[發(fā)明專利]垂直金屬－氧化物－半導(dǎo)體晶體管及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01111690.0
• 申請日: 2001-03-22
• 公開（公告）號: CN1314713A
• 公開（公告）日: 2001-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 原田博文;小山內(nèi)潤
• 申請（專利權(quán)）人: 精工電子有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳增勇,張志醒

本發(fā)明涉及垂直金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)晶體管及其制造方法。在這種晶體管內(nèi)部，通過減小反饋電容而使其高頻特性較先有技術(shù)有所改善。

圖2是表示傳統(tǒng)的垂直MOS晶體管示例的截面示意圖。

該垂直MOS晶體管包括：n+型半導(dǎo)體基片1；與n+型半導(dǎo)體基片1相連的漏電極1a；在n+型半導(dǎo)體基片1上面生成的n-型外延生長層2；在n-型外延生長層2上面生成的p-本體區(qū)3；進一步包括：穿越p-本體區(qū)3到達n-外延生長層2的內(nèi)部的溝槽4；沿著溝槽4的壁表面生成的柵極氧化膜5；將多晶硅材料注入溝槽4使其四周被氧化膜5所包圍而制成的柵極6；與柵極6相連的柵電極6a；在p-本體區(qū)3的表面和溝槽4的周邊生成的n+型源層7；與n+源層7相連的源電極7a；生成在p-型本體區(qū)3內(nèi)且與n+型源層7相隔離的p+型擴散區(qū)8；以及與p+型擴散區(qū)8相連的本體電極8a。

在此垂直MOS晶體管中，當給柵電極6a施加柵極電壓時，沿著位于p-本體區(qū)3內(nèi)的溝槽4生成一條溝道，使電子流可從n+源層7流向n-外延生長層2。

然而，圖2所示的傳統(tǒng)的垂直晶體管存在下列問題：

在圖2所示的垂直MOS晶體管中，柵極6和作為漏極的n+半導(dǎo)體基片1通過柵極氧化膜5相交疊的面積大，使得柵極6和n+半導(dǎo)體基片1之間的電容大。這樣，當把此垂直MOS晶體管用作如源極接地電路時，由于通過反饋電容把反相的輸出電壓施加到柵極的輸入電壓之上，故一直存在一個問題，就是其高頻電壓放大性能受到限制。為了減弱反饋電容的影響，通常使用的對應(yīng)措施是，將柵極接地電路級聯(lián)到源接地電路。然而，加入柵極接地電路后，又帶來元件數(shù)目增加，電路變得復(fù)雜的問題。

而且，圖2所示的垂直MOS晶體管還有如圖3A和圖3B所示的問題。

圖3A和圖3B是在圖2所示的垂直MOS晶體管中設(shè)置金屬接點圖案M時的結(jié)構(gòu)圖。圖3A是平面視圖，而圖3B是沿圖3A的A-A’線剖切所得的截面圖。

如圖3B所示，當通過金屬接點圖案M將n+源層7與P+擴散區(qū)8連接時，所生成的接點圖案M必須比與p+擴散區(qū)8大。而且，在生成接點圖案時必須考慮邊緣富裕量，包括圖案生成的位置偏差。這樣，如圖3A所示，一直存在的問題是，點陣圖案不可避免地過大，導(dǎo)致小型化難以實現(xiàn)。

為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明，垂直MOS晶體管包括：具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基片；在該半導(dǎo)體基片上生成的屬于第二導(dǎo)電類型的第一外延生長層；在第一外延生長層上生成的屬于第一導(dǎo)電類型的第二外延生長層；穿越第二外延生長層和第一外延生長層而到達半導(dǎo)體基片內(nèi)部的溝槽；沿著第二外延生長層表面和溝槽壁表面生成的柵極氧化膜；將材料注入溝槽之內(nèi)使其周圍被柵極氧化膜所環(huán)繞而生成的柵極，并且讓柵極的上部與第一外延生長層的上部對齊；在第二外延生長層的表面和溝槽的周邊生成的屬于第一導(dǎo)電類型的漏層；與柵極相連的柵電極；與漏層相連的漏電極以及與半導(dǎo)體基片相連的源電極。

這時，漏層和源層相對于柵極的位置關(guān)系剛好與先有技術(shù)的結(jié)構(gòu)相反。源層與漏層之間通過柵極氧化膜交疊的面積變小。這樣，在柵極和漏極之間形成的電容變得比先有技術(shù)小，反饋電容也小于先有技術(shù)。

垂直MOS晶體管的制造方法包括：在屬于第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基片上面生成屬于第二導(dǎo)電類型的第一外延生長層的第一外延生長層生成步驟；在第一外延生長層上面生成屬于第一導(dǎo)電類型的第二外延生長層的第二外延生長層生成步驟；在第二外延生長層上面預(yù)先規(guī)劃好用來制作溝槽的區(qū)域?qū)嵤└飨虍愋钥涛g形成穿透第二外延生長層和第一外延生長層而到達半導(dǎo)體基片的內(nèi)部的溝槽的溝槽形成步驟；沿著第二外延生長層表面和溝槽壁表面生成柵極氧化膜的柵極氧化膜生成步驟；在柵極氧化膜上面淀積多晶硅層的多晶硅層淀積步驟；對多晶硅層實施任意量刻蝕并使其上部與第一外延生長層的上部對齊而形成溝槽中的柵極的柵極形成步驟；在第二外延生長層的表面以及在溝槽周邊生成屬于第一導(dǎo)電類型的漏層的漏層生成步驟。

在附圖中：

圖1是本發(fā)明第一實施例的垂直MOS晶體管的截面圖；

圖2是傳統(tǒng)的垂直MOS晶體管的截面圖；

圖3A和圖3B是在圖2所示的垂直MOS晶體管上設(shè)置金屬接點圖案M時的結(jié)構(gòu)圖；

圖4A到圖4E是表示圖1所示垂直MOS晶體管的制造方法的工藝過程圖；

圖5是表示本發(fā)明第二實施例的垂直MOS晶體管的截面圖；

圖6A到圖6C是表示圖5所示垂直MOS晶體管的制造方法的工藝過程圖；

圖7是表示本發(fā)明第三實施例的垂直MOS晶體管的截面圖；