專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有縱向MOS晶體管的半導(dǎo)體器件及其制造方法，該縱向MOS晶體管具有溝槽(trench)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，在電壓調(diào)節(jié)器、電壓檢測器所代表的電源IC中，伴隨裝載的移動設(shè)備的小型化和多樣化，具有芯片尺寸縮小和輸出電流增加的傾向。由于在構(gòu)成該電源IC的元件中用于流過電流的驅(qū)動元件占據(jù)芯片面積的大部分，因此，至今為止，都是通過采用具有溝槽結(jié)構(gòu)的MOS晶體管，來謀求面積的縮小和有效的溝道寬度的增大帶來的高驅(qū)動能力化。到目前為止，例如專利文獻(xiàn)1或者專利文獻(xiàn)2中介紹了具有溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。根據(jù)圖3說明以往的具有溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管的制造方法。圖3是基于制造方法的步驟順序示意性截面圖流程。首先，如圖3(A)所示，在第2導(dǎo)電型嵌入層21上形成有第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層 22 (稱作主體)，在其表面上層疊熱氧化膜23和堆積氧化膜M、抗蝕膜25，并被部分地蝕刻。接著，如圖3(B)所示，去除抗蝕膜25之后，使用硬掩模通過蝕刻形成溝槽26，該硬掩模是由上述構(gòu)圖后的熱氧化膜23和堆積氧化膜M層疊而成的。接下來，如圖3(C)所示，去除用作硬掩模的熱氧化膜23和堆積氧化膜M之后，為了改善溝槽沈的形狀，通過熱氧化形成犧牲氧化膜27。然后，如圖3 (D)所示，去除犧牲氧化膜27之后，通過熱氧化形成柵絕緣膜觀，進(jìn)而堆積包含雜質(zhì)的摻雜多晶硅膜四。接著，如圖3 (E)所示，使用抗蝕膜31進(jìn)行構(gòu)圖，通過對摻雜多晶硅膜四進(jìn)行過蝕刻而得到柵電極30。然后，如圖3 (F)所示，對抗蝕膜32進(jìn)行構(gòu)圖并添加用于形成源極區(qū)域的第2導(dǎo)電型的雜質(zhì)，接下來，如圖3(G)所示，重新對抗蝕膜33進(jìn)行構(gòu)圖并添加用于形成襯底電位區(qū)域的第1導(dǎo)電型的雜質(zhì)。然后，如圖3(H)所示，通過熱處理形成第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層34和第1導(dǎo)電型襯底電位高濃度擴(kuò)散層35。接下來，在堆積層間絕緣膜36之后，形成接觸孔37，嵌入鎢等的栓塞，形成源襯底電位布線39和柵電位布線38，其中，該接觸孔37用于取得柵電極30、 第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層34和第1導(dǎo)電型襯底電位高濃度擴(kuò)散層35的電連接。從而，完成具有形成在第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層22上的溝槽沈，且具有縱向動作的溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管的元件結(jié)構(gòu)。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平10-32331號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-34794號公報(bào)
但是，在上述以往的半導(dǎo)體器件的制造方法中存在以下問題，S卩，在從具有溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管的溝槽引出的柵電極上設(shè)置接觸孔時(shí)，由于不在柵電極正下方的襯底上形成高濃度擴(kuò)散層，因此，在元件的一部分中無法得到電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種著眼于以上問題的半導(dǎo)體器件的制造方法。與從具有溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管的溝槽引出的柵電極相鄰地形成厚氧化膜，通過去除該厚氧化膜而形成具有比周圍平面低的面和傾斜面的階梯部。從而能夠在用于形成源高濃度擴(kuò)散層的離子注入中，在柵電極正下方形成高濃度擴(kuò)散層，能夠解決在元件的一部分中無法得到電流的問題，進(jìn)一步提高驅(qū)動能力。為了解決上述問題，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法采取下述的結(jié)構(gòu)。(1) 一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在縱向MOS晶體管中，通過與從溝槽引出的柵電極相鄰地形成厚氧化膜并去除，從而形成具有比周圍平面低的面和傾斜面的階梯部，在柵電極正下方形成第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層，其中，該縱向MOS晶體管在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底中具有第2導(dǎo)電型嵌入層，在第1導(dǎo)電型外延生長層的一部分上形成第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層而作為半導(dǎo)體襯底。該縱向MOS晶體管具有溝槽結(jié)構(gòu)，該溝槽結(jié)構(gòu)是隔著柵絕緣膜將柵電極嵌入以從半導(dǎo)體襯底表面到達(dá)第2導(dǎo)電型嵌入層的深度形成的溝槽而成的。該縱向MOS晶體管具有第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層和第1導(dǎo)電型襯底電位擴(kuò)散層，它們形成在第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層的溝槽結(jié)構(gòu)以外其余的島部的上部。該縱向MOS晶體管在表面露出部具有接觸孔和布線，它們用于經(jīng)由柵絕緣膜從溝槽結(jié)構(gòu)引出柵電極而取得電連接。該縱向MOS晶體管具有布線，其同時(shí)接觸形成在島部的上部的第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層和第1導(dǎo)電型襯底電位擴(kuò)散層。由此，將溝槽結(jié)構(gòu)側(cè)面作為溝道進(jìn)行動作。(2) 一種所述半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述厚氧化膜是通過STI (淺溝槽隔離)形成的嵌入氧化膜。(3) 一種所述半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，形成在柵電極正下方的第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層的形成方法是自旋注入法或者階梯注入法。(4)在所述半導(dǎo)體器件中，其特征在于，第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層中的溝槽結(jié)構(gòu)的形狀為格子狀或者條紋狀。如上所述，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，與從具有溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管的溝槽引出的柵電極相鄰地形成厚氧化膜，通過去除該厚氧化膜而形成具有比周圍平面低的面和傾斜面的階梯部。從而能夠在用于形成源高濃度擴(kuò)散層的離子注入中，在柵電極正下方形成高濃度擴(kuò)散層，能夠解決在元件的一部分中無法得到電流的問題，提高驅(qū)動能力。同時(shí)，能夠解決想要在柵電極正下方形成源高濃度擴(kuò)散層時(shí)產(chǎn)生的、由于縮小柵電極的一部分的寬度而引起的AC動作時(shí)柵電極阻抗增加的問題。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例的示意性截面圖的步驟流程。圖2是示出本發(fā)明的特征的實(shí)施例的特征性俯視圖。圖3是示出以往的制造方法的示意性截面圖流程。
圖4是示出本發(fā)明的特征的步驟截面圖流程的補(bǔ)充圖。標(biāo)號說明1、21 第2導(dǎo)電型嵌入層；2、22 第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層；3 厚氧化膜；4、8、19、23 熱氧化膜；5、20 堆積氧化膜；6、12、13、14 抗蝕膜；25、31、32、33 抗蝕膜；7、26 溝槽；9、 28 柵絕緣膜；10J9 摻雜多晶硅膜；11、30 柵電極；15、34 第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層； 16,35 第1導(dǎo)電型襯底電位高濃度擴(kuò)散層；17、36 層間絕緣膜；18、37 接觸孔；19、39 源襯底電位布線；20、38 柵電位布線；51 第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底；52 第1導(dǎo)電型外延生長層。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)

用于實(shí)施本發(fā)明的方式。圖1是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的實(shí)施例的示意性截面圖的流程。另外，在示意性截面圖的流程中，使用圖2(B) 所示的通過本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法得到的元件俯視圖的B-B'截面圖。圖I(A)示出用于溝槽蝕刻的硬掩模的形成結(jié)束后的狀態(tài)的襯底。襯底通過如下方式形成，即，作為第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底51，在例如作為P型半導(dǎo)體襯底添加有硼的電阻率為20 Ω cm 30 Ω cm的雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體襯底上，部分地形成擴(kuò)散例如具有 1 X 1016atoms/cm3 1 X 1018atoms/cm3左右的濃度的例如砷、磷、銻等雜質(zhì)而得到的N型嵌入層，作為第2導(dǎo)電型嵌入層1，使第1導(dǎo)電型外延生長層52生長成例如幾μ m 幾十μ m 的厚度，進(jìn)而在具有溝槽結(jié)構(gòu)的區(qū)域，通過例如1 X K^atoms/cm2 1 X 1013atomS/Cm2的劑量，離子注入例如硼或者二氟化硼等的雜質(zhì)，從而形成第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層2 (稱作主體)。 例如，如果上述第2導(dǎo)電型嵌入層1是P型嵌入層，則以使硼等雜質(zhì)成為上述濃度的方式進(jìn)行雜質(zhì)添加。半導(dǎo)體襯底51、嵌入層1以及外延生長層52的導(dǎo)電型與本發(fā)明的本質(zhì)沒有關(guān)系。另外，在以下的圖中省略了半導(dǎo)體襯底51和第1導(dǎo)電型的外延生長層52。進(jìn)而，在具有溝槽結(jié)構(gòu)的區(qū)域的第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層2的表面的一部分上，具有例如具有幾百nm膜厚的元件分離用的STI (淺溝槽隔離=Shallow Trench Isolation)這樣的嵌入氧化膜，作為本發(fā)明的一個(gè)特征的厚氧化膜3。進(jìn)而，為了形成溝槽蝕刻用的硬掩模， 使用抗蝕膜6的圖案，通過蝕刻去除層疊而成的膜厚例如為幾十nm 幾百nm的熱氧化膜 4和膜厚例如為幾百nm 1 μ m的堆積氧化膜5，從而在第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層2的表面設(shè)置開口部。此時(shí)的硬掩模如果能夠通過之后的溝槽蝕刻而得到足夠的耐性，則也可以是熱氧化膜或者堆積氧化膜之一的單層結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，這里的硬掩模能夠使用抗蝕膜或者氮化膜，不存在問題。接著，如圖I(B)所示，在去除抗蝕膜6之后，使用由上述構(gòu)圖后的熱氧化膜4和堆積氧化膜5層疊而成的硬掩模通過蝕刻形成溝槽7。關(guān)于溝槽7的深度，優(yōu)選到達(dá)第2導(dǎo)電型嵌入層1。進(jìn)而，關(guān)于溝槽7的平面形狀，如圖2(B)和圖2(C)所示，可以形成為格子狀， 也可以形成為條紋狀。因此，沒有形成溝槽的區(qū)域是在俯視圖中孤立成島狀的島狀區(qū)域，由溝槽包圍周圍。接下來，如圖I(C)所示，在去除用作硬掩模的熱氧化膜4和堆積氧化膜5之后，為了改善溝槽7的形狀，通過例如膜厚為幾nm 幾十nm的熱氧化而形成犧牲氧化膜8。之后，如圖I(D)所示，與去除犧牲氧化膜8相同地去除厚氧化膜3。此時(shí)，作為本發(fā)明的特征之一的去除厚氧化膜3后的區(qū)域，成為比周圍平面低且形成有傾斜面的階梯部。接下來，形成柵絕緣膜9、例如膜厚為幾百A 幾千A的熱氧化膜。進(jìn)而，優(yōu)選將摻雜多晶硅膜10堆積成膜厚為IOOnm 500nm，在溝槽中填充多晶硅膜10。這里的摻雜多晶硅膜10的導(dǎo)電型例如可以是第1導(dǎo)電型，也可以是第2導(dǎo)電型。接著，如圖I(E)所示，使用抗蝕膜12進(jìn)行構(gòu)圖，對摻雜多晶硅膜10進(jìn)行過蝕刻而得到柵電極11。此時(shí)，以不在作為本發(fā)明的特征之一的去除厚氧化膜3后的區(qū)域覆蓋柵電極11的方式進(jìn)行構(gòu)圖，形成為柵電極11的端部位于厚氧化膜3的端部。進(jìn)而，在此使用元件俯視圖的圖2進(jìn)行說明。圖2(A)、(B)、(C)都是以具有溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管為基本單元，以至少幾個(gè)百 幾千個(gè)的量級集成在芯片內(nèi)。在圖2(A)、(B)、(C)中，符號C表示的是用于與柵電極11取得電連接的接觸孔。圖2(A)示出一種形成第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層15的制造方法，該第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層15是通過在圖中A部分縮小寬度來對柵電極11進(jìn)行構(gòu)圖，之后如圖2(A)中的D所示地形成的。此時(shí)，雖然在元件的一部分中無法得到電流的問題基本得到解決，但是擔(dān)心柵電極的阻抗增加導(dǎo)致的AC動作時(shí)的特性惡化。在為了降低阻抗而擴(kuò)大柵電極11的A部分的寬度時(shí)，由于不在柵電極11的A部分正下方形成第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層15，因此，在元件的一部分中無法得到電流。與此相對，在圖2(B)、(C)的俯視圖所示的本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，通過與柵電極11相鄰地形成階梯部，從而能夠在柵電極11正下方形成第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層15，能夠解決在元件的一部分中無法得到電流的問題而提高驅(qū)動能力，并且不會縮小柵電極11的一部分的寬度，該階梯部具有通過去除上述厚氧化膜3而形成的比周圍平面低的面和傾斜面。然后，如圖I(F)所示，對抗蝕膜13進(jìn)行構(gòu)圖并添加用于形成源極區(qū)域的第2導(dǎo)電型的雜質(zhì)。通過離子注入法進(jìn)行雜質(zhì)添加。此時(shí)，如圖4(A)所示，使半導(dǎo)體襯底相對于注入的離子傾斜，并通過自旋注入或者階梯注入來進(jìn)行，從而從階梯部離子注入到柵電極11的下表面，該階梯部具有作為本發(fā)明的特征的通過去除厚氧化膜3而形成的比周圍平面低的面和傾斜面。進(jìn)而，如圖I(G)所示，在去除抗蝕膜13之后重新對抗蝕膜14進(jìn)行構(gòu)圖，添加用于形成襯底電位區(qū)域的第1導(dǎo)電型的雜質(zhì)。使用離子注入法進(jìn)行雜質(zhì)添加。在圖I(F)和圖I(G)的離子注入中，如果導(dǎo)電型為N型，則優(yōu)選采用1 X 1015atomS/Cm2 1 X 1016atomS/Cm2的劑量，離子注入例如砷或者磷。另一方面，如果導(dǎo)電型為P型，則優(yōu)選采用lX1015atomS/cm2 lX10lfiatOmS/Cm2的劑量，離子注入硼或者二氟化硼。進(jìn)而，能夠在與不具有溝槽7的同一芯片內(nèi)的MOS晶體管相同的條件下，同時(shí)向這里的源極區(qū)域和襯底電位區(qū)域添加雜質(zhì)。然后，如圖I(H)所示，通過在800°C 1000°C下進(jìn)行幾小時(shí)的熱處理，從而在柵電極11正下方形成第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層15。同時(shí)，與上述熱處理相同地形成第1導(dǎo)電型襯底電位高濃度擴(kuò)散層16。由此，完成具有形成在第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層2上的溝槽7，且具有縱向動作的溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管的元件結(jié)構(gòu)。接下來，按照例如膜厚為幾百nm 1 μ m的方式層疊層間絕緣膜17之后，形成接觸孔18，嵌入鎢等的栓塞，形成源襯底電位布線19和柵電位布線20，該接觸孔18用于取得柵電極11、第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層15和第1導(dǎo)電型襯底電位高濃度擴(kuò)散層16的電連接。 綜上所述，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其特征在于，通過去除厚氧化膜而形成具有比周圍平面低的面和傾斜面的階梯部，能夠通過離子注入法在柵電極正下方形成源高濃度擴(kuò)散層，因此，能夠解決在元件的一部分中無法得到電流的問題，提高驅(qū)動能力，其中，該厚氧化膜與從溝槽弓I出的柵電極相鄰地形成。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有 第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底；第1導(dǎo)電型外延生長層，其夾著第2導(dǎo)電型嵌入層設(shè)置在所述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底上；第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層，其形成在所述第2導(dǎo)電型嵌入層上方的所述第1導(dǎo)電型外延生長層的一部分上；格子狀或者條紋狀的相互連接的溝槽，其形成為從所述第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層到達(dá)所述第2導(dǎo)電型嵌入層的深度；柵絕緣膜，其形成在所述溝槽的表面； 多晶硅膜的柵電極，其隔著所述柵絕緣膜填充所述溝槽；第一第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層和第1導(dǎo)電型襯底電位擴(kuò)散層，它們形成在第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層的不是所述溝槽的島狀區(qū)域的表面的上部；接觸孔，其沿著所述柵電極的一邊配置在所述柵電極上；以及第二第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層，其設(shè)置在階梯部上，該階梯部沿著所述柵電極的所述一邊設(shè)置在所述第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層的與所述柵電極的所述一邊相接的表面，具有比周圍平面低的面和傾斜面。
2.一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有襯底，其在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底中具有第2導(dǎo)電型嵌入層，在第1導(dǎo)電型外延生長層的一部分上形成有第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層；溝槽結(jié)構(gòu)，其是隔著柵絕緣膜將柵電極嵌入溝槽而形成的，該溝槽形成為從所述襯底的表面到達(dá)第2導(dǎo)電型嵌入層的深度；第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層和第1導(dǎo)電型襯底電位擴(kuò)散層，它們形成在第1導(dǎo)電型阱擴(kuò)散層的溝槽結(jié)構(gòu)以外其余的島狀區(qū)域的上部；接觸孔，其配置在表面露出部上，被設(shè)置成經(jīng)由所述柵絕緣膜從所述溝槽結(jié)構(gòu)引出所述柵電極而取得電連接；布線，其同時(shí)接觸形成在所述島狀區(qū)域的上部的所述第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層和所述第1導(dǎo)電型襯底電位擴(kuò)散層；以及所述柵電極正下方的第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層，其形成在階梯部上，該階梯部與從所述溝槽弓I出的所述柵電極相鄰地配置，具有比周圍平面低的面和傾斜面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，通過蝕刻去除厚氧化膜而形成所述階梯部，該厚氧化膜是基于淺溝槽隔離的嵌入氧化膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，通過基于自旋注入法或者階梯注入法的離子注入，進(jìn)行形成在所述柵電極正下方的所述第二第2導(dǎo)電型源高濃度擴(kuò)散層的形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，能夠提高具有溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管的驅(qū)動能力。與從具有溝槽結(jié)構(gòu)的縱向MOS晶體管的溝槽引出的柵電極相鄰地形成厚氧化膜，通過去除該厚氧化膜而形成比周圍平面低的面和傾斜面。由此，能夠在用于形成源高濃度擴(kuò)散層的離子注入中在柵電極正下方形成高濃度擴(kuò)散層，能夠解決在元件的一部分中無法得到電流的問題，提高驅(qū)動能力。
文檔編號H01L29/06GK102386233SQ201110253488
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者橋谷雅幸 申請人:精工電子有限公司