[发明专利]具有直接沟槽多晶硅接触的横向沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体装置，具体而言涉及横向沟槽MOSFET。

背景技术

横向沟槽MOSFET(LTDMOS)装置为功率半导体装置，其可以与控制电路集成以形成用于各种用途的单片功率集成电路(IC)，包含功率管理IC。LTDMOS装置由大的沟槽区域组成，这些沟槽区域被氧化并用多晶硅(“poly”)填充。多晶硅形成LTDMOS的栅电极，氧化物层形成栅极氧化物，且沟道区形成于硅沟槽的侧壁上。电流通常垂直地流过沟道区，随后横向地流过漂移区。

为了最大化LTDMOS沟道区的密度，重要的是最小化沟槽的宽度。结果，沟槽多晶硅通常不是足够宽以允许通过金属化层或者接触插塞的接触。现有技术LTDMOS装置采用沉积在硅的表面上(位于沟槽多晶硅的顶部上方)的多晶硅部分，以提供沟槽多晶硅和金属化层之间的桥接。一种现有技术方法是在多晶硅凹陷蚀刻期间掩蔽这些桥接区域，使得它们保留在表面上并可以用于接触区域。如果形成沟槽栅极氧化物的相同氧化物层用于将这些桥接区域与衬底隔离，则桥接区域下方的氧化物相当薄并限制装置的产率和可靠性。另一种现有技术方法依赖于在桥接区域内沉积在沟槽多晶硅上方的附加多晶硅层。该方法通常在多晶硅桥接下方提供更厚的氧化物层以提高可靠性，但是需要更高的工艺复杂性，且会由于该附加工艺步骤引入的工艺余量要求而降低产品产率。

此外，表面多晶硅桥接层的使用会降低装置的整体平整性，并使得其它装置的单片集成更加困难。

因此，本发明的目的是提供改进的LTDMOS装置设计及其制作方法，其与现有技术相比具有简化的工艺、更大的平整性以及减少的弱化氧化物区域。

发明内容

在本发明的LTDMOS装置中，栅极沟槽形成在半导体衬底中，该栅极沟槽衬有电介质层并用导电材料填充。第一导电类型的主体区域沿着该栅极沟槽的侧壁放置。第二导电类型的源极区域置于与主体区域毗邻的该衬底的表面，以及第二导电类型的漂移区域沿着该栅极沟槽的侧壁放置，毗邻该主体区域。第二导电类型的漏极接触区域置于与该漂移区域毗邻的衬底的表面并与该栅极沟槽横向分隔开。

栅极总线沟槽形成在衬底中，该栅极总线沟槽包含与该栅极沟槽中的导电材料电学接触的导电材料。

层间电介质层形成在该衬底的表面上方。栅极接触孔形成在位于该栅极总线沟槽上方的该层间电介质层中，且导电栅极接触插塞置于该栅极接触孔中。栅极接触插塞与该栅极总线沟槽中的导电材料接触且与该层间电介质层顶面处的栅极金属化层接触。

本发明包含LTDMOS装置的制作工艺。栅极和栅极总线沟槽蚀刻形成于衬底中，其衬有栅极电介质层并用导电材料填充。源极、主体、漂移和漏极区域形成在衬底中。层间电介质层沉积在衬底的表面上，且栅极接触孔形成在层间电介质层中。栅极接触孔用栅极接触插塞填充，且栅极金属化层形成在该层间电介质层的顶面上。

深隔离沟槽可在用于形成栅极和栅极总线沟槽的相同工艺步骤中形成。

在备选的实施例中，栅极总线沟槽中的导电材料的顶面相对于衬底的表面下降，且栅极总线沟槽中的导电材料上方的区域用第二电介质层填充。可选地，凹陷可以在用于在衬底中形成浅隔离沟槽的相同工艺步骤中形成，且相同的电介质材料可用来填充该浅隔离沟槽以及该栅极总线沟槽中的凹陷。随后，第二电介质层的顶面可被平坦化，且层间电介质层可沉积在衬底上。

用于形成源极、主体、漂移和漏极接触区域的注入可用于形成衬底中其它装置的部件。例如，这些注入可用于形成双极晶体管的集电极、基极和发射极，其可通过该栅极总线和/或该深隔离沟槽来隔离。

附图说明

图1是现有技术LTDMOS的剖面图，其在栅极接触下具有多晶硅桥接区域。

图2是LTDMOS的剖面图，其具有通过接触插塞的直接多晶硅栅极接触。

图3是现有技术LTDMOS的俯视图，多晶硅桥接区域连接栅极接触到多晶硅栅极。

图4是LTDMOS的俯视图，其在每个沟槽栅极指上具有直接多晶硅栅极接触。

图5是LTDMOS的俯视图，其在沟槽栅极指对上具有直接多晶硅栅极接触。

图6A-6E说明本发明LTDMOS制作工艺。

图6A是沟槽蚀刻后衬底的剖面图。

图6B是生长栅极氧化物及沉积栅极多晶硅后装置的剖面图。

图6C是多晶硅凹陷蚀刻、漂移区域及主体区域形成以及保护层沉积后装置的剖面图。

图6D是源极和漏极区域形成后装置的剖面图。

图6E是接触和金属化形成后LTDMOS的剖面图。

图7A-7K说明本发明LTDMOS备选制作工艺。