结构开始,根据进一步改进,氮化硅间隔物410可以形成为与结构109相邻。例如,通过沉积共形薄氮化硅层并各向异性蚀刻氮化硅,以去除其水平部分,可以实现此目的。结果,氮化硅间隔物410形成为与结构109相邻。该氮化硅间隔物可以防止氮化硅间隔物蚀刻不足。然后,可以形成进一步氧化硅间隔物。在蚀刻半导体衬底100中的沟槽105时,氧化硅间隔物411可以用作蚀刻掩模。其后,例如通过热氧化法形成栅极氧化层313,可以形成介电层313如氧化硅。图3A示出了所生成结构的示例。
[0046]其后,将导电材料填充到沟槽105中。由于栅极氧化层313热生长在衬底材料100上,栅极介电层313仅存在于沟槽105的下部。结果,导电材料210的表面部分宽度^大于其下部区域的宽度。
[0047]图3B示出了所生成结构的示例。如图所示,宽度h大于之下沟槽部分的宽度12。台面180的宽度w在30nm-500nm范围内,例如30nm-300nm。将导电填料210填充到大约结构109的高度。其后,去除导电填料210上部,然后执行热处理步骤以形成改变的表面区域215。
[0048]图3C示出了所生成结构的示例。如图所示,氧化硅层形成在导电填料210之上。为了形成台面区域180的接触,可以使用图2H的右侧部分所示的掩模例如包括开口 158的掩模形成接触孔。光刻限定接触开口之后,可以相对于氧化硅选择性地蚀刻氮化硅,从而去除结构109。然后,可以执行进一步注入步骤以形成掺杂区域330。从而形成在台面材料180中延伸的接触孔。进一步地,形成金属化层。结果,形成通过金属化层325电连接的台面接触321。
[0049]图3D示出了在II和II’之间所生成结构的示例,另请参见图2H的右侧部分。横截面视图与台面接触321相交。形成源极区域316的掺杂区域布置在栅极电极310的各侧壁上,并可以经由台面接触321连接到源端子。以类似的方式,可以形成与栅极电极310接触的接触。更具体地,从图3C所示的结构开始,在氧化硅层215中形成开口以形成栅极接触311。为了形成栅极接触311,例如可以使用包括栅极接触开口 159的图2H的右侧部分示出的掩模。
[0050]图3E示出了在I和I’之间所生成的晶体管的横截面视图,另请参见图2H的右侧部分。图3E的横截面视图与栅极接触311相交。栅极电极310的一部分布置在衬底表面110之下,并且栅极电极310的一部分布置在衬底表面110之上。栅极接触311接触栅极电极310。例如,布置在不同沟槽105中的多个栅极电极310可以经由栅极接触311与导电元件326例如金属化层相连接。结果,栅极电极310可以与共用端子连接。
[0051]衬底表面110之上的上部中栅极电极的宽度L大于衬底表面110之下的下部中栅极电极的宽度t2。主体区域317布置在源极区域316之下。背面接触315形成为与背面区域314接触。漂移区318可以布置在主体区域317和背面区域314之间。掺杂区域的掺杂类型和晶体管的功能可以如参照图1F的之上描述。由于实施台面180以使其宽度w小于350nm,例如小于300nm,可以提高IGBT的性能。进一步地,可以增加沟道密度。
[0052]图3F概括了根据一个实施例的形成包括栅极电极的晶体管的方法。所述方法包括:在半导体衬底之上形成硬掩模层(S300),在所述硬掩模层之上形成牺牲层(S310),所述牺牲层能够相对于牺牲层选择性地蚀刻,在所述牺牲层之上形成图案层(S320),将图案层形成为经图案化的结构(S330),形成与所述经图案化的结构的侧壁相邻的间隔物(S340),去除经图案化的结构(S350),使用所述间隔物所谓蚀刻掩模蚀刻穿过牺牲层并在半导体衬底中蚀刻(S360),从而在半导体衬底中形成沟槽,将导电材料填充到半导体衬底中的沟槽中(S370)以形成栅极电极。
[0053]如前所述,所述方法可以用于以所述方式在衬底上图案化,以形成具有大约平面的工件。在衬底上图案化以在相邻沟槽之间形成沟槽和台面。进一步地,在沟槽和台面之上存在不同材料,因此表面具有对应于不同材料的基本图案的图案。进一步地,由于间隔物层的厚度决定台面的宽度,因此,可以在特定区域之上均匀地形成具有减小宽度的台面。
[0054]图4A至图4E示出了在衬底上图案化的一般方法的实施例。所述方法包括在衬底100之上形成牺牲层140。可以如上所述实施牺牲层140。所述方法进一步包括在牺牲层140之上形成图案层150,其可以是光致抗蚀剂层。将图案层150形成为经图案化的结构155。图4A示出了所生成结构的示例的横截面视图。其后,以所述方式形成与经图案化的结构的侧壁相邻的间隔物160,如上所述(图4B)。然后,去除经图案化的结构155。执行蚀刻处理,该步骤使用间隔物160作为蚀刻掩模蚀刻穿过牺牲层并在衬底中蚀刻,从而在牺牲层140中形成第一通孔107。
[0055]图4C示出了所生成结构的示例。如图所示,形成牺牲层140的经图案化的部分。进一步地,覆盖层143可以形成为与牺牲层140的部分142的侧壁相邻。从而可以进一步减小沟槽105的宽度。其后,在衬底中蚀刻沟槽105。图4D示出了所生成结构的示例,其中覆盖层143已经形成。其后,将填充材料210填充到衬底中的沟槽105中和牺牲层140中的第一通孔107中。
[0056]图4E示出了所生成结构的示例。根据进一步实施例,所述方法可以进一步包括改变填充材料的表面部分以形成改变的表面部分215。作为这些处理步骤的结果,工件包括充满填充材料210的沟槽105和布置在沟槽105之间的衬底部分。牺牲层140的部分布置在衬底部分100之上,然而改变的表面部分215布置在填充材料210的部分之上。相应地,工件具有交替的改变的表面部分215和牺牲层140的部
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