專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體襯底上形成的在溝槽內(nèi)埋置柵極電極、將該溝槽的側(cè)面作為溝道區(qū)域的縱向型功率MOSFET的柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法。
圖1是表示現(xiàn)有的溝槽接觸型的UMOS的剖面圖，圖2是其平面圖。沿著圖2的I-I線部分的剖面圖為圖1。半導(dǎo)體襯底101例如使用p型硅襯底。半導(dǎo)體襯底101的表面區(qū)域上形成摻雜n型雜質(zhì)的n基極區(qū)域102。n基極區(qū)域102上形成成為半導(dǎo)體襯底101的主面的p源極區(qū)域103。未形成這些區(qū)域的半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)鹊膮^(qū)域?yàn)閜漏極區(qū)域101’。
從半導(dǎo)體襯底101的主面向內(nèi)部形成多個(gè)溝槽110。溝槽110從形成p源極區(qū)域103的主面到達(dá)p漏極區(qū)域101’的規(guī)定深度處。溝槽110側(cè)壁上例如形成通過(guò)熱氧化形成的氧化硅膜等的柵極絕緣膜104。
該柵極絕緣膜104從溝槽110側(cè)壁開(kāi)始在溝槽周?chē)陌雽?dǎo)體襯底101的主面上延伸，其延伸部分從溝槽110的開(kāi)口端到前端部分的距離d為0.4～0.5微米左右。
柵極絕緣膜104覆蓋的溝槽110中埋置多晶硅等構(gòu)成的柵極電極105。該多晶硅柵極105的表面與半導(dǎo)體襯底101的主面大致為相同水平。多晶硅柵極105的表面和柵極絕緣膜104的表面層疊形成通過(guò)CVD法形成的氧化硅膜等的層間絕緣膜106。另外半導(dǎo)體襯底101的主面上在溝槽110之間形成貫通層間絕緣膜106到達(dá)基極區(qū)域104的開(kāi)口107。
開(kāi)口107位于溝槽110之間，如圖2所示，在半導(dǎo)體襯底101的主面上配置成多個(gè)島狀。各溝槽110內(nèi)埋置的多晶硅柵極105被布線(未示出)為彼此電連接，與在半導(dǎo)體襯底101主面上形成的柵極引出電極105a電連接。
在上述狀態(tài)下，半導(dǎo)體襯底101的主面除開(kāi)口107和柵極引出電極105a外都由層間絕緣膜106覆蓋。層間絕緣膜106上形成源極電極108以與柵極引出電極105a電絕緣。
源極電極108與也埋置在開(kāi)口107內(nèi)部并在開(kāi)口107內(nèi)部露出的源極區(qū)域103和基極區(qū)域102電連接。源極電極108例如由鋁構(gòu)成，與源極區(qū)域103和基極區(qū)域102連接的部分上中間插入勢(shì)壘金屬層(未示出)。半導(dǎo)體襯底101的背面形成與漏極區(qū)域101’電連接的漏極電極109。
但是，該結(jié)構(gòu)中，為確保多晶硅柵極105和源極電極108之間的絕緣，以及為確保曝光技術(shù)的配合偏差裕量，蝕刻層間絕緣膜106形成開(kāi)口107時(shí)，在從溝槽110的開(kāi)口端到開(kāi)口107的一端之間維持距離。即，該部分不蝕刻去除其下面的柵極絕緣膜104和層間絕緣膜106而殘留下來(lái)。并且，該部分殘留寬度為0.4～0.5微米左右。該部分是上述延伸部分，溝槽110的開(kāi)口端到延伸部分的前端部分的距離d與源極電極108和多晶硅柵極105之間的絕緣距離相當(dāng)。
這樣，該結(jié)構(gòu)中，層間絕緣膜106的剩余寬度d對(duì)于溝槽110的開(kāi)口寬度在單側(cè)形成0.4微米以上的寬度。源極基極引出電極108因埋置在半導(dǎo)體襯底101內(nèi)形成，故需要將其開(kāi)口寬度設(shè)為至少0.8微米以上。
從以上條件看，現(xiàn)有的方法中，考慮溝槽的單元間距以2微米為界限，往該值以上縮小變得困難。因此，期望實(shí)現(xiàn)一種可充分收縮單元間距的間隔、以溝槽側(cè)面為溝道的縱向型功率MOSFET的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
本發(fā)明的第二方案的半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，具有相對(duì)的第一和第二主面；漏極區(qū)域，按具有相對(duì)的2個(gè)面的層狀形成在上述半導(dǎo)體襯底上，在上述半導(dǎo)體襯底的上述第二主面上露出一個(gè)面；基極區(qū)域，在上述半導(dǎo)體襯底上形成，與上述漏極區(qū)域的另一面相接，具有部分地在多個(gè)場(chǎng)所處在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面上露出的部分；源極區(qū)域，在上述半導(dǎo)體襯底上形成，一面與上述基極區(qū)域相接，另一面在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面露出，上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面中平面形成，在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成接合面；柵極絕緣膜，在溝槽的側(cè)壁上形成并且延伸至上述第一主面上，該溝槽形成為從上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面開(kāi)始在縱向上將底面配置在上述漏極區(qū)域中；柵極電極，埋置在上述溝槽內(nèi)，形成在其上面位于比上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域的上述接合面更靠上部并且比上述半導(dǎo)體襯底主面低的位置處；埋置絕緣膜，在上述柵極電極的上述上面、上述溝槽的未埋置上述柵極電極的部分以及在上述第一主面上延伸的上述柵極絕緣膜上形成，從上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面到上述柵極電極的上述上面的距離比從上述溝槽的開(kāi)口端到上述柵極絕緣膜的延伸部端的距離長(zhǎng)；源極電極，在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面上形成，與上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域相接。
本發(fā)明的第三方案的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底背面上形成一面露出的漏極區(qū)域，與上述漏極區(qū)域的另一面相接且部分地在多個(gè)場(chǎng)所處在上述半導(dǎo)體襯底主面上露出的基極區(qū)域以及一面與上述基極區(qū)域相接，另一面在上述半導(dǎo)體襯底主面上露出的源極區(qū)域，上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上平面形成，在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成接合面；形成溝槽，從上述半導(dǎo)體襯底的上述主面開(kāi)始在縱向上將底面配置在上述漏極區(qū)域中；實(shí)質(zhì)僅在上述溝槽的側(cè)壁上形成柵極絕緣膜；在上述溝槽內(nèi)形成柵極電極，使得埋置在其上面位于比上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域的上述接合面更靠上部并且比上述半導(dǎo)體襯底的上述主面低的位置處；在上述柵極電極上淀積回流性的絕緣膜；通過(guò)干蝕刻法蝕刻上述回流性的絕緣膜，至少保留與上述溝槽上部相當(dāng)?shù)纳鲜鼋^緣膜；加熱剩余的上述絕緣膜進(jìn)行回流；在上述半導(dǎo)體襯底主面上形成源極電極，使得與上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域相接。
本發(fā)明的第四方案的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底背面上形成一面露出的漏極區(qū)域，與上述漏極區(qū)域的另一面相接且部分地在多個(gè)場(chǎng)所處在上述半導(dǎo)體襯底主面上露出的基極區(qū)域以及一面與上述基極區(qū)域相接而另一面在上述半導(dǎo)體襯底主面上露出的源極區(qū)域，上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上平面形成，在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成接合面；形成溝槽，從上述半導(dǎo)體襯底主面開(kāi)始在縱向上將底面配置在上述漏極區(qū)域中；在包含上述溝槽內(nèi)部在內(nèi)的上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上形成柵極絕緣膜；在上述溝槽內(nèi)形成柵極電極，使得埋置在其表面位于比上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域的上述接合面更靠上部并且比上述半導(dǎo)體襯底的上述主面低的位置處，從上述半導(dǎo)體襯底的上述主面到上述柵極電極的表面的距離比從上述溝槽的開(kāi)口端到上述柵極絕緣膜的上述延伸部端的距離長(zhǎng)；在上述柵極絕緣膜上淀積回流性的絕緣膜；在上述回流性的絕緣膜上配置具有規(guī)定圖案的掩模，使用該掩模通過(guò)各向異性蝕刻法進(jìn)行蝕刻，在上述柵極電極的上部和上述溝槽周?chē)康纳鲜鰱艠O絕緣膜上保留上述回流性的絕緣膜；通過(guò)回流上述蝕刻過(guò)的回流性絕緣膜，將上述絕緣膜完全埋置在上述溝槽內(nèi)并且使其表面帶圓形；在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上形成與上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域相接的源極電極。
圖4是表示第一實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底的斜視圖；圖5是表示沿著圖4的V-V線的剖面圖；圖6是表示第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的平面圖，圖6中的沿著III-III線的剖面圖如圖3所示；圖7是用于說(shuō)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的剖面圖；圖8是第二實(shí)施例的UMOS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的剖面圖；圖9是表示第二實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底的斜視圖；圖10是沿著圖9的X-X線的剖面圖；圖11是表示第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的平面圖，圖11中的沿著VIII-VIII線的剖面圖如圖8所示；圖12A和圖12B是說(shuō)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的剖面圖；圖13是表示第二實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底的整體的剖面圖；圖14是第三實(shí)施例的UMOS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的剖面圖；圖15是說(shuō)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的剖面圖；圖16是第三實(shí)施例的剖面圖，是與第二實(shí)施例的圖10對(duì)應(yīng)的圖。
本發(fā)明的實(shí)施例中，埋置在溝槽中的多晶硅等的柵極電極從硅等的半導(dǎo)體襯底主面后退的距離為x微米，溝槽端部到柵極絕緣膜的終端部的距離為y微米時(shí)，具有條件x＞y、x≥0.2、0≤y≤0.3。此時(shí)，x+y的厚度實(shí)際與源極電極和柵極電極之間的絕緣距離相等。
更具體說(shuō)，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件(圖1)中，電極之間的絕緣距離實(shí)際僅在襯底水平方向上，但本發(fā)明實(shí)施例中，在襯底縱向上也采用絕緣距離，因此溝槽之間的距離可縮短。
為進(jìn)行源極電極和基極區(qū)域以及源極區(qū)域的接觸，現(xiàn)有必須的開(kāi)口部(圖1的107)不再需要，因此進(jìn)一步使溝槽間縮短。
溝槽內(nèi)埋置有回流性的層間絕緣膜，將該層間絕緣膜回流后，用金屬形成作為源極基極區(qū)域的電極的源極電極，從而半導(dǎo)體襯底主面平坦了，成為源極電極的鋁等的金屬膜容易形成。
柵極絕緣膜和回流性絕緣膜之間插入氮化硅膜，則可將該氮化硅膜用作各向異性蝕刻的層間絕緣膜蝕刻時(shí)的停止層。此時(shí)，即便是因有接觸曝光的配合偏差而具有異常蝕刻的場(chǎng)所時(shí)，通過(guò)該回流處理也可恢復(fù)正常狀態(tài)。
另外，將氮化硅膜用作溝槽內(nèi)的襯里(liner)時(shí)，用作回流性的絕緣膜的BPSG(摻硼磷硅玻璃)膜等中包含的磷和硼不進(jìn)入柵極電極中，從而穩(wěn)定晶體管的特性。
下面參考


發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)首先，參考圖3～圖7說(shuō)明第一實(shí)施例。
半導(dǎo)體襯底1使用例如p型硅半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底1的表面區(qū)域上形成摻雜n型雜質(zhì)的n基極區(qū)域2。接著n基極區(qū)域2，形成一面成為半導(dǎo)體襯底1的主面的p源極區(qū)域3。未形成這些區(qū)域的半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)鹊膮^(qū)域?yàn)閜漏極區(qū)域1’。
從半導(dǎo)體襯底1的主面向內(nèi)部形成多個(gè)溝槽10。溝槽10從形成p源極區(qū)域3的主面到達(dá)p漏極區(qū)域1’的規(guī)定深度處。即，溝槽10的底面形成在漏極區(qū)域1’中。溝槽10側(cè)壁上例如形成通過(guò)熱氧化形成的氧化硅膜等的柵極絕緣膜4。該柵極絕緣膜4實(shí)際形成到溝槽10的開(kāi)口端為止。通過(guò)蝕刻處理基本從半導(dǎo)體襯底1的主面向下形成。
柵極絕緣膜4覆蓋的溝槽10中埋置多晶硅等構(gòu)成的柵極電極5。該多晶硅柵極5的表面比半導(dǎo)體襯底1的主面低。該多晶硅柵極5的表面和半導(dǎo)體襯底1的主面之間的距離x為0.2微米以上。
除柵極引出部分外的多晶硅柵極5的表面從半導(dǎo)體襯底1的主面開(kāi)始的深度形成得比源極3/基極2的接合部的結(jié)深度淺。多晶硅柵極5的表面和從多晶硅柵極5露出的柵極絕緣膜4的表面上形成膜厚10～100nm左右的氮化硅膜7，此外形成回流性高的BPSG等的埋置(層間)絕緣膜6。該層間絕緣膜6經(jīng)回流把表面平坦化，從而完全埋置在溝槽10內(nèi)部。埋置絕緣膜6的深度方向的膜厚為0.2微米以上，從多晶硅柵極5的表面到源極電極8的絕緣距離被形成為保證柵極源極之間的額定電壓(此時(shí)為20V)。
如圖4所示，溝槽10之間的源極/基極/漏極區(qū)域中，位于其中間的某基極區(qū)域2的n+高濃度接觸區(qū)域2’在半導(dǎo)體襯底1的主面上在多個(gè)位置處露出(參考圖5)。即，半導(dǎo)體襯底1的主面上交互配置源極區(qū)域3和接觸區(qū)域2’。其上形成電連接基極區(qū)域2和源極區(qū)域3的源極電極8。
如圖6所示，埋置絕緣膜6基本僅形成在溝槽10上，源極區(qū)域3和基極接觸區(qū)域2’露出，源極電極8層疊其上。埋置在各溝槽10中的多晶硅柵極5布線成彼此電連接，和半導(dǎo)體襯底1的主面上形成的柵極引出電極5a電連接。柵極引出電極5a上連接有引線5a’。
源極電極8例如由鋁構(gòu)成，與源極區(qū)域3和基極區(qū)域2連接的部分可插入TiW等勢(shì)壘金屬層。半導(dǎo)體襯底1的背面形成與漏極區(qū)域1’電連接的漏極電極9。
該實(shí)施例中，由于將柵極表面從半導(dǎo)體襯底主面后退來(lái)形成，從而從多晶硅柵極表面到半導(dǎo)體襯底主面的距離x實(shí)際為柵極電極與源極電極之間的絕緣距離。
圖1所示的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，覆蓋層間絕緣膜的柵極絕緣膜的剩余寬度d是實(shí)際的絕緣距離。本實(shí)施例中，縱向上采用了絕緣距離，因此可以沒(méi)有柵極絕緣膜在半導(dǎo)體襯底上的剩余寬度。
由于基極區(qū)域的接觸區(qū)域在半導(dǎo)體襯底的主面上露出，不必要形成現(xiàn)有必須的用于在源極電極上接觸源極區(qū)域和基極區(qū)域的開(kāi)口。本實(shí)施例中，可使其中的溝槽之間變窄。因此，溝槽之間的間距可充分縮短。氮化硅膜捕獲從回流性絕緣膜移動(dòng)到柵極電極中的磷和硼等雜質(zhì)，使晶體管特性穩(wěn)定。
圖7是說(shuō)明形成該UMOS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的剖面圖。半導(dǎo)體襯底1的p漏極區(qū)域1’上依次形成部分地在多個(gè)場(chǎng)所在半導(dǎo)體襯底1的主面上露出的n基極區(qū)域2、一面和上述基極區(qū)域2相接而另一面在半導(dǎo)體襯底1的主面上露出的p源極區(qū)域3。
接著，從半導(dǎo)體襯底1的主面開(kāi)始在縱向上形成溝槽10，使得其底面配置在漏極區(qū)域1’中。之后，在主面整個(gè)面上通過(guò)熱處理形成氧化硅膜，將其進(jìn)行構(gòu)圖實(shí)際僅在溝槽10的側(cè)壁上形成柵極絕緣膜4。之后，在溝槽10內(nèi)部形成多晶硅柵極5，使得其表面埋置在比源極區(qū)域3和基極區(qū)域2的接合面靠上部且比半導(dǎo)體襯底1的主面低的位置處。
接著，包含溝槽10的內(nèi)部在半導(dǎo)體襯底1的主面上形成膜厚10～100nm左右的氮化硅膜7。而且，氮化硅膜7上層疊例如BPSG等的回流性的絕緣膜6。隨后，通過(guò)干蝕刻法蝕刻回流性絕緣膜6，在溝槽10的沒(méi)有埋置多晶硅柵極5的部分經(jīng)氮化硅膜7埋置為與半導(dǎo)體襯底的上面大致同一平面。接著，將埋置的回流性的絕緣膜6在900度左右的溫度下回流。回流性的絕緣膜6完全埋置在溝槽10內(nèi)。
隨后，在半導(dǎo)體襯底1的背面上形成與漏極區(qū)域1’相接的漏極電極9，在半導(dǎo)體襯底1的背面上通過(guò)濺射方法等形成與源極區(qū)域2和基極區(qū)域2相接的源極電極8。
如上形成的半導(dǎo)體襯底主面比現(xiàn)有平坦，從而電極附著性提高。
該UMOS是縱向形成溝槽，在半導(dǎo)體襯底主面上露出基極接觸區(qū)域，將層間絕緣膜埋置在溝槽內(nèi)來(lái)形成的結(jié)構(gòu)，因此，半導(dǎo)體襯底上不需要有用于使柵極源極之間絕緣的區(qū)域。因此，單元間距比現(xiàn)有窄，可以為1.0～1.2微米左右。
接著說(shuō)明容易地對(duì)平坦化層間絕緣膜時(shí)的層間絕緣膜的膜厚偏差和干蝕刻的蝕刻偏差進(jìn)行控制的第二實(shí)施例。
(第二實(shí)施例)第二實(shí)施例中，利用RIE(反應(yīng)離子蝕刻)等的各向異性蝕刻，控制層間絕緣膜的膜厚偏差和干蝕刻的蝕刻偏差。該方法中，對(duì)掩模構(gòu)圖很可能產(chǎn)生配合偏差，產(chǎn)生新的困難，但這可通過(guò)使用回流性的絕緣膜解決。
圖8是第二實(shí)施例的UMOS的剖面圖。半導(dǎo)體襯底21使用例如p型硅半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底21的表面區(qū)域上形成摻雜n型雜質(zhì)的n基極區(qū)域22。接著n基極區(qū)域22，形成一面成為半導(dǎo)體襯底21的主面的p源極區(qū)域23。未形成這些區(qū)域的半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)鹊膮^(qū)域?yàn)閜漏極區(qū)域21’。
從半導(dǎo)體襯底21的主面向內(nèi)部形成多個(gè)縱向的溝槽20。溝槽20從形成源極區(qū)域23的主面到達(dá)漏極區(qū)域21’的規(guī)定深度處。即，溝槽20的底面形成在漏極區(qū)域21’中。
溝槽20側(cè)壁上例如形成通過(guò)熱氧化形成的氧化硅膜等的柵極絕緣膜24。該柵極絕緣膜24從溝槽20的側(cè)壁開(kāi)始跨過(guò)溝槽周?chē)陌雽?dǎo)體襯底21的主面延伸。該延伸部分的溝槽20的開(kāi)口端到前端的距離y為0～0.3微米左右，比現(xiàn)有(0.4～0.5微米左右)短。
柵極絕緣膜24覆蓋的溝槽20中埋置多晶硅等構(gòu)成的柵極25。該多晶硅柵極25的表面比半導(dǎo)體襯底21的主面低。該多晶硅柵極25的表面和半導(dǎo)體襯底21的主面之間的距離x為0.2微米以上。其中，柵極絕緣膜24的延伸部分從溝槽開(kāi)口端到前端部分的距離y和從多晶硅柵極表面到半導(dǎo)體襯底主面的距離x形成為x＞y。而且，多晶硅柵極25的表面和源極電極28的最短距離(與埋置絕緣膜24的深度方向的膜厚相當(dāng))形成為確保0.2微米以上。
但是，除柵極引出部分外的多晶硅柵極25形成得比源極23/基極22的接合部的結(jié)深度淺。多晶硅柵極25的表面和從多晶硅柵極25露出的柵極絕緣膜24的表面上形成回流性高的BPSG等的埋置(層間)絕緣膜26。該埋置絕緣膜26使回流表面帶有圓形。埋置絕緣膜26的襯底上的端部接線與襯底之間所成角度θ為90度以下。
如圖9所示，溝槽20之間的源極/基極/漏極區(qū)域中，位于其中間的某基極區(qū)域22的n+高濃度接觸區(qū)域22’在半導(dǎo)體襯底21的主面上在多個(gè)位置處露出(參考圖10)。即，半導(dǎo)體襯底21的主面上交互配置源極區(qū)域23和接觸區(qū)域22’。其上形成電連接基極區(qū)域22和源極區(qū)域23的源極電極28。
如圖9所示，埋置絕緣膜26基本僅形成在溝槽20上，源極區(qū)域23和接觸區(qū)域22’露出，源極電極28層疊其上。埋置在各溝槽20中的多晶硅柵極25布線成彼此電連接，布線的這些多晶硅柵極25和半導(dǎo)體襯底21的主面上形成的柵極引出電極25a電連接。在柵極引出電極25a上連接有引線25b。
源極引出電極28例如由鋁構(gòu)成，與源極區(qū)域23和基極區(qū)域22連接的部分可插入TiW等勢(shì)壘金屬層。半導(dǎo)體襯底21的背面形成與漏極區(qū)域21’電連接的漏極電極29。
該實(shí)施例中，由于將柵極表面從半導(dǎo)體襯底主面后退來(lái)形成，從而埋置絕緣膜覆蓋的柵極絕緣膜的延伸部分的溝槽開(kāi)口端到前端部分的距離y和從多晶硅柵極表面到半導(dǎo)體襯底主面的距離x之和(x+y)實(shí)際與現(xiàn)有的柵極電極與源極電極之間的絕緣距離d(0.4～0.5微米左右)大致相等。圖1所示已有結(jié)構(gòu)中，覆蓋了層間絕緣膜的柵極絕緣膜的部分寬度是實(shí)際的絕緣距離d，因此可減小僅縱向上進(jìn)行絕緣的柵極絕緣膜的半導(dǎo)體襯底主面上殘留部分的寬度。
由于基極區(qū)域的接觸區(qū)域在半導(dǎo)體襯底的主面上露出，不必要形成現(xiàn)有必須的用于使源極電極、基極區(qū)域與源極電極連接的開(kāi)口，可使其中的溝槽之間變窄。因此，溝槽的單元間距可充分縮短。層間絕緣膜的表面帶有圓形，使得源極電極的密合性提高，得到?jīng)]有割斷等的機(jī)械強(qiáng)度高的結(jié)構(gòu)。
圖12A和12B是說(shuō)明形成該UMOS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的剖面圖。硅等構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底21的p漏極區(qū)域21’上依次形成部分地在多個(gè)場(chǎng)所在半導(dǎo)體襯底21的主面上露出的n基極區(qū)域22、一面和上述基極區(qū)域22相接而另一面在半導(dǎo)體襯底21的主面上露出的p源極區(qū)域23。采用形成溝槽后再形成源極的工藝。
接著，從半導(dǎo)體襯底21的主面開(kāi)始在縱向上形成溝槽20，使得其底面配置在漏極區(qū)域21’中。之后，包含溝槽20的側(cè)壁在半導(dǎo)體襯底21的主面上形成氧化硅膜等的柵極絕緣膜24。
之后，包含上述溝槽20內(nèi)部在半導(dǎo)體襯底21的主面上層疊多晶硅膜，對(duì)其構(gòu)圖，在溝槽20內(nèi)形成多晶硅柵極25，使得其表面埋置在比源極區(qū)域23和基極區(qū)域22的接合面靠上部且比半導(dǎo)體襯底21的主面低的位置處。在該溝槽20內(nèi)埋置的多晶硅膜柵極25和柵極絕緣膜24上層疊BPSG等的回流性優(yōu)越的絕緣膜。
絕緣膜26上配置具有光刻膠構(gòu)成的具有規(guī)定圖案的掩模27(圖12A)。使用該掩模27通過(guò)各向異性蝕刻法蝕刻絕緣膜26，在溝槽20的沒(méi)有埋置多晶硅柵極25的部分以及上述溝槽20周?chē)纳鲜鰱艠O絕緣膜24上對(duì)絕緣膜26構(gòu)圖。掩模27覆蓋溝槽20和其周?chē)?，將溝?0的開(kāi)口寬度設(shè)為a時(shí)，具有a～a+0.6微米的寬度。構(gòu)圖的絕緣膜26配合掩模27形成。
接著去除光刻膠掩模27后，通過(guò)蝕刻在900度以上使構(gòu)圖的絕緣膜26回流，完全將絕緣膜26埋置在溝槽20內(nèi)，同時(shí)使其表面帶有圓形(圖12B)。
接著，在半導(dǎo)體襯底21的背面上形成與漏極區(qū)域21’相接的漏極電極29和在主面?zhèn)壬吓c基極區(qū)域22和源極區(qū)域23相接的源極電極28。(參考圖8)該實(shí)施例中，充分實(shí)現(xiàn)了單元間距的縮短，即便用于絕緣膜26的構(gòu)圖的接觸曝光中有配合偏差，通過(guò)回流也能恢復(fù)正常位置。
圖13是表示該實(shí)施例的完成了的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底的剖面圖。多個(gè)UMOS的基極/源極區(qū)域形成在n阱220中，成為源極電極28、漏極區(qū)域21’、漏極電極29共用的結(jié)構(gòu)。
(第三實(shí)施例)圖14是第三實(shí)施例的UMOS結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的剖面圖，圖15是用于說(shuō)明制造方法的剖面圖。半導(dǎo)體襯底31使用例如p型硅半導(dǎo)體。半導(dǎo)體襯底31的表面區(qū)域上形成摻雜n型雜質(zhì)的n基極區(qū)域32。接著n基極區(qū)域32，形成一面成為半導(dǎo)體襯底31的主面的p源極區(qū)域33。未形成這些區(qū)域的半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)鹊膮^(qū)域?yàn)閜漏極區(qū)域31’。
從半導(dǎo)體襯底31的主面向內(nèi)部形成多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的溝槽30。溝槽30從形成源極區(qū)域33的主面到達(dá)漏極區(qū)域31’的規(guī)定深度處。即，溝槽30的底面形成在漏極區(qū)域31’中。
溝槽30側(cè)壁上例如形成通過(guò)熱氧化形成的氧化硅膜等的柵極絕緣膜34。該柵極絕緣膜34從溝槽30的側(cè)壁開(kāi)始跨過(guò)溝槽周?chē)陌雽?dǎo)體襯底31的主面延伸。該延伸部分的溝槽30的開(kāi)口端到前端區(qū)域的距離y為0～0.3微米左右，比現(xiàn)有短。
柵極絕緣膜34覆蓋的溝槽30中埋置多晶硅等構(gòu)成的柵極35。該埋置的多晶硅柵極35的表面比半導(dǎo)體襯底31的主面低。多晶硅柵極35形成得比源極33/基極32接合部淺。
多晶硅柵極35的表面和半導(dǎo)體襯底31的主面之間的距離x為0.2微米以上。其中，柵極絕緣膜34的延伸部分從溝槽開(kāi)口端到前端部分的距離y和從多晶硅柵極表面到半導(dǎo)體襯底主面的距離x形成為x＞y。而且，多晶硅柵極35的表面和源極電極38的最短距離(與埋置絕緣膜34的深度方向的膜厚相當(dāng))形成為0.2微米以上，確保柵極源極之間的額定電壓為20V。
多晶硅柵極35的表面和從多晶硅柵極35露出的柵極絕緣膜34的表面上形成膜厚10～100nm左右的氮化硅膜37。其上形成回流性高的BPSG等的埋置絕緣膜36。該埋置絕緣膜36使回流表面帶有圓形。其端部接線與襯底面之間所成角度θ為90度以下。
如圖16所示，溝槽30之間的源極/基極/漏極區(qū)域中，位于其中間的某基極區(qū)域32的n+高濃度接觸區(qū)域32’在半導(dǎo)體襯底31的主面上在多個(gè)位置處露出。即，半導(dǎo)體襯底31的主面上交互配置源極區(qū)域33和接觸區(qū)域32’。其上形成電連接基極區(qū)域32和源極區(qū)域33的源極電極38。
與如圖11同樣，層間絕緣膜36基本僅形成在溝槽30上，源極區(qū)域33和接觸區(qū)域32’露出，源極電極38層疊其上。
埋置在各溝槽30中的多晶硅柵極35布線成彼此電連接，布線的這些多晶硅柵極35和半導(dǎo)體襯底31的主面上形成的柵極引出電極電連接，與第一和第二實(shí)施例一樣。柵極引出電極上連接有引線。
源極引出電極38例如由鋁構(gòu)成，與源極區(qū)域33和基極區(qū)域32連接的部分可插入TiW等勢(shì)壘金屬層。半導(dǎo)體襯底31的背面形成與漏極區(qū)域31’電連接的漏極電極39。
該實(shí)施例中，由于將柵極表面從半導(dǎo)體襯底主面后退來(lái)形成，從而埋置絕緣膜覆蓋的柵極絕緣膜的延伸部分的溝槽開(kāi)口端到前端部分的距離y和從多晶硅柵極表面到半導(dǎo)體襯底主面的距離x之和(x+y)實(shí)際與柵極電極與源極電極之間的絕緣距離大致相等。圖1所示已有結(jié)構(gòu)中，覆蓋了層間絕緣膜的柵極絕緣膜的部分寬度是實(shí)際的絕緣距離，因此可減小僅縱向上采用了絕緣距離的半導(dǎo)體襯底上的柵極絕緣膜的寬度。
由于基極區(qū)域的接觸區(qū)域在半導(dǎo)體襯底的主面上露出，不必要像現(xiàn)有那樣形成用于使源極電極、基極區(qū)域與源極電極接觸的開(kāi)口，可使其中的溝槽之間變窄。因此，溝槽的單元間距可充分縮短。層間絕緣膜的表面帶有圓形，使得源極電極的密合性提高，得到?jīng)]有割斷等的機(jī)械強(qiáng)度高的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)各向異性蝕刻法蝕刻回流性的絕緣膜來(lái)形成連接(構(gòu)圖)時(shí)，即便有配合偏差也可在構(gòu)圖后去除抗蝕劑，之后在900度以上使絕緣膜回流，從而絕緣膜在規(guī)定位置處形成，不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
該實(shí)施例的制造方法中，通過(guò)回流絕緣膜完全埋置在溝槽內(nèi)，同時(shí)絕緣膜的角部添加圓角。氮化硅膜不僅捕獲來(lái)自回流性絕緣膜的磷、硼而且可用作各向異性蝕刻的蝕刻停止層。
本發(fā)明如上實(shí)施例所述，具有重點(diǎn)將柵極電極和源極電極的絕緣距離從半導(dǎo)體襯底主面的水平方向放置厚度方向的縱向的結(jié)構(gòu)，在層間絕緣膜上不必要形成在溝槽之間將源極電極連接于源極區(qū)域和基極區(qū)域的開(kāi)口，因此可充分縮短單元間距。
由于將回流性絕緣膜用作埋置絕緣膜，使表面平坦化，或帶有圓形，從而半導(dǎo)體襯底表面的電極穩(wěn)固地形成。另外，具有各向異性蝕刻時(shí)，接觸曝光時(shí)即便有配合偏差，也可通過(guò)回流處理將絕緣膜形成在正常位置的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，具有相對(duì)的第一和第二主面；漏極區(qū)域，按具有相對(duì)的2個(gè)面的層狀形成在上述半導(dǎo)體襯底上，在上述半導(dǎo)體襯底的上述第二主面上露出一個(gè)面；基極區(qū)域，在上述半導(dǎo)體襯底上形成，與上述漏極區(qū)域的另一面相接，具有部分地在多個(gè)場(chǎng)所處在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面上露出的部分；源極區(qū)域，在上述半導(dǎo)體襯底上形成，一面與上述基極區(qū)域相接，另一面在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面露出，上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面中平面形成，在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成接合面；柵極絕緣膜，實(shí)際僅在溝槽的側(cè)壁上形成，該溝槽形成為從上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面開(kāi)始在縱向上將底面配置在上述漏極區(qū)域中；柵極電極，埋置在上述溝槽內(nèi)，形成在其上面位于比上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域的上述接合面更靠上部并且比上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面低的位置處；埋置絕緣膜，埋置在上述溝槽內(nèi)的未埋置上述柵極電極的部分中；源極電極，在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面上形成，與上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括漏極電極，形成為在上述半導(dǎo)體襯底的上述第二主面上與上述漏極區(qū)域相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括氮化硅膜，內(nèi)襯到在上述柵極電極的上面和上述溝槽的未埋置上述柵極電極的部分中露出的上述柵極絕緣膜上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，上述埋置絕緣膜是由回流形成的絕緣膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，在上述柵極電極上形成的上述埋置絕緣膜具有不被上述柵極電極與上述源極電極之間的額定電壓破壞的最低膜厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件，上述最低膜厚在上述額定電壓為20V時(shí)為0.2微米以上。
7.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，具有相對(duì)的第一和第二主面；漏極區(qū)域，按具有相對(duì)的2個(gè)面的層狀形成在上述半導(dǎo)體襯底上，在上述半導(dǎo)體襯底的上述第二主面上露出一個(gè)面；基極區(qū)域，在上述半導(dǎo)體襯底上形成，與上述漏極區(qū)域的另一面相接，具有部分地在多個(gè)場(chǎng)所處在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面上露出的部分；源極區(qū)域，在上述半導(dǎo)體襯底上形成，一面與上述基極區(qū)域相接，另一面在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面露出，上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面中平面形成，在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成接合面；柵極絕緣膜，在溝槽的側(cè)壁上形成并且延伸至上述第一主面上，該溝槽形成為從上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面開(kāi)始在縱向上將底面配置在上述漏極區(qū)域中；柵極電極，埋置在上述溝槽內(nèi)，形成在其上面位于比上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域的上述接合面更靠上部并且比上述半導(dǎo)體襯底主面低的位置處；埋置絕緣膜，在上述柵極電極的上述上面、上述溝槽的未埋置上述柵極電極的部分以及在上述第一主面上延伸的上述柵極絕緣膜上形成，從上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面到上述柵極電極的上述上面的距離比從上述溝槽的開(kāi)口端到上述柵極絕緣膜的延伸部端的距離長(zhǎng)；源極電極，在上述半導(dǎo)體襯底的上述第一主面上形成，與上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，還包括漏極電極，形成為在上述半導(dǎo)體襯底的上述第二主面上與上述漏極區(qū)域相接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，還包括氮化硅膜，插入在上述柵極絕緣膜和上述埋置絕緣膜之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，上述埋置絕緣膜是由回流形成的絕緣膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，在上述柵極電極上形成的上述埋置絕緣膜具有不被上述柵極電極與上述源極電極之間的額定電壓破壞的最低膜厚。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，上述最低膜厚在上述額定電壓為20V時(shí)為0.2微米以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，上述埋置絕緣膜表面帶圓形，上述埋置絕緣膜的端部表面的接線與上述半導(dǎo)體襯底所成角度小于90度。
14.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，從上述溝槽的開(kāi)口端到上述柵極絕緣膜的上述延伸部端之間的距離在0.3微米以下。
15.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底背面上形成一面露出的漏極區(qū)域，與上述漏極區(qū)域的另一面相接且部分地在多個(gè)場(chǎng)所處在上述半導(dǎo)體襯底主面上露出的基極區(qū)域以及一面與上述基極區(qū)域相接，另一面在上述半導(dǎo)體襯底主面上露出的源極區(qū)域，上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上平面形成，在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成接合面；形成溝槽，從上述半導(dǎo)體襯底的上述主面開(kāi)始在縱向上將底面配置在上述漏極區(qū)域中；實(shí)質(zhì)僅在上述溝槽的側(cè)壁上形成柵極絕緣膜；在上述溝槽內(nèi)形成柵極電極，使得埋置在其上面位于比上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域的上述接合面更靠上部并且比上述半導(dǎo)體襯底的上述主面低的位置處；在上述柵極電極上淀積回流性的絕緣膜；通過(guò)干蝕刻法蝕刻上述回流性的絕緣膜，至少保留與上述溝槽上部相當(dāng)?shù)纳鲜鼋^緣膜；加熱剩余的上述絕緣膜進(jìn)行回流；在上述半導(dǎo)體襯底主面上形成源極電極，使得與上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域相接。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括形成漏極電極，使得在上述半導(dǎo)體襯底的背面上與上述漏極區(qū)域相接。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括在上述柵極電極形成和上述絕緣膜淀積之間包含上述溝槽內(nèi)部在內(nèi)在上述半導(dǎo)體襯底主面上形成氮化硅膜。
18.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底背面上形成一面露出的漏極區(qū)域，與上述漏極區(qū)域的另一面相接且部分地在多個(gè)場(chǎng)所處在上述半導(dǎo)體襯底主面上露出的基極區(qū)域以及一面與上述基極區(qū)域相接而另一面在上述半導(dǎo)體襯底主面上露出的源極區(qū)域，上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上平面形成，在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成接合面；形成溝槽，從上述半導(dǎo)體襯底主面開(kāi)始在縱向上將底面配置在上述漏極區(qū)域中；在包含上述溝槽內(nèi)部在內(nèi)的上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上形成柵極絕緣膜；在上述溝槽內(nèi)形成柵極電極，使得埋置在其表面位于比上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域的上述接合面更靠上部并且比上述半導(dǎo)體襯底的上述主面低的位置處，從上述半導(dǎo)體襯底的上述主面到上述柵極電極的表面的距離比從上述溝槽的開(kāi)口端到上述柵極絕緣膜的上述延伸部端的距離長(zhǎng)；在上述柵極絕緣膜上淀積回流性的絕緣膜；在上述回流性的絕緣膜上配置具有規(guī)定圖案的掩模，使用該掩模通過(guò)各向異性蝕刻法進(jìn)行蝕刻，在上述柵極電極的上部和上述溝槽周?chē)康纳鲜鰱艠O絕緣膜上保留上述回流性的絕緣膜；通過(guò)回流上述蝕刻過(guò)的回流性絕緣膜，將上述絕緣膜完全埋置在上述溝槽內(nèi)并且使其表面帶圓形；在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上形成與上述源極區(qū)域和上述基極區(qū)域相接的源極電極。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括形成漏極電極，使得在上述半導(dǎo)體襯底的背面上與上述漏極區(qū)域相接。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括在上述柵極電極形成和上述絕緣膜淀積之間包含上述溝槽內(nèi)部在內(nèi)在上述半導(dǎo)體襯底主面上形成氮化硅膜。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件,包括:形成在半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)鹊穆O區(qū)域;在漏極區(qū)域上形成且具有部分地在多個(gè)場(chǎng)所處在襯底主面上露出的部分的基極區(qū)域;一面與上述基極區(qū)域相接而另一面在襯底主面上露出的源極區(qū)域;柵極絕緣膜,實(shí)際僅在溝槽的側(cè)壁上形成,該溝槽形成為從襯底主面開(kāi)始在縱向上將底面配置在漏極區(qū)域中;柵極電極,埋置在溝槽內(nèi),形成在其上面位于比源極區(qū)域和基極區(qū)域的接合面更靠上部并且比襯底主面低的位置處;埋置絕緣膜,埋置在溝槽中未埋置柵極電極的部分中。
文檔編號(hào)H01L29/423GK1375880SQ02118560
公開(kāi)日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2002年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月19日
發(fā)明者奧村秀樹(shù), 大澤明彥, 伊野孝佳 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝