專利名稱：溝槽型mos晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，更尤其涉及溝槽型(trench-type)金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)晶體管和用于制造該溝槽型MOS晶體管的方法。
背景技術(shù)：
圖1A和圖IB是傳統(tǒng)溝槽型MOS晶體管的橫截面圖。 參照圖1A，傳統(tǒng)溝槽型MOS晶體管包括半導(dǎo)體襯底100、設(shè)置在半導(dǎo)體 襯底IOO上的漏區(qū)101、在漏區(qū)101上形成的漂移區(qū)102、在漂移區(qū)上形成的 溝道體103(channelbody)和在溝道體103上形成的源區(qū)104。漏區(qū)101中注入 高濃度的N型摻雜劑。漂移區(qū)102中注入有低濃度的N型摻雜劑。溝道體103 可注入有P型摻雜劑。源區(qū)104可注入有N型摻雜劑。該結(jié)構(gòu)可以蝕刻至預(yù)定深度以形成溝槽。例如，該結(jié)構(gòu)可蝕刻至一深度， 從而暴露出部分漂移區(qū)102，從而形成溝槽。隨后，在溝槽的內(nèi)壁上形成柵氧 化物膜106。其后，可將多晶硅層填入到溝槽中以形成柵極105。例如，N型摻雜劑可 注入到多晶硅層中以形成柵極105。在圖IA中示出的溝槽型MOS晶體管中，由于在溝槽中填充的多晶硅層， 在漏區(qū)101和柵極105之間的區(qū)域107中產(chǎn)生電容。電容可阻礙高速操作，以 及可產(chǎn)生例如密勒效應(yīng)(Miller effect)。如在圖IB中所示，在溝槽中形成柵氧化物膜106a以在溝槽的底部具有更 大的厚度。即，在圖IB中示出的溝槽型MOS晶體管包括柵氧化物膜106a， 該柵氧化物膜106a形成為以在柵極105和漏區(qū)101之間的區(qū)域108中具有一 厚度。在區(qū)域108 (如在圖IB中所示)中的柵氧化物膜106a的厚度大于區(qū)域107 (如圖1A中所示)中的柵氧化物膜106的厚度。 發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明針對溝槽型MOS晶體管和制造該溝槽型MOS晶體管的方法。在與本發(fā)明的實施方式中，提供能減少在柵極和漏區(qū)之間的電容的溝槽型 MOS晶體管。在與本發(fā)明的另一實施方式中，通過在由多晶硅形成的柵極中形成PN結(jié)， 提供能減少在柵極和漏區(qū)之間的總電容的溝槽型MOS晶體管。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，溝槽型MOS晶體管包括半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體 襯底上形成的漏區(qū)，該漏區(qū)注入有第一傳導(dǎo)型摻雜劑；在漏區(qū)上形成的漂移區(qū)， 該漂移區(qū)域由第一傳導(dǎo)型摻雜劑注入；在漂移區(qū)上形成的溝道體，該溝道體注 入有第二傳導(dǎo)型摻雜劑；在溝道體中形成的源區(qū)，該源區(qū)注入有第一傳導(dǎo)型摻 雜劑；通過蝕刻源區(qū)、溝道體和部分漂移區(qū)形成的溝槽；在溝槽的內(nèi)壁上形成 的柵絕緣膜；和在溝槽中及在柵絕緣膜上形成的多晶硅柵極，多晶硅電極具有 注入有第一傳導(dǎo)型摻雜劑的下部分和注入有第二傳導(dǎo)型摻雜劑的上部分，上部 分和下部分在其之間形成結(jié)。例如，漏區(qū)可包含注入到其中的高濃度N型摻雜劑，漂移區(qū)可包含注入 到其中的低濃度N型摻雜劑，溝道體可包含注入到其中的P型摻雜劑，以及 源區(qū)可包含在其中注入到其中的N型摻雜劑。例如，多晶硅柵極包括在注入P型摻雜劑的區(qū)域和注入N型摻雜劑的區(qū) 域之間的PN結(jié)。例如，多晶硅柵極包括包含N型摻雜劑的第一多晶硅部分和包含P型摻 雜劑的第二多晶硅部分。第二多晶硅部分可在第一多晶硅部分下面形成。例如，在多晶硅柵極的上部分和下部分之間的結(jié)可以與漂移區(qū)及溝道體之 間的結(jié)對齊或者低于該結(jié)。在與本發(fā)明的另一實施方式中，用于制造溝槽型MOS晶體管的方法包括 在半導(dǎo)體襯底形成注入有高濃度的第一傳導(dǎo)型摻雜劑的漏區(qū)，在漏區(qū)上形成注 入有低濃度的第一傳導(dǎo)型摻雜劑的漂移區(qū)；以及在漂移區(qū)上形成注入有第二傳 導(dǎo)型摻雜劑的溝道體；蝕刻溝道體和部分漂移區(qū)以形成溝槽；在溝槽的內(nèi)壁上
形成柵絕緣膜；在溝槽中形成多晶硅柵極，該多晶硅柵極具有注入有第一傳導(dǎo) 型摻雜劑的下部分和注入有第二傳導(dǎo)型摻雜劑的上部分，該下部分和上部分在 其之間形成結(jié)；以及在位于多晶硅柵極的兩側(cè)的溝道體中形成源區(qū)。例如，第一傳導(dǎo)型慘雜劑可包括N型摻雜劑而第二傳導(dǎo)型摻雜劑可包括P型摻雜劑。例如，多晶硅柵極的結(jié)可包括PN結(jié)。例如，形成多晶硅柵極的歩驟可包括在溝槽的下部分中形成注入有p型摻雜劑的下多晶硅層；以及在溝槽的上部分中形成注入有N型摻雜劑的上多晶 硅層。因此，在多晶硅層的下部分和上部分之間的結(jié)可在與漂移區(qū)和溝道主體 之間的結(jié)對齊的位置處或低于該結(jié)的位置處形成。例如，形成多晶硅柵極的步驟可包括在溝槽中形成摻雜有P型摻雜劑的多 晶硅層；蝕刻多晶硅層至預(yù)定深度以形成下多晶硅層；以及在溝槽中和在下多 晶硅層上形成摻雜有N型摻雜劑的上多晶硅層。這里，在溝道的下部分和上 部分之間的結(jié)可與漂移區(qū)和溝道主體之間的結(jié)對齊或者低于該結(jié)。例如，形成多晶硅柵極的步驟可包括在溝槽中填充多晶硅材料；注入P 型摻雜劑到所填充的多晶硅材料中以形成多晶硅層；以及注入N型摻雜劑到 多晶硅層中至預(yù)定深度，從而在多晶硅層中形成界面。這里，該界面可與漂移 區(qū)和溝道體之間的結(jié)對齊或低于該結(jié)。應(yīng)該理解，本發(fā)明上面的概述和下面的詳細(xì)說明都是示例性和解釋性的， 意欲對所要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步解釋。
在附圖中圖1A和圖1B是傳統(tǒng)的溝槽型MOS晶體管的橫截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的溝槽型MOS晶體管的橫截面圖；以及 圖3A至圖3D是根據(jù)本發(fā)明的實施方式用于制造溝槽型MOS晶體管的方 法的橫截面圖。
具體實施方式
在下文中，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的溝槽型MOS晶體管
和用于制造溝槽型MOS晶體管的方法。參照圖2，溝槽型MOS晶體管包括半導(dǎo)體襯底200、在半導(dǎo)體襯底200 上形成的漏區(qū)201、在漏區(qū)201上形成的漂移區(qū)202、在漂移區(qū)202上形成的 溝道體203和在溝道體203中形成的源區(qū)204?？梢晕g刻源區(qū)204、溝道體203 和漂移區(qū)202以形成溝槽，從而暴露出部分漂移區(qū)202。溝槽型MOS晶體管 進(jìn)一步包括在溝槽的內(nèi)壁上形成的柵絕緣膜206和柵極。柵極包括在溝道的下 部分中和在柵絕緣膜206上形成的柵極下區(qū)域205a，和在溝道中并且在柵極 下區(qū)域205a上形成的柵極上區(qū)域205b。在一個實施方式，柵極下區(qū)域205a 和柵極上區(qū)域205b可包含多晶硅。柵極上區(qū)域205a和柵極下區(qū)域205b可以 摻雜有不同傳導(dǎo)型的摻雜劑。在以下文中，柵極上區(qū)域205a和柵極下區(qū)域205b 還稱為多晶硅部分205a和205b。在以下文中，N型稱為第一傳導(dǎo)型，而P型稱為第二傳導(dǎo)型。漏區(qū)201在半導(dǎo)體襯底200上形成，以及第一傳導(dǎo)型摻雜劑可注入到漏區(qū) 201中。例如，高濃度的第一傳導(dǎo)型摻雜劑可離子注入到漏區(qū)201中。漂移區(qū)202在漏區(qū)201上形成，而第一傳導(dǎo)型摻雜劑可注入到漂移區(qū)202 中。例如，低濃度的第一傳導(dǎo)型摻雜劑可離子注入到漂移區(qū)202中。溝道體203在漂移區(qū)202上形成，第二傳導(dǎo)型摻雜劑可注入到溝道體203中。源區(qū)204在溝道體203中形成，而第一傳導(dǎo)型摻雜劑可注入到源區(qū)204中。在源區(qū)204形成之后，可從源區(qū)204直到部分漂移區(qū)202執(zhí)行蝕刻工藝， 從而形成溝槽。隨后，在溝槽的內(nèi)壁上形成柵絕緣膜206。例如，柵絕緣膜206 可通過熱氧化工藝形成。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可在溝槽中形成具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的柵極，其中在 該溝槽中形成有柵絕緣膜206。柵極可包括由第一傳導(dǎo)型摻雜劑摻雜的第一多晶硅部分205b和由第二摻 雜型摻雜劑摻雜的第二多晶硅部分205a。從而，柵極可形成PN結(jié)。這里，在柵極和漏區(qū)201之間的區(qū)域207中產(chǎn)生的總電容可以是由在第一 多晶硅部分205b和第二多晶硅部分205a之間的PN結(jié)形成的第一電容與在溝 道的下部分處由柵絕緣膜206形成的第二電容的串聯(lián)連接。
因此，由于柵極包括PN結(jié)，在柵極和漏區(qū)201之間的總電容減小。結(jié)果， 可能實現(xiàn)高速操作。特別地，為了減小在柵極和漏區(qū)201之間的總電容，在多晶硅部分205a 和205b之間的PN結(jié)應(yīng)該在與漂移區(qū)202及溝道體203之間的PN結(jié)對齊或者 比漂移區(qū)202及溝道體203之間的PN結(jié)更低的位置形成。艮口，柵極形成為使在漂移區(qū)202和溝道體203之間的界面高于在第一多晶 硅部分205b和第二多晶硅部分205a之間的界面。其次，將參照圖3A至圖3D描述用于制造根據(jù)本發(fā)明的實施方式的溝槽 型MOS晶體管的方法。首先，如圖3A所示，漏區(qū)201可在半導(dǎo)體襯底IOO上形成。在一個實施 方式中，漏區(qū)201可注入有高濃度的第一傳導(dǎo)型摻雜劑。漂移區(qū)202可在漏區(qū)201上形成。在一個實施方式中，漂移區(qū)202可注入 有高濃度的第一傳導(dǎo)型摻雜劑。溝道體203在漂移區(qū)202上形成。在一個實施方式中，溝道體203可注入 有第二傳導(dǎo)型摻雜劑。使用離子注入工藝和硅外延工藝可相繼形成漏區(qū)201、漂移區(qū)202和溝道 體203。然后，蝕刻所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)穿過溝道體203至預(yù)定深度以形成溝槽208。在 一個實施方式中，蝕刻產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)中從溝道體203的頂表面到漂移區(qū)202的中 間部分，從而形成預(yù)定深度的溝槽208。柵絕緣膜206可使用熱氧化工藝在溝槽208的內(nèi)壁上形成。如圖3B所示，在溝道體203的頂表面上及溝道208中沉積注入有第二傳 導(dǎo)型摻雜劑的多晶硅層205aa。同時，多晶硅層205aa完全地填充溝槽208。其次，如圖3C所示，蝕刻所沉積的多晶硅層205aa的一部分。同時，具 有預(yù)定高度的多晶硅部分205a保留在溝槽208的下部分中。即，沉積在溝槽 208的下部分中的部分多晶硅層205aa保留在溝槽208中并具有預(yù)定厚度。保 留的多晶硅成為第二傳導(dǎo)型多晶硅部分205a。然而，多晶硅部分205a的上表面應(yīng)該與溝道體203和漂移區(qū)202之間的 PN結(jié)對齊或者低于該P(yáng)N結(jié)。g卩，當(dāng)部分蝕刻所沉積的多晶硅層205aa時， 多晶硅向下蝕刻至漂移區(qū)202中比溝道體203更深的一位置處。然后，如圖3D所示，使用沉積方法，沉積摻雜有第一傳導(dǎo)型摻雜劑的多晶硅部分205b以填充溝槽208。其次，在多晶硅部分205a和205b的兩側(cè)處第一傳導(dǎo)型摻雜劑注入到溝道 體203以形成源區(qū)204。從而，制造了具有在圖2中示出的PN結(jié)的溝槽型MOS晶體管。現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的一種用于形成在溝槽208中具 有PN結(jié)的多晶硅柵極的方法。在以上所述的方法，利用沉積方法注入有不同摻雜劑的多晶硅部分205a 和205b填充到溝槽208中。然而，在該實施方式中，未慘雜的多晶硅材料可填充溝槽208中，然后第 二傳導(dǎo)型摻雜劑可注入到多晶硅材料中以形成多晶硅層。其次，第一傳導(dǎo)型摻雜劑可離子注入到埋入的多晶硅層直達(dá)預(yù)定深度。在一個實施方式中，第一傳導(dǎo)型摻雜劑可注入到所填充的多晶硅層中至一 深度，該深度對應(yīng)比漂移區(qū)202中溝道體203的深度更深的位置。從而，可適 當(dāng)?shù)乜刂频诙鲗?dǎo)型摻雜劑的離子注入深度，從而在注入有第二傳導(dǎo)型摻雜劑 的區(qū)域和注入有第一傳導(dǎo)型摻雜劑的區(qū)域之間的界面與溝道體203和漂移區(qū) 202之間的PN結(jié)對齊或者低于該P(yáng)N結(jié)。根據(jù)本發(fā)明，由于溝槽型MOS晶體管的多晶硅柵極包括PN結(jié)，可減小 在柵極和漏區(qū)之間的總電容。因此，根據(jù)本發(fā)明的溝槽型MOS晶體管可實現(xiàn)高速操作。很顯然，在不脫離本發(fā)明的精神或者范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和改進(jìn)。因此，本發(fā)明旨在覆蓋所有落入所附權(quán) 利要求及其等效物范圍內(nèi)的對本發(fā)明進(jìn)行的修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1、 一種溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管包含 半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成的漏區(qū)，所述漏區(qū)包括第一傳導(dǎo)型摻雜劑； 在所述漏區(qū)上形成的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)包括所述第一傳導(dǎo)型摻雜劑； 在所述漂移區(qū)上形成的溝道體，所述溝道體包括第二傳導(dǎo)型摻雜劑； 在所述溝道體上形成的源區(qū)，所述源區(qū)包括所述第一傳導(dǎo)型摻雜劑； 通過蝕刻所述源區(qū)、所述溝道體和部分所述漂移區(qū)形成的溝槽； 在所述溝槽內(nèi)壁上形成的柵絕緣膜；在所述柵絕緣膜上形成的多晶硅柵極，所述多晶硅柵極具有包括第一傳導(dǎo) 型摻雜劑的下部分和包括第二傳導(dǎo)型摻雜劑的上部分，所述上部分和下部分在 該上下部分之間形成結(jié)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，所述漏區(qū)包括注入到該漏區(qū)中的高濃度N型摻雜劑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，所述漂移區(qū)包括注入到該漂移區(qū)中的低濃度N型摻雜劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，所述溝道體包含注入到該溝道體中的P型摻雜劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，所述源區(qū)包含注入到該源區(qū)中的N型摻雜劑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，在所述多晶硅柵極的上部分和下部分之間的所述結(jié)包含PN結(jié)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，所述多晶硅柵極的上部分包括N型摻雜劑，而所述多晶硅柵極的下部分 包括P型摻雜劑。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管，其特征在 于，在所述上部分和所述下部分之間的所述結(jié)與在所述漂移區(qū)和所述溝道體之 間的結(jié)對齊。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管，其特征在于，在所述上部分和所述下部分之間的所述結(jié)低于在所述漂移區(qū)和所述溝道體 之間的結(jié)。
10、 一種制造溝槽型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管的方法，包含 在半導(dǎo)體襯底上形成注入有高濃度的第一傳導(dǎo)型摻雜劑的漏區(qū)，在所述漏區(qū)上形成注入有低濃度的所述第一傳導(dǎo)型摻雜劑的漂移區(qū)，以及在所述漂移區(qū) 上形成注入有第二傳導(dǎo)型摻雜劑的溝道體；蝕刻所述溝道體和部分所述漂移區(qū)以形成溝槽；在所述溝槽的內(nèi)壁上形成柵絕緣膜；在所述柵絕緣膜上形成多晶硅柵極，所述多晶硅柵極具有注入有所述第一 傳導(dǎo)型摻雜劑的下部分和注入有所述第二傳導(dǎo)型摻雜劑的上部分，所述下部分 和上部分在該上下部分之間形成結(jié)；以及在位于所述多晶硅柵極的兩側(cè)處的所述溝道體中形成源區(qū)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一傳導(dǎo)型摻雜劑 包含N型摻雜劑，而所述第二傳導(dǎo)型摻雜劑包含P型摻雜劑。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述多晶硅柵極中形 成的所述結(jié)包括PN結(jié)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述形成多晶硅柵極的 步驟進(jìn)一步包含在所述溝槽的所述下部分中形成注入有P型摻雜劑的下多晶硅層；以及 在所述溝槽的所述上部分中形成注入有N型摻雜劑的上多晶硅層。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述溝槽的下部分和 上部分之間的所述結(jié)在與所述漂移區(qū)和所述溝道體之間的結(jié)對齊的位置處形 成，或者在低于所述漂移區(qū)和所述溝道體之間的結(jié)的位置處形成。
15、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述形成多晶硅柵極的 步驟進(jìn)一步包含在所述溝槽中形成摻雜有P型摻雜劑的多晶硅層； 蝕刻所述多晶硅層至預(yù)定深度以形成下多晶硅層；以及 在所述下多晶硅層上形成慘雜有N型摻雜劑的上多晶硅層。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述下多晶硅層的上表 面與所述漂移區(qū)和所述溝道體之間的結(jié)對齊，或者低于所述漂移區(qū)和所述溝道體之間的結(jié)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述形成多晶硅柵極的 步驟進(jìn)一步包含在所述溝槽中填充多晶硅材料；注入P型摻雜劑到所填充的多晶硅材料中以形成多晶硅層；以及 注入N型摻雜劑到所述多晶硅層至預(yù)定深度，從而在所述多晶硅層中形 成界面。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述界面與所述漂移區(qū) 和所述溝道體之間的結(jié)的位置對齊或者低于所述漂移區(qū)和所述溝道體之間的 結(jié)的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝槽型MOS晶體管和用于制造溝槽型MOS晶體管的方法。在一個方案中，可以減小在溝槽型MOS晶體管的柵極和漏區(qū)之間的總電容。特別地，在柵極中形成PN結(jié)以減小柵極和漏區(qū)之間的總電容。
文檔編號H01L29/78GK101145576SQ20071014563
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者沈揆光, 金鐘玟 申請人:東部高科股份有限公司