[發明專利]半導體器件、制造半導體器件的方法以及電子裝置有效

申請號：	201210219006.9	申請日：	2012-06-28
公開（公告）號：	CN102856381A	公開（公告）日：	2013-01-02
發明（設計）人：	岡治成治	申請（專利權）人：	瑞薩電子株式會社
主分類號：	H01L29/78	分類號：	H01L29/78;H01L29/51;H01L21/336
代理公司：	中原信達知識產權代理有限責任公司 11219	代理人：	李蘭;孫志湧
地址：	日本神***	國省代碼：	日本;JP
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摘要：
搜索關鍵詞：	半導體器件制造方法以及電子裝置
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【說明書】：

相關申請的交叉引用

通過引用將2011年6月28日提交的包括說明書、權利要求、附圖和摘要的日本專利申請No.2011-143100的公開整體并入這里。

發明內容

本發明涉及一種具有垂直晶體管的半導體器件、制造半導體器件的方法以及電子裝置。

背景技術

半導體器件包括具有垂直晶體管的半導體器件。垂直晶體管例如用在控制高電流的器件中。日本專利特開公開No.2005-86140描述了垂直MOS晶體管的柵電極覆蓋有NSG膜和BPSG膜的堆疊膜或者PSG膜和BPSG膜的堆疊膜。日本專利特開公開No.2002-280553描述了垂直MOS晶體管的柵電極覆蓋有諸如BPSG膜的絕緣膜。

日本專利特開公開No.2000-183182描述了CMOS器件覆蓋有氧化物膜、氮化硅膜和BPSG膜的堆疊膜，但是這是涉及平面晶體管的技術。在該技術中，氮化硅膜用于防止濕氣擴散。

發明內容

要求垂直晶體管具有的特性之一是柵極絕緣膜的隨時間的耐介電擊穿（TDDB）性。另一方面，對于垂直晶體管還要求閾值電壓較小變化。

根據本發明的一方面，提供了一種半導體器件，包括：半導體襯底；漏極層，其形成到半導體襯底并且位于半導體襯底的背面側上；柵極絕緣膜，其形成在于半導體襯底的表面形成的凹部的內壁上；柵電極，其掩埋在凹部中并且柵電極的上端低于半導體襯底的表面；源極層，其在表面側上形成到半導體襯底；第一絕緣膜，其形成在柵電極上，并且膜的上表面高于半導體襯底的表面；以及低透氧絕緣膜，其形成在第一絕緣膜上并且具有比第一絕緣膜的透氧性低的透氧性。

作為發明人研究的結果，發現了當柵電極的上端低于半導體襯底的表面時，通過在柵電極上形成絕緣膜并且然后在絕緣膜上應用利用氧化氣氛的處理，提高了耐TDDB性耐TDDB性。認為氧經由柵極絕緣膜上的絕緣膜到達柵極絕緣膜的沒有被柵電極覆蓋的區域并且致密該區域中的柵極絕緣膜。

另一方面，還發現了當絕緣膜允許氧通過其過度透過時，柵極絕緣膜的厚度變化。當柵極絕緣膜的厚度變化時，這導致垂直晶體管的閾值電壓的波動。根據本發明，在第一絕緣膜上形成低透氧絕緣膜。這能夠抑制氧通過該絕緣膜的過度透過。

根據本發明的另一方面，提供了一種制造半導體器件的方法，包括：將凹部形成到半導體襯底的表面，該半導體襯底在背面側上具有漏極層；在凹部的內壁上形成柵極絕緣膜；將柵電極掩埋在凹部中，使得柵電極的上端低于半導體襯底的表面；在表面側上將源極層形成到半導體襯底；在柵電極上形成第一絕緣膜，使得該絕緣膜的上表面高于半導體襯底的表面；在第一絕緣膜上形成低透氧絕緣膜，該低透氧絕緣膜具有比第一絕緣膜的透氧性低的透氧性；以及從低透氧絕緣膜上方并且從半導體襯底上方應用利用氧化氣氛的處理。

根據本發明的又一方面，提供了一種電子裝置，其具有半導體器件，該半導體器件用于控制到負載的電源供給，該負載由從電源提供的功率驅動，其中半導體器件包括：半導體襯底；漏極層，其形成到半導體襯底并且位于半導體襯底的背面側上；柵極絕緣膜，其形成在于半導體襯底形成的凹部的內壁上；柵電極，其掩埋在凹部中并且柵電極的上端低于半導體襯底的表面；源極層，其在表面側上形成到半導體襯底；第一絕緣膜，其形成在柵電極上，并且膜的上表面高于半導體襯底的表面；低透氧絕緣膜，其形成在第一絕緣膜上并且具有比第一絕緣膜的透氧性低的透氧性；以及層間絕緣膜，其形成在低透氧絕緣膜上和半導體襯底上。

根據本發明的方面，能夠提高垂直晶體管的耐TDDB性并且還能夠抑制閾值電壓的波動。

附圖說明

圖1是示出根據第一實施例的半導體器件的構造的橫截面圖；

圖2A是示出用于第一絕緣膜和低透氧絕緣膜的位置的放大視圖；

圖2B是示出比較實施例中用于第一絕緣膜和低透氧絕緣膜的位置的視圖；

圖3是垂直型MOS晶體管的平面圖；

圖4是示出垂直MOS晶體管和感測垂直晶體管之間的關系的電路圖；

圖5是示出柵電極、p型源極層和n型層的布置的平面圖；

圖6是示出圖1中所示的半導體器件的制造方法的橫截面圖；

圖7是示出圖1中所示的半導體器件的制造方法的橫截面圖；

圖8是示出圖1中所示的半導體器件的制造方法的橫截面圖；

圖9是示出圖1中所示的半導體器件的制造方法的橫截面圖；