[發明專利]一種垂直圍柵MOSFET器件及其制造方法

無效

• 申請號: 200910021093.5
• 申請日: 2009-02-11
• 公開（公告）號: CN101483192A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 李尊朝;尤一龍;張瑞智;蔣耀林
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/36;H01L21/336
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 惠文軒

1.一種垂直圍柵MOSFET器件，包括：半導體襯底，垂直設置在半導體襯底上的圓柱形的溝道區，溝道區的圓柱形外設置有截面為槽形的環狀的介質層，所述槽形開口向上，所述介質層的槽內設置有環狀的柵導電層，所述介質層的槽外設置有環狀的漏導電層，所述介質層的槽外底部與所述半導體襯底接觸，所述溝道區上設置有源導電層，其圓柱形上部摻n+雜質作為源端n+區，與漏導電層底部接觸的半導體襯底區域摻n+雜質作為漏端n+區，其特征在于，所述溝道區的圓柱形中部設置有非對稱Halo摻雜結構p+區。

2.根據權利要求1所述的垂直圍柵MOSFET器件，其特征在于，所述非對稱Halo摻雜結構p+區和所述溝道區的圓柱形上部之間摻n-雜質，與所述介質層的槽外底部接觸的半導體襯底區域也摻n-雜質，形成LDD摻雜結構。

3.根據權利要求1所述的垂直圍柵MOSFET器件，其特征在于，所述半導體襯底材料選自Si、Ge或II-VI、III-V、IV-IV族的二元或三元化合物半導體。

4.根據權利要求1所述的垂直圍柵MOSFET器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在半導體襯底的表面生長第一氧化硅層作為隔離層，在第一氧化硅層淀積第一氮化硅層，在第一氮化硅層表面制作圓柱形的第一抗蝕劑層；然后，在第一抗蝕劑層的掩蔽下，由上而下依次刻蝕第一氮化硅層、第一氧化硅層、半導體襯底，形成圓柱形的半導體的溝道區，然后，去除第一抗蝕劑層；

(2)在半導體襯底表面和溝道區的側面生長第二氧化硅層，與第一氧化硅層相接；再在第二氧化硅層的表面淀積第一多晶硅層，第一多晶硅層高出并覆?蓋第一氮化硅層；平坦化第一多晶硅層，反向刻蝕第一多晶硅層到第一氮化硅層表面和溝道區側面的第二氧化硅層外露；再在第一多晶硅層和第一氮化硅層表面，依次淀積第三氧化硅層和淀積第二氮化硅層，在第二氮化硅層表面淀積第四氧化硅層，高出并覆蓋第二氮化硅層；然后，平坦化第四氧化硅層表面，露出第二氮化硅層的頂部區域；

(3)先刻蝕外露的第四氧化硅層，再刻蝕第二氮化硅層，直到第三氧化硅層頂部完全外露，然后刻蝕第三氧化硅層，直到溝道區頂部的第三氧化硅層刻蝕掉為至；

(4)在第三氧化硅層表面淀積第三氮化硅層，與第一氮化硅層相接，平坦化后，正對溝道區的頂部，制作圓柱形的第二抗蝕劑層，第二抗蝕劑層的圓柱形的直徑大于溝道區的圓柱形的直徑；借助第二抗蝕劑層的掩蔽，刻蝕掉第三氮化硅層的其他部分，形成第一氮化硅側墻，然后去除第二抗蝕劑層；

(5)以第一氮化硅層和第一氮化硅側墻為掩蔽，刻蝕掉側壁多余的第三氧化硅層、第一多晶硅層和第二氧化硅層，直到露出半導體襯底；然后，在半導體襯底上預留環形間隔，在環形間隔外圍制作環形的第三抗蝕劑層；在第三抗蝕劑層的掩護下，在半導體襯底的上述環形間隔處進行n-雜質注入，形成漏端LDD摻雜結構n-區；

(6)去除第三抗蝕劑層，在半導體襯底表面淀積第四氧化硅層，高出第一氮化硅層和第一氮化硅側墻；平坦化第四氧化硅層，再反向刻蝕第四氧化硅層直至第一氮化硅層和第一氮化硅側墻外露；再淀積第四氮化硅層，并在第四氮化硅層上，正對溝道區的頂部，制作圓柱形的第四抗蝕劑層，第四抗蝕劑層的圓柱形的直徑等于上述環形間隔的外圍直徑；然后，以第四抗蝕劑層為掩蔽，刻蝕第四氮化硅層，形成第二氮化硅側墻，并去除第四抗蝕劑層；?

(7)以第一氮化硅層、第一氮化硅側墻和第二氮化硅側墻為掩蔽，刻蝕第四氧化硅層，直到露出半導體襯底，在露出的半導體襯底上進行n+雜質注入，形成漏區；再在半導體襯底表面淀積第二多晶硅層，高出并覆蓋第一氮化硅層、第一氮化硅側墻、第二氮化硅側墻；平坦化第二多晶硅層后，并反向刻蝕，直到第一氮化硅層、第一氮化硅側墻和第二氮化硅側墻外露；然后，刻蝕掉第一氮化硅層、第一氮化硅側墻和第二氮化硅側墻；

(8)在第二多晶硅層上制作第五抗蝕劑層，在溝道區頂部依此注入p+雜質、n-雜質、n+雜質，分別形成源端非對稱Halo摻雜結構p+區、源端LDD摻雜結構n-區和源端n+區；然后，去除第五抗蝕劑層，并進行退火處理；

(9)完成退火處理后，在整個上表面，依次淀積第三多晶硅層和第五氮化硅層，然后在第五氮化硅層上，正對源端n+區和漏端n+區制作第六抗蝕劑層；在第六抗蝕劑層掩蔽下，依次刻蝕第五氮化硅層和第三多晶硅層，將保留下來的第三多晶硅層分為兩部分，分別作為源導電層和漏導電層；去除第六抗蝕劑層，再在源導電層和漏導電層表面淀積第五氧化硅層，第五氧化硅層高于并覆蓋第五氮化硅層；

(10)在第五氧化硅層上，正對第一多晶硅層的內側和外側用正性光刻膠制作第七抗蝕劑層，在第七抗蝕劑層的掩蔽下，依次刻蝕第五氧化硅層和第三氧化硅層，直到露出第一多晶硅層；去除第七抗蝕劑層，在第一多晶硅層表面淀積第四多晶硅層，高出第五氮化硅層；然后，平坦化其表面直至第五氮化硅層外露；

(11)在第五氮化硅層和第四多晶硅層表面淀積第六氧化硅層；然后，在第六氧化硅層上，在源導電層和漏導電層正對的局部位置分別刻蝕接觸孔，直到源導電層和漏導電層外露，在接觸孔中分別注入多晶硅形成源電極、漏電極；?在第六氧化硅層上，正對第四多晶硅層的局部位置刻蝕接觸孔，直到第四多晶硅層外露，在接觸孔中注入多晶硅形成柵電極。?