專利名稱：垂直mos晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有溝槽結(jié)構(gòu)的垂直MOS晶體管及制造方法。
背景技術(shù)：
圖2示出了具有溝槽結(jié)構(gòu)的常規(guī)垂直MOS晶體管的示意性剖面圖。形成了半導(dǎo)體襯底，其中第一導(dǎo)電類型的輕摻雜層2外延地生長在第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s的襯底1上以成為漏區(qū)。然后，通過雜質(zhì)注入和1000℃或更高的高溫?zé)崽幚碛砂雽?dǎo)體襯底的表面形成稱做體區(qū)的第二導(dǎo)電類型的擴(kuò)散區(qū)3。而且，由表面形成將成為源區(qū)的第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s雜質(zhì)區(qū)7和用于通過歐姆接觸固定體區(qū)電位的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s體接觸區(qū)8。這里，由于第一導(dǎo)電類型源區(qū)7的電位和第二導(dǎo)電類型體接觸區(qū)8的電位通常相同，因此將這些區(qū)域設(shè)置得在表面處相互接觸，如圖2所示。然后，中間絕緣膜9形成在表面上。源電極15形成在源區(qū)7上的接觸孔13中，并且體接觸區(qū)8將源區(qū)7和體接觸區(qū)8相互電連接。穿過第一導(dǎo)電類型源區(qū)7蝕刻單晶硅形成硅溝槽4，以作為外延生長層。柵絕緣膜5和含有高濃度雜質(zhì)充當(dāng)柵電極的多晶硅6填充硅溝槽4。此外，半導(dǎo)體襯底背面上的第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s襯底1連接到漏極金屬電極16。由于中間絕緣膜9形成在硅柵電極6的表面上，因此硅柵電極6和源區(qū)7不會(huì)短路。
以上結(jié)構(gòu)起垂直MOS晶體管的作用，其中由埋置在溝槽4中的柵電極6通過溝槽4側(cè)壁上的柵極絕緣膜5來控制從第一導(dǎo)電類型的外延區(qū)2和背面上第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s襯底1形成的漏到由正面上第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)7形成的源的電流。通過在N型和P型之間適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換導(dǎo)電類型，該力法可以適用于N溝道MOS晶體管和P溝道MOS晶體管。
而且，具有溝槽結(jié)構(gòu)的垂直MOS晶體管的特征在于，由于溝道完全垂直地形成，因此晶體管允許應(yīng)用在平面表面方向中小型化的技術(shù)。由于小型化技術(shù)的發(fā)展，由平面晶體管占據(jù)的面積變得越來越小，并且近些年來存在流入元件單位面積內(nèi)的漏極電流量增加的趨勢。
實(shí)際上，當(dāng)通過折疊(folding)形成多個(gè)剖面結(jié)構(gòu)時(shí)，如圖2所示，獲得了具有可任選擇的驅(qū)動(dòng)容量、增大的溝道寬度以及增大的漏極電流量的MOS晶體管。這種垂直MOS晶體管的基本結(jié)構(gòu)及其制造方法示意性地公開在例如U.S.專利No.4,767,722中。
然而，這種垂直MOS晶體管及其制造方法具有以下問題。
首先，由于當(dāng)形成接觸孔13時(shí)，接觸孔13形成為在重?fù)诫s源區(qū)7和體接觸區(qū)8上延伸，因此考慮用于區(qū)域7和8之間的對(duì)準(zhǔn)偏差的版圖余量時(shí)，需要提供大面積的接觸孔13。此外，為了避免柵電極6和源電極15之間的電傳導(dǎo)，接觸孔13和溝槽4的圖形之間定義的空間需要設(shè)置為考慮了用于對(duì)準(zhǔn)偏差的版圖余量時(shí)的間隔。那么，這些設(shè)置變成了阻礙垂直MOS晶體管的按比例縮小(收縮)的原因，并且妨礙了小型化、促進(jìn)低成本或驅(qū)動(dòng)能力的增強(qiáng)。
其次，如上所述，近些年來，由于比例縮小，垂直MOS晶體管存在流動(dòng)的漏極電流密度增加的趨勢，伴隨著該趨勢，從提高可靠性和促進(jìn)低電阻的角度來看，由金屬制成的淀積膜的厚度也增加。
通常，形成在接觸孔13內(nèi)以便位于重?fù)诫s的源區(qū)7上的源極金屬電極15是利用濺射法形成的。然而，由于淀積的各向異性，圖2所示的接觸孔13的邊緣部分17中的金屬涂覆特性很差，接觸孔13邊緣部分的厚度變成約為平面部分的一半，并且在某些情形中出現(xiàn)最差情況時(shí)，變得等于或小于平面部分的1/3。由于該原因，為了避免電流集中在該邊緣部分，以及由于電流集中造成不連續(xù)和可靠性不夠，有必要形成更厚的金屬膜。然而，這不僅導(dǎo)致生產(chǎn)量和圖形處理精確性變差，而且增加了材料成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的問題，本發(fā)明提供一種垂直MOS晶體管的制造方法，包括對(duì)其中溝槽將要形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面上的區(qū)域進(jìn)行各向異性蝕刻，以形成溝槽；在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面上并沿著溝槽的壁表面形成柵極氧化膜；淀積多晶硅層以覆蓋在柵極絕緣膜上；蝕刻多晶硅層以除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的多晶硅層，并由此除去溝槽內(nèi)的多晶層到達(dá)距半導(dǎo)體襯底主表面的預(yù)定深度處，以形成溝槽內(nèi)的柵電極；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，并熱擴(kuò)散第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)以形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；將第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)以形成第二導(dǎo)電類型的體接觸區(qū)；在半導(dǎo)體襯底的主表面以及柵電極上淀積中間絕緣膜；回蝕刻覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的中間絕緣膜以完全暴露構(gòu)成半導(dǎo)體襯底主表面的體接觸區(qū)和源區(qū)；以及在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成源極金屬電極。
而且，提供一種垂直MOS晶體管的制造方法，包括對(duì)其中溝槽將形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面上的區(qū)域進(jìn)行各向異性蝕刻，以形成溝槽；在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面上并沿著溝槽的壁表面形成柵極氧化膜；淀積多晶硅層以覆蓋在柵極氧化膜上；蝕刻多晶硅層以除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的多晶硅層，并由此除去溝槽內(nèi)的多晶層到達(dá)距半導(dǎo)體襯底主表面的預(yù)定深度處，以形成溝槽內(nèi)的柵電極；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，并熱擴(kuò)散第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)以形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；將第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)以形成第二導(dǎo)電類型的體接觸區(qū)；在半導(dǎo)體襯底的主表面上淀積第一絕緣膜；利用各向異性蝕刻除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的第一絕緣膜，以在覆蓋在柵電極上的溝槽壁表面上形成由第一絕緣膜制成的側(cè)面間隔物；在半導(dǎo)體襯底的主表面以及柵電極上淀積中間絕緣膜；回蝕刻覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的中間絕緣膜，以完全暴露構(gòu)成半導(dǎo)體襯底主表面的體接觸區(qū)和源區(qū)；以及在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成源極金屬電極。
而且，提供一種垂直MOS晶體管的制造方法，包括對(duì)其中溝槽將形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面上的區(qū)域進(jìn)行各向異性蝕刻，以形成溝槽；在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面上并沿著溝槽的壁表面形成柵極氧化膜；淀積多晶硅層以覆蓋在柵極氧化膜上；蝕刻多晶硅層以除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的多晶硅層，并由此除去溝槽內(nèi)的多晶層到達(dá)距半導(dǎo)體襯底的主表面預(yù)定深度，以形成溝槽內(nèi)的柵電極；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，并熱擴(kuò)散第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)以形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；將第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)以形成第二導(dǎo)電類型的體接觸區(qū)；淀積第一絕緣膜，其厚度為溝槽以第一絕緣膜完全填充并且第一絕緣膜的表面達(dá)到半導(dǎo)體襯底的主表面，以完全地平坦化覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的第一絕緣膜的表面；回蝕刻第一絕緣膜以除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的第一絕緣膜，并由此留下溝槽內(nèi)的第一絕緣膜；在半導(dǎo)體襯底的主表面以及柵電極上淀積中間絕緣膜；回蝕刻覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的中間絕緣膜，以完全暴露構(gòu)成半導(dǎo)體襯底主表面的體接觸區(qū)和源區(qū)；以及在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成源極金屬電極。
在垂直MOS晶體管的制造方法中，第一絕緣膜由氮化硅膜形成。而且，在垂直MOS晶體管的制造方法中，第一絕緣膜的厚度在0.3到1.0μm的范圍內(nèi)。


在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的垂直MOS晶體管的示意性剖面圖；圖2為常規(guī)的垂直MOS晶體管的示意性剖面圖；圖3示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的一個(gè)工藝的示意性剖面圖；圖4示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的工藝I的示意性剖面圖；圖5示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的工藝II的示意性剖面圖；圖6示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的工藝III的示意性剖面圖；圖7示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的工藝IV的示意性剖面圖；圖8示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的工藝V的示意性剖面圖；圖9示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的工藝VI的示意性剖面圖；圖10示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的工藝VII的示意性剖面圖；圖11示出了包括根據(jù)本發(fā)明制造垂直MOS晶體管的方法中的工藝VIII的示意性剖面圖；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的垂直MOS晶體管的另一實(shí)施例的示意性剖面圖；以及圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的垂直MOS晶體管的又一實(shí)施例的示意性剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖詳細(xì)地介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的N溝道垂直MOS晶體管的示意性剖面圖。第一導(dǎo)電類型的輕摻雜層2外延地生長在具有將成為漏區(qū)的區(qū)域的第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s襯底1上，形成了第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底。雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，然后在等于或高于1,000℃的溫度下對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理，以形成將成為體區(qū)的第二導(dǎo)電類型的擴(kuò)散區(qū)3。而且，形成將成為源區(qū)的第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)7和用于通過歐姆接觸固定體區(qū)電位的重?fù)诫s的體接觸區(qū)8，以便位于半導(dǎo)體襯底的主表面下面。
溝槽4形成在源區(qū)7表面的中心部分中，多晶硅柵電極6通過柵極絕緣膜5提供在溝槽4內(nèi)。多晶硅柵電極6的上表面與源區(qū)7和體區(qū)3之間的界面共平面。中間絕緣膜形成在該平面之上的溝槽的剩余部分內(nèi)。然后，由金屬膜制成的源電極15形成在半導(dǎo)體襯底的主表面上。源區(qū)7和體接觸區(qū)8通過源電極15相互電連接。這里，對(duì)于用于電連接的接觸，均勻地暴露除硅溝槽之外的硅表面，金屬膜15平坦地接觸半導(dǎo)體襯底。
此時(shí)，為了防止金屬膜15接觸由重?fù)诫s的多晶硅制成并且提供在溝槽內(nèi)的柵電極6，重?fù)诫s的多晶硅6向下埋置到溝槽4的中部，形成中間絕緣膜9以覆蓋在重?fù)诫s的多晶硅6上。此外，類似于常規(guī)的垂直MOS晶體管，重?fù)诫s的半導(dǎo)體襯底1的背面上的第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)連接到漏極金屬電極16。
由重?fù)诫s的多晶硅制成并且提供在溝槽4內(nèi)的柵電極6的深度期望等于或大于0.5μm。采用該值以便防止由柵電極6和正好位于柵電極6上的源電極15的對(duì)應(yīng)部分之間限定的電容阻礙高頻特性。此外，考慮重?fù)诫s源區(qū)的擴(kuò)散深度，由重?fù)诫s的多晶硅制成的柵電極6的深度期望等于或小于1.0μm。采用該值是由于如果進(jìn)行熱處理將源區(qū)7深擴(kuò)散到等于或大于1.0μm的深度，那么體區(qū)3的深度同樣受影響發(fā)生變動(dòng)。也就是說，由重?fù)诫s的多晶硅制成的柵電極的深度優(yōu)選設(shè)置為0.5到1.0μm的范圍。
采用以上介紹的結(jié)構(gòu)，類似于現(xiàn)有技術(shù)的例子，根據(jù)本發(fā)明的垂直MOS晶體管可以充當(dāng)以下的垂直MOS晶體管其中從第一導(dǎo)電類型的外延區(qū)2和背面?zhèn)壬系谝粚?dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底1構(gòu)成的漏區(qū)流到表面?zhèn)壬系谝粚?dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)7構(gòu)成的源區(qū)的電流由多晶硅制成、并通過溝槽4側(cè)壁上的柵極絕緣膜5埋置在溝槽4內(nèi)的柵電極6控制。
而且，不需要在接觸孔、重?fù)诫s源區(qū)7和重?fù)诫s體接觸區(qū)8、以及成為現(xiàn)有技術(shù)例中問題的考慮接觸孔和溝槽4之間限定的空間偏差而提供的間隔之間提供用于對(duì)準(zhǔn)偏差的版圖余量。因此，垂直MOS晶體管可以以比常規(guī)的垂直MOS晶體管更小的面積形成，因此不僅可以實(shí)現(xiàn)小型化，而且可以實(shí)現(xiàn)大電流提升。
此外，如圖1所示，金屬膜15優(yōu)選是平坦的，因此和現(xiàn)有技術(shù)例中一樣，膜淀積期間在必要的部分中沒有粗糙之處。因此，可以利用常規(guī)的濺射法形成具有均勻厚度的金屬膜，并且可以防止電流部分地集中在如接觸孔的邊緣部分的較薄部分上。由此，可以形成厚度小于常規(guī)源電極厚度的高可靠性的源電極。
此外，適當(dāng)?shù)剡x擇N型或P型作為導(dǎo)電類型，以允許該方法適用于N溝道MOS晶體管和P溝道MOS晶體管。
下面以N溝道MOS晶體管為例參考圖3到12介紹實(shí)施本發(fā)明的包括制造垂直MOS晶體管的方法。
首先，制備具有<100>表面取向的半導(dǎo)體襯底，其中用摻雜濃度為2e14/cm3到4e16/cm3的P摻雜且厚度為幾μm到幾十μm的輕摻雜N型外延層2形成在用As或Sb摻雜的重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體襯底1上，由此它的電阻率落入0.001到0.01Ω·cm范圍內(nèi)(參考圖3)。根據(jù)需要的漏到源的耐壓和需要的驅(qū)動(dòng)電流的能力任意地選擇N型外延層2的厚度和雜質(zhì)濃度。
接下來，B注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)以便形成將成為該垂直MOS晶體管的體區(qū)的區(qū)域。然后對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理，由此形成具有2e16/cm3到5e17/cm3雜質(zhì)濃度、并且具有幾μm到幾十μm的深度的P型體區(qū)。隨后，用氧化物膜或光致抗蝕劑膜作為掩模來暴露對(duì)應(yīng)于其中將形成溝槽的區(qū)域的一部分單晶硅，利用如RIE的各向異性蝕刻法選擇性地跨越體區(qū)3蝕刻掉外延層2的硅，以形成溝槽4。
之后，利用如高溫犧牲氧化或各向異性干法蝕刻的公知方法使溝槽的邊緣部分變圓。此后，柵極絕緣膜5形成在溝槽4的側(cè)壁和底表面上(參考圖4)。
此后，首先，淀積其內(nèi)含有高濃度雜質(zhì)的多晶硅6，淀積的厚度取決于溝槽4的寬度，以使其完全填充在溝槽4內(nèi)以使主表面平坦(參考圖5)。當(dāng)溝槽寬度例如為0.8μm時(shí)，淀積厚度等于或大于0.4μm的多晶硅。對(duì)于包含形成其內(nèi)含有高濃度雜質(zhì)的多晶硅6的方法，可以使用任何方法，例如首先淀積其內(nèi)不含雜質(zhì)的多晶硅之后，利用熱擴(kuò)散或離子注入法將雜質(zhì)擴(kuò)散到多晶硅內(nèi)的方法，或者包括淀積多晶硅的時(shí)候引入雜質(zhì)的方法。
然后，利用回蝕刻法蝕刻形成在半導(dǎo)體襯底主表面上和溝槽4內(nèi)的多晶硅6，直到完全除去至少覆蓋半導(dǎo)體襯底主表面的多晶硅6。此時(shí)，有意將填充在溝槽內(nèi)的多晶硅蝕刻到距離表面0.5到1.0μm深度處(參考圖6)。在以蝕刻多晶硅6期間暴露半導(dǎo)體襯底的主表面時(shí)基團(tuán)或類似物的量變形式進(jìn)行檢測的蝕刻時(shí)間的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)溝槽4內(nèi)多晶硅6的表面深度。
此后，類似于普通的MOS制造工藝，注入As以形成重?fù)诫s的源區(qū)7，注入B或BF2以形成重?fù)诫s的體接觸區(qū)8，以及進(jìn)行激活A(yù)s和B或BF2的處理(參考圖7)。此時(shí)，連續(xù)地進(jìn)行擴(kuò)散直到重?fù)诫s源區(qū)7的下表面達(dá)到填充在硅溝槽中的多晶硅6表面的水平面。
接下來，淀積中間絕緣膜9，以便將由于其中部填充了重?fù)诫s多晶硅的硅溝槽的形成而造成的不規(guī)則進(jìn)行平坦化。該平坦方法例如使得利用CVD法、采用如TEOS(原硅酸四乙酯)或NSG(非硅酸鹽玻璃)的材料為基材形成具有低軟化點(diǎn)的氧化物膜，例如BSG(硼硅酸鹽玻璃)膜、PSG(磷硅酸鹽玻璃)膜或BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)膜，然后進(jìn)行退火以平坦表面(參考圖8)。
此后，利用回蝕刻法蝕刻中間絕緣膜，以暴露重?fù)诫s的源區(qū)7和重?fù)诫s的體接觸區(qū)8，而部分中間絕緣膜9留在溝槽內(nèi)(參考圖9)。
之后，形成為源區(qū)7和體區(qū)3提供電位的金屬層15(參考圖10)。在現(xiàn)有技術(shù)例子中，采用了跨越中間絕緣膜9形成接觸孔的方法，由此金屬膜選擇性地僅接觸重?fù)诫s的源區(qū)7和重?fù)诫s的體區(qū)8。然而，在本發(fā)明中，由于溝槽內(nèi)重?fù)诫s的多晶硅6被中間絕緣膜9覆蓋，因此可以用形成在晶體管區(qū)上的金屬膜獲得金屬接觸。此外，由于此前利用了回蝕刻法平坦了襯底表面，因此，形成的金屬膜同樣具有高平坦度。
最后，雖然沒有示出細(xì)節(jié)，但是形成鈍化膜、背面接地并且形成了背面漏極金屬電極16以完成了根據(jù)本發(fā)明的垂直MOS晶體管(參考圖11)。
通過上述的制造工藝制造的并具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的垂直MOS晶體管具有以下特征。
首先，可以自對(duì)準(zhǔn)方式形成重?fù)诫s的源區(qū)、重?fù)诫s的體區(qū)等，同時(shí)不必考慮接觸孔、重?fù)诫s的源區(qū)和重?fù)诫s的體區(qū)之間用于對(duì)準(zhǔn)偏差的版圖余量，以及用于接觸孔和硅溝槽之間對(duì)準(zhǔn)偏差的版圖余量。由此，由于節(jié)約了面積可以實(shí)現(xiàn)促進(jìn)低成本或小型化以及大電流驅(qū)動(dòng)。
其次，由于防止了在現(xiàn)有技術(shù)例子中的源極金屬電極的局部變薄，因此可以形成平坦的金屬膜。這導(dǎo)致電流均勻地流動(dòng)，由此可以提高布線的可靠性，并且同樣可以減輕制造成本的增加，并且可以減輕由金屬層增厚造成的生產(chǎn)量降低。由此，由于提高了加工性能，可以穩(wěn)定地制造垂直MOS晶體管。
此外，圖12所示的結(jié)構(gòu)同樣適用于另一實(shí)施例。在圖12中，由氮化膜或類似物形成的側(cè)面間隔物18形成在溝槽4的側(cè)壁上，以覆蓋在重?fù)诫s的多晶硅6上。通常，在垂直MOS晶體管中，由于電場容易集中在重?fù)诫s的多晶硅和重?fù)诫s的源區(qū)之間的一部分氧化物膜上的原因，容易引起如氧化物膜的耐壓降低和長期可靠性下降等不足，并且由于在工藝方面的蝕刻或損傷容易引起該部分氧化物膜中膜質(zhì)量下降。
如圖12所示，由氮化物膜或類似物形成的絕緣膜在溝槽4的側(cè)壁上形成為側(cè)面間隔物18，其可以實(shí)現(xiàn)避免了這種不足的效果。通過淀積如氮化物膜的絕緣材料19以便對(duì)所得的絕緣材料19進(jìn)行各向異性干法蝕刻可以形成這些側(cè)面間隔物18，圖7中示出了本發(fā)明的一部分制造工藝。此后，根據(jù)圖8到11所示的工藝流程完成了具有圖12所示結(jié)構(gòu)的垂直MOS晶體管。
可選地，要得到圖12所示的相同效果，可以采用圖13中所示的結(jié)構(gòu)作為本發(fā)明的另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，利用了當(dāng)在圖7所示的工藝中淀積上述絕緣材料時(shí)，該絕緣材料的淀積厚度等于或大于某個(gè)值以便完全填充在溝槽4內(nèi)，以使半導(dǎo)體襯底的主表面變平坦。此后，回蝕刻所得的絕緣膜以使(第一)絕緣膜19僅留在溝槽4內(nèi)。這里，足以使絕緣膜完全填充在溝槽內(nèi)的絕緣膜的厚度期望地等于或大于溝槽的寬度。更具體地，絕緣膜的厚度優(yōu)選落入0.3到1.0μm的范圍內(nèi)。
隨后，根據(jù)圖8到11所示的工藝流程可以完成具有圖13所示結(jié)構(gòu)的垂直MOS晶體管。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以獲得垂直MOS晶體管的小型化和高驅(qū)動(dòng)能力。此外，可以提供高可靠性的垂直MOS晶體管，并且由于縮短了工藝，還可以實(shí)現(xiàn)低成本、減少了材料成本并且提高了成品率。
權(quán)利要求
1.一種制造垂直MOS晶體管的方法，包括對(duì)其中溝槽將形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底主表面上的區(qū)域進(jìn)行各向異性蝕刻，以形成溝槽；在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底主表面上、并沿著溝槽的壁表面形成柵極氧化膜；淀積多晶硅層以覆蓋在柵極氧化膜上；蝕刻多晶硅層以除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的多晶硅層，并由此除去溝槽內(nèi)的多晶層到達(dá)距半導(dǎo)體襯底主表面的預(yù)定深度處，以形成溝槽內(nèi)的柵電極；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，并熱擴(kuò)散第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)以形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；將第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第二導(dǎo)電類型的體接觸區(qū)；在半導(dǎo)體襯底的主表面以及柵電極上淀積中間絕緣膜；回蝕刻覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的中間絕緣膜，以完全暴露構(gòu)成半導(dǎo)體襯底主表面的體接觸區(qū)和源區(qū)；以及在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成源極金屬電極。
2.一種制造垂直MOS晶體管的方法，包括對(duì)其中溝槽將形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底主表面上的區(qū)域進(jìn)行各向異性蝕刻，以形成溝槽；在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面上、并沿著溝槽的壁表面形成柵極氧化膜；淀積多晶硅層以覆蓋在柵極氧化膜上；蝕刻多晶硅層以除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的多晶硅層，并由此除去溝槽內(nèi)的多晶層到達(dá)距半導(dǎo)體襯底主表面的預(yù)定深度處，以形成溝槽內(nèi)的柵電極；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，并熱擴(kuò)散第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)以形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；將第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第二導(dǎo)電類型的體接觸區(qū)；在半導(dǎo)體襯底的主表面上淀積第一絕緣膜；利用各向異性蝕刻除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的第一絕緣膜，以在覆蓋在柵電極上的溝槽壁表面上形成由第一絕緣膜制成的側(cè)面間隔物；在半導(dǎo)體襯底的主表面以及柵電極上淀積中間絕緣膜；回蝕刻覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的中間絕緣膜，以完全暴露構(gòu)成半導(dǎo)體襯底主表面的體接觸區(qū)和源區(qū)；以及在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成源極金屬電極。
3.一種制造垂直MOS晶體管的方法，包括對(duì)其中溝槽將形成在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底主表面上的區(qū)域進(jìn)行各向異性蝕刻，以形成溝槽；在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面上、并沿著溝槽的壁表面形成柵極氧化膜；淀積多晶硅層以覆蓋在柵極氧化膜上；蝕刻多晶硅層以除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的多晶硅層，并由此除去溝槽內(nèi)的多晶層到達(dá)距半導(dǎo)體襯底主表面的預(yù)定深度處，以形成溝槽內(nèi)的柵電極；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，并熱擴(kuò)散第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)以形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；將第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；將第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底的主表面內(nèi)，以形成第二導(dǎo)電類型的體接觸區(qū)；淀積第一絕緣膜，其厚度為溝槽被完全填充以第一絕緣膜并且第一絕緣膜的表面達(dá)到半導(dǎo)體襯底的主表面，以完全平坦化覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的第一絕緣膜的表面；回蝕刻第一絕緣膜以除去覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的第一絕緣膜，并由此留下溝槽內(nèi)的第一絕緣膜；在半導(dǎo)體襯底的主表面以及柵電極上淀積中間絕緣膜；回蝕刻覆蓋在半導(dǎo)體襯底主表面上的中間絕緣膜，以完全暴露構(gòu)成半導(dǎo)體襯底主表面的體接觸區(qū)和源區(qū)；以及在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成源極金屬電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的制造垂直MOS晶體管的方法，其中第一絕緣膜包括氮化硅膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的制造垂直MOS晶體管的方法，其中第一絕緣膜包括氮化硅膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的制造垂直MOS晶體管的方法，其中第一絕緣膜的厚度在0.3到1.0μm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的制造垂直MOS晶體管的方法，其中第一絕緣膜包括氮化硅膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種垂直MOS晶體管，其通過晶體管小型化能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性、低成本和高成品率，并具有高驅(qū)動(dòng)能力，并提供了這種晶體管的制造方法。用多晶硅柵電極填充到溝槽的中部，淀積中間絕緣膜以便填充在溝槽的剩余部分，從而平坦化半導(dǎo)體襯底的主表面?；匚g刻中間絕緣膜以暴露半導(dǎo)體襯底的主表面，在該主表面上進(jìn)而淀積金屬材料。由此，可以不使用接觸孔形成工藝而形成垂直MOS晶體管。由于不需要用于對(duì)準(zhǔn)偏差等的版圖余量，因此可以節(jié)約面積。同樣，由于金屬材料被完全平坦化，因此可以得到高可靠性。
文檔編號(hào)H01L29/40GK1536630SQ200410043069
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者原田博文 申請(qǐng)人:精工電子有限公司