[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201110268106.6
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102403340A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 小林直人
• 申請（專利權）人: 精工電子有限公司
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/78;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;馬建軍

技術領域

本發明涉及半導體器件的制造方法，尤其涉及具有溝槽構造的縱向MOSFET的制造方法。

背景技術

縱向MOSFET具有所謂的平面型和溝槽型。在溝槽內埋入柵電極的構造的溝槽型在構造上容易獲得低導通電阻特性，因此已經得到實用化。例如在以下所示的專利文獻1、專利文獻2等中公開了具有這種溝槽型構造的縱向MOSFET的構造及制造步驟。

說明現有的縱向MOSFET的構造的2個例子。在以下的說明中，N之后記載的-、+、++等記號表示所含有雜質的相對濃度的大小，濃度以-、+、++的順序變高。圖2(a)所示的構造中，在P型硅襯底1上形成N+埋入層2，還在硅襯底1上形成P型硅層3。在P型硅層3上以到達N+埋入層2的方式形成N-型漏極層4，還在N-型漏極層4的內側通過擴散等形成P型阱層5，還在縱向MOSFET的表面外周部和N++型漏極區域12以外的部分形成絕緣膜6。以從P型阱層5的表面起超過P型阱層5到達N-型漏極層4的深度形成溝槽7，在溝槽內部隔著柵氧化膜8填設柵電極9。并且，將N++型源區域11設置在與P型阱層5和溝槽7鄰接的部分，此外還將N++型漏極區域12設置在N-型漏極層的表面。另一方面，圖2(b)所示的第2例的構造為柵電極9從溝槽7伸出的構造。與圖2(a)不同的是，為了避免溝槽7的上端角部成為溝道，將N型源區域10形成到柵電極9的伸出部以下。

這里，對縱向MOSFET的動作進行簡單說明。在漏極區域12與源區域10之間施加正向偏置的狀態下，當對柵電極9給出閾值以上的規定電壓時，在P型阱層5內沿著溝槽7形成N型的溝道，電流在源極/漏極之間流動。由于可沿著溝槽7形成縱向溝道，因此與平面型的縱向MOSFET相比，可大幅延長每單位面積的溝道寬度，因此具有可減小其導通電阻這樣的優點。

接著，利用圖2(a)的情況來說明縱向MOSFET的制造方法的概況。首先準備P型硅襯底1，在作為縱向MOSFET區域的部分通過例如離子注入等形成N+埋入層2，還在硅襯底1上通過例如外延成長等形成P型硅層3。接著，在作為MOSFET區域的部分通過離子注入法、熱擴散形成N-型漏極層4，在N-型漏極層4的內側通過離子注入法、熱擴散形成P型阱層5。接著，在作為柵電極區域的部分形成從P型阱層5起到達N-型漏極層4的深度的溝槽7。并且在溝槽13的內部形成柵氧化膜8，全面覆蓋多晶硅膜而進行蝕刻，由此形成填設在溝槽7的柵電極9。然后，通過光刻使與P型阱層5和溝槽7鄰接的部分以及N-型漏極層的表面的一部分開口，離子注入N型雜質等，形成N++型源區域11和N++型漏極區域12。然后，在P型硅層3上堆積絕緣膜，在源區域11、漏極區域12以及柵電極9上設置接觸孔，還在接觸孔上設置金屬電極，形成縱向MOSFET的主要構造。

另一方面，在圖2(b)中，在覆蓋多晶硅之前形成N型源區域10，還在覆蓋多晶硅之后，在通過光刻使柵電極9以外的區域開口的狀態下進行刻蝕，由此形成柵電極。

專利文獻1：日本特開2002-359294號公報

專利文獻2：日本特開平11-103052號公報

在圖2(a)所示的構造中，通過全面覆蓋多晶硅膜進行蝕刻來形成填設在溝槽7內的柵電極9，但在將柵電極9蝕刻得比N++型源極層11的深度深的情況下，柵電極9的上端從源區域11的下端分離，因此縱向MOSFET不進行動作。因此，在專利文獻2中，通過在溝槽側面的柵極上端部形成N++型源區域來解決此問題。但是，在此方法中，蝕刻的偏差直接成為MOSFET的溝道長的變化，因此有可能使制造合格率降低。

另一方面，在圖2(b)的構造中，具有不受前者這樣的刻蝕工藝的偏差影響的優點。但是，與前者相比制造步驟增加，元件面積擴大，因此每片的單價上升，出現成本的問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種不用增加制造步驟即可進行穩定的工藝處理的具有縱向MOSFET的半導體器件及其制造方法。