專利名稱：垂直型mos晶體管及其方法
垂直型MOS晶體管及其方法
才支術(shù)領(lǐng)域據(jù)此，所希望的是具有更少處理步驟和更低成本的垂直型 MOS晶體管。


圖1舉例說(shuō)明了現(xiàn)有技術(shù)的垂直型MOS晶體管放大橫截面 部分；及圖3舉例說(shuō)明了另一垂直型晶體管放大橫截面部分，所述垂 直晶體管為根據(jù)本發(fā)明的圖2的垂直型MOS晶體管的替選實(shí)施方式。圖1舉例說(shuō)明了現(xiàn)有技術(shù)的垂直型MOS晶體管10的放大橫 截面部分，垂直型MOS晶體管10包括熱生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層(FOX) 34。 現(xiàn)有技術(shù)的垂直型MOS晶體管10在N型半導(dǎo)體襯底上形成，N型 半導(dǎo)體襯底在一個(gè)表面上具有N型外延層12并且在第二表面上形成 漏極38，諸如金屬導(dǎo)體。P型區(qū)13形成在層12中以便于形成晶體管 IO的源極區(qū)和柵極結(jié)構(gòu)。源極區(qū)18設(shè)置為與溝槽柵極14相鄰。重?fù)?雜P型區(qū)21形成在區(qū)13中，并且設(shè)置在源極區(qū)18之間，以便于形 成與P型區(qū)13接觸的電阻。溝槽柵極結(jié)構(gòu)14在溝槽中具有側(cè)壁柵絕 緣體15和柵極導(dǎo)體材料23，該溝槽形成在層12中。薄絕緣體16可 在層12的表面的一部分上形成。場(chǎng)氧化層(FOX) 34—般由氧化層 12表面的一部分的熱氧化過程形成。這樣的過程一般稱為L(zhǎng)OCOS過 程。FOX34的一部分形成為覆蓋在P型區(qū)13上。為形成FOX34， 需要掩模和保護(hù)將不被氧化的層12的一部分，因此，為形成FOX34 需要單獨(dú)的掩模和保護(hù)步驟。另一柵極導(dǎo)體材料24施加于FOX 34 的一部分因此材料24覆蓋在絕緣體16的一部分上并且延續(xù)至覆蓋 FOX 34的一部分。層間電介質(zhì)材料一般施加于表面并形成圖案為構(gòu)
成電介質(zhì)區(qū)域28、 29、 30和31。源極導(dǎo)體材料19，諸如金屬導(dǎo)體， 一般施加用于形成與源極區(qū)18的電觸點(diǎn)并施加于體區(qū)21。另一柵極 導(dǎo)體材料25，諸如金屬導(dǎo)體， 一般施加形成至柵極導(dǎo)體材料24的電 觸點(diǎn)。柵極導(dǎo)體材料24通常地溝槽(未圖示)的末端處接觸柵極導(dǎo) 體材料23。通常柵極導(dǎo)體材料23和24為相同材料，并在同一時(shí)間形 成。另一導(dǎo)體材料36施加形成通過摻雜區(qū)37至層12的電觸點(diǎn)。材 料36和區(qū)域37—般形成環(huán)繞晶體管IO的外部的環(huán)。FOX34覆蓋區(qū) 13并延伸越過在區(qū)12和區(qū)13之間形成的結(jié)點(diǎn)。此外，柵極導(dǎo)體材料 24必須在FOX 34上并延伸越過結(jié)點(diǎn)邊緣。層間電介質(zhì)材料通常地施加于表面并形成圖案以形成電介 質(zhì)層區(qū)65、 66和67。電介質(zhì)層區(qū)65覆蓋柵極導(dǎo)體材料59以使材料 59絕緣。電介質(zhì)層區(qū)66在絕緣體57上形成并延伸至覆蓋接近柵極 48的材料60的邊緣。電介質(zhì)層區(qū)67覆蓋材料60的相反邊緣，延伸 橫過絕緣體57至覆蓋邊緣45，并且通常繼續(xù)延伸離開邊緣45橫過絕 緣體57。區(qū)67—般為大約兩千至四千埃(2000- 4000xl0_8cm)厚。 導(dǎo)體材料被應(yīng)用然后形成圖案以形成源極導(dǎo)體55，源極導(dǎo)體55產(chǎn)生
至源極區(qū)54和至體區(qū)52及53的電連接。區(qū)65將導(dǎo)體55從柵極材
料59絕緣。導(dǎo)體材料的另一部分形成圖案以形成另一柵極導(dǎo)體62， 柵極導(dǎo)體62產(chǎn)生至柵極材料60的電連接。為幫助減少電場(chǎng)，柵極導(dǎo) 體材料62形成在覆蓋層43的一部分的絕緣體67的一部分上和形成 在區(qū)46上，并且設(shè)置為延伸越過外邊緣45。導(dǎo)體材料的另一部分形 成圖案以形成產(chǎn)生至襯底41的電連接的導(dǎo)體71。導(dǎo)體71和摻雜區(qū) 70形成環(huán)繞晶體管40外邊緣的連續(xù)環(huán)，以在晶體管40的外邊緣處終 止電場(chǎng)。
[13將晶體管40形成為不帶有覆蓋區(qū)46和襯底41的界面—— 尤其是沿邊緣45的界面的熱生長(zhǎng)場(chǎng)氧化區(qū)，減少了形成晶體管40所 需的過程步驟的數(shù)量。熱氧化步驟需要大量的過程時(shí)間并且需要增加 成本的掩模步驟。將導(dǎo)體62構(gòu)造成覆蓋沿邊緣45的界面有助于減少 晶體管40的終止區(qū)電場(chǎng)，從而保持擊穿電壓為高。通常地，晶體管 40的擊穿電壓為至少和晶體管10的擊穿電壓相等。
[14圖3示意性地說(shuō)明了垂直型MOS晶體管80的一種實(shí)施方式 的放大橫截面部分，該晶體管80也不需要用熱生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層形成。 晶體管80為除使用柵極導(dǎo)體材料81代替圖2的柵極導(dǎo)體材料60外 的晶體管40的替選實(shí)施方式。柵極材料81構(gòu)造成在薄絕緣體57上， 但材料81延伸橫過絕緣體57以覆蓋邊緣45并為襯底41的相鄰部分。 在此實(shí)施方式中，絕緣體57的厚度一般為大約兩百至一千(200 -1000)埃并通常取決于晶體管80的所求的擊穿電壓。例如，對(duì)于三 十伏(30V )和四十伏(40V )擊穿電壓，各自的厚度為大約七百(700 ) 至一千(1000)埃。由于材料81的不同形狀，電介質(zhì)區(qū)82用于替代 區(qū)67。類似地，因?yàn)椴牧?1的不同形狀，另一柵極導(dǎo)體83用于替代 導(dǎo)體62。
[15按照上述所有觀點(diǎn)，明顯的是，披露了新穎的裝置和方法。 不需要構(gòu)造熱場(chǎng)氧化區(qū)來(lái)形成垂直型MOS晶體管減少了成本。將柵 極材料60構(gòu)造成覆蓋區(qū)46使擊穿電壓保持為高。此外，將絕緣體67 構(gòu)造成覆蓋區(qū)43外的襯底41并將柵極材料62構(gòu)造成覆蓋絕緣體67 有助于增加擊穿電壓。這樣消除了對(duì)構(gòu)造單獨(dú)的FOX的需求并減少所導(dǎo)致的半導(dǎo)體裝置的成本。進(jìn)一步地，將柵極材料62構(gòu)造成覆蓋 邊緣45有助于使擊穿電壓增加。
[16盡管用具體的優(yōu)選實(shí)施方式描述本發(fā)明的主題，但明顯的 是，對(duì)于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，許多替選方案和變化將是明顯 的。例如，柵極材料59、 60和81可包括金屬或硅化物。此外，絕緣 體67和82可以為單層，或者可以為包括諸如氧化物和氮化物的不同 材料的疊層。
權(quán)利要求
1.一種垂直型MOS晶體管，包括第一導(dǎo)電率類型的塊狀半導(dǎo)體襯底，所述襯底在第一表面上具有漏極導(dǎo)體，以及具有與所述第一表面相對(duì)的第二表面；位于所述塊狀半導(dǎo)體襯底的所述第二表面上的所述第一導(dǎo)電率類型的外延層；所述外延層上的第二導(dǎo)電率類型的第一摻雜區(qū)，所述第一摻雜區(qū)具有從靠近所述外延層的所述表面延伸至所述外延層中的第一外邊緣；所述外延層的一部分上的薄絕緣體，所述薄絕緣體的第一部分覆蓋所述第一摻雜區(qū)的一部分，并延伸越過所述第一摻雜區(qū)的所述第一外邊緣而覆蓋所述外延層的一部分，所述外延層的所述部分鄰近所述第一摻雜區(qū)的所述第一外邊緣；溝槽型柵極，所述溝槽型柵極在所述外延層上形成并延伸至所述第一摻雜區(qū)中，所述溝槽型柵極具有位于所述溝槽型柵極的溝槽中的第一柵極導(dǎo)體；源極，所述源極形成為所述外延層上及所述第一摻雜區(qū)中的所述第一導(dǎo)電率類型的第二摻雜區(qū)，所述源極定位為與所述溝槽型柵極鄰近；第二柵極導(dǎo)體，所述第二柵極導(dǎo)體位于所述薄絕緣體的第一部分上并覆蓋所述第一摻雜區(qū)的一部分，所述第一摻雜區(qū)的所述部分在所述溝槽型柵極和所述第一摻雜區(qū)的所述第一外邊緣之間，其中所述第二柵極導(dǎo)體并不延伸至覆蓋在所述外延層和所述第一摻雜區(qū)的所述第一外邊緣的界面處形成的PN結(jié)，以及其中所述第二柵極導(dǎo)體并不覆蓋厚場(chǎng)氧化區(qū)上；層間電介質(zhì)，其形成在所述薄絕緣體的所述第一部分上并覆蓋所述第二柵極導(dǎo)體的一部分，其中所述層間電介質(zhì)的厚度為所述薄絕緣體厚度的至少兩倍，所述層間電介質(zhì)延伸橫過所述薄絕緣體越過所述第一摻雜區(qū)的所述第一外邊緣；及金屬柵極導(dǎo)體，所述金屬柵極導(dǎo)體形成在所述層間電介質(zhì)的一部分上和所述第二柵極導(dǎo)體的一部分上形成。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直型MOS晶體管，其中所述第二柵 極導(dǎo)體設(shè)置為不覆蓋在所述外延層和所述第 一摻雜區(qū)的所述第 一外 邊緣的所述界面處形成的耗盡區(qū)。
3. 如權(quán)利要求1所述的垂直型MOS晶體管，其中所述垂直型 MOS晶體管沒有組元覆蓋場(chǎng)氧化區(qū)。
4. 一種用于形成垂直型MOS晶體管的方法，包括 提供第一導(dǎo)電率類型的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和第二表面；在所述半導(dǎo)體襯底的所述第一表面上形成第二導(dǎo)電率類型的第一摻雜區(qū)并延伸至所述半導(dǎo)體襯底中；在所述半導(dǎo)體襯底的所述第二表面上形成漏極導(dǎo)體；及 形成延伸至所述第一摻雜區(qū)中的垂直型MOS晶體管的源極區(qū)和柵極區(qū)，其中所述垂直型MOS晶體管無(wú)覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和所述第一摻雜區(qū)的外邊緣之間界面的場(chǎng)氧化區(qū)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述垂直型MOS晶體 管的源極區(qū)和柵極區(qū)包括形成無(wú)覆蓋所述界面上熱生長(zhǎng)場(chǎng)氧化區(qū)的 所述垂直型MOS晶體管。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述垂直型MOS晶體 管的源極區(qū)和柵極區(qū)包括在半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成薄絕緣體 并覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和所述第一摻雜區(qū)的所述外邊緣之間的界面，以及在所述薄絕緣體的第一部分上形成柵極導(dǎo)體并覆蓋所述第一摻 雜區(qū)的一部分。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括將所述柵極導(dǎo)體形成為不 延伸至覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和所述笫一摻雜區(qū)的所述外邊緣之間的 所述界面上。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所述薄絕緣體的所述第 一部分上形成層間電介質(zhì)以及復(fù)蓋所述柵極導(dǎo)體的一部分。
9. 一種垂直型MOS晶體管，包括第一導(dǎo)電率類型的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面并 具有位于與所述第一表面相對(duì)的第二表面上的漏極導(dǎo)體；所述第一表面上的第二導(dǎo)電率類型的第一摻雜區(qū)，所述第一摻雜 區(qū)具有從靠近所述第一表面延伸至所述半導(dǎo)體襯底中的第一外邊緣；所述半導(dǎo)體襯底的一部分上的薄絕緣體，所述薄絕緣體的第一部 分覆蓋所述第 一摻雜區(qū)的 一部分并延伸越過所述第 一摻雜區(qū)的所述 第一外邊緣而覆蓋與所述第一摻雜區(qū)的所述第一外邊緣相鄰的所述 半導(dǎo)體襯底的一部分；延伸至所述笫一摻雜區(qū)中的溝槽型柵極，所述溝槽型柵極具有位 于所述溝槽型柵極的溝槽中的笫一柵極導(dǎo)體；源極，所述源極形成為所述半導(dǎo)體襯底上和所述第一摻雜區(qū)中的 所述第一導(dǎo)電率類型的第二摻雜區(qū)，所述源極設(shè)置為鄰近所述溝槽型 柵極；第二柵極導(dǎo)體，其處在所述薄絕緣體的所述第一部分上并覆蓋位 于所述溝槽型柵極和所述第一摻雜區(qū)的所述第一外邊緣之間的所述 第一摻雜區(qū)一部分，其中所述第二柵極導(dǎo)體不覆蓋厚場(chǎng)氣化區(qū)；及層間電介質(zhì)，其在所述薄絕緣體的所述第一部分上形成并覆蓋在 所述第二柵極導(dǎo)體的一部分上，所述層間電介質(zhì)延伸越過第 一摻雜區(qū)的第一外邊緣，其中所述層間電介質(zhì)的厚度大于所述薄絕緣體的厚 度，以及其中所述電介質(zhì)不覆蓋場(chǎng)氧化區(qū)。
10.如權(quán)利要求9所述的垂直型MOS晶體管，其中所述層間電 介質(zhì)并非通過所述半導(dǎo)體襯底的熱氧化而形成。
全文摘要
在一實(shí)施方式中，垂直型MOS晶體管的形成不需要厚場(chǎng)氧化層，尤其是不需要所述晶體管的所述終止區(qū)中的厚場(chǎng)氧化層。
文檔編號(hào)H01L29/06GK101345259SQ20081012565
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者P·溫卡特拉曼 申請(qǐng)人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司