[发明专利]一种垂直围栅MOSFET器件及其制造方法

权利要求书

1.一种垂直围栅MOSFET器件，包括：半导体衬底，垂直设置在半导体衬底上的圆柱形的沟道区，沟道区的圆柱形外设置有截面为槽形的环状的介质层，所述槽形开口向上，所述介质层的槽内设置有环状的栅导电层，所述介质层的槽外设置有环状的漏导电层，所述介质层的槽外底部与所述半导体衬底接触，所述沟道区上设置有源导电层，其圆柱形上部掺n+杂质作为源端n+区，与漏导电层底部接触的半导体衬底区域掺n+杂质作为漏端n+区，其特征在于，所述沟道区的圆柱形中部设置有非对称Halo掺杂结构p+区。

2.根据权利要求1所述的垂直围栅MOSFET器件，其特征在于，所述非对称Halo掺杂结构p+区和所述沟道区的圆柱形上部之间掺n-杂质，与所述介质层的槽外底部接触的半导体衬底区域也掺n-杂质，形成LDD掺杂结构。

3.根据权利要求1所述的垂直围栅MOSFET器件，其特征在于，所述半导体衬底材料选自Si、Ge或II-VI、III-V、IV-IV族的二元或三元化合物半导体。

4.根据权利要求1所述的垂直围栅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在半导体衬底的表面生长第一氧化硅层作为隔离层，在第一氧化硅层淀积第一氮化硅层，在第一氮化硅层表面制作圆柱形的第一抗蚀剂层；然后，在第一抗蚀剂层的掩蔽下，由上而下依次刻蚀第一氮化硅层、第一氧化硅层、半导体衬底，形成圆柱形的半导体的沟道区，然后，去除第一抗蚀剂层；

(2)在半导体衬底表面和沟道区的侧面生长第二氧化硅层，与第一氧化硅层相接；再在第二氧化硅层的表面淀积第一多晶硅层，第一多晶硅层高出并覆 盖第一氮化硅层；平坦化第一多晶硅层，反向刻蚀第一多晶硅层到第一氮化硅层表面和沟道区侧面的第二氧化硅层外露；再在第一多晶硅层和第一氮化硅层表面，依次淀积第三氧化硅层和淀积第二氮化硅层，在第二氮化硅层表面淀积第四氧化硅层，高出并覆盖第二氮化硅层；然后，平坦化第四氧化硅层表面，露出第二氮化硅层的顶部区域；

(3)先刻蚀外露的第四氧化硅层，再刻蚀第二氮化硅层，直到第三氧化硅层顶部完全外露，然后刻蚀第三氧化硅层，直到沟道区顶部的第三氧化硅层刻蚀掉为至；

(4)在第三氧化硅层表面淀积第三氮化硅层，与第一氮化硅层相接，平坦化后，正对沟道区的顶部，制作圆柱形的第二抗蚀剂层，第二抗蚀剂层的圆柱形的直径大于沟道区的圆柱形的直径；借助第二抗蚀剂层的掩蔽，刻蚀掉第三氮化硅层的其他部分，形成第一氮化硅侧墙，然后去除第二抗蚀剂层；

(5)以第一氮化硅层和第一氮化硅侧墙为掩蔽，刻蚀掉侧壁多余的第三氧化硅层、第一多晶硅层和第二氧化硅层，直到露出半导体衬底；然后，在半导体衬底上预留环形间隔，在环形间隔外围制作环形的第三抗蚀剂层；在第三抗蚀剂层的掩护下，在半导体衬底的上述环形间隔处进行n-杂质注入，形成漏端LDD掺杂结构n-区；

(6)去除第三抗蚀剂层，在半导体衬底表面淀积第四氧化硅层，高出第一氮化硅层和第一氮化硅侧墙；平坦化第四氧化硅层，再反向刻蚀第四氧化硅层直至第一氮化硅层和第一氮化硅侧墙外露；再淀积第四氮化硅层，并在第四氮化硅层上，正对沟道区的顶部，制作圆柱形的第四抗蚀剂层，第四抗蚀剂层的圆柱形的直径等于上述环形间隔的外围直径；然后，以第四抗蚀剂层为掩蔽，刻蚀第四氮化硅层，形成第二氮化硅侧墙，并去除第四抗蚀剂层； 

(7)以第一氮化硅层、第一氮化硅侧墙和第二氮化硅侧墙为掩蔽，刻蚀第四氧化硅层，直到露出半导体衬底，在露出的半导体衬底上进行n+杂质注入，形成漏区；再在半导体衬底表面淀积第二多晶硅层，高出并覆盖第一氮化硅层、第一氮化硅侧墙、第二氮化硅侧墙；平坦化第二多晶硅层后，并反向刻蚀，直到第一氮化硅层、第一氮化硅侧墙和第二氮化硅侧墙外露；然后，刻蚀掉第一氮化硅层、第一氮化硅侧墙和第二氮化硅侧墙；

(8)在第二多晶硅层上制作第五抗蚀剂层，在沟道区顶部依此注入p+杂质、n-杂质、n+杂质，分别形成源端非对称Halo掺杂结构p+区、源端LDD掺杂结构n-区和源端n+区；然后，去除第五抗蚀剂层，并进行退火处理；

(9)完成退火处理后，在整个上表面，依次淀积第三多晶硅层和第五氮化硅层，然后在第五氮化硅层上，正对源端n+区和漏端n+区制作第六抗蚀剂层；在第六抗蚀剂层掩蔽下，依次刻蚀第五氮化硅层和第三多晶硅层，将保留下来的第三多晶硅层分为两部分，分别作为源导电层和漏导电层；去除第六抗蚀剂层，再在源导电层和漏导电层表面淀积第五氧化硅层，第五氧化硅层高于并覆盖第五氮化硅层；

(10)在第五氧化硅层上，正对第一多晶硅层的内侧和外侧用正性光刻胶制作第七抗蚀剂层，在第七抗蚀剂层的掩蔽下，依次刻蚀第五氧化硅层和第三氧化硅层，直到露出第一多晶硅层；去除第七抗蚀剂层，在第一多晶硅层表面淀积第四多晶硅层，高出第五氮化硅层；然后，平坦化其表面直至第五氮化硅层外露；

(11)在第五氮化硅层和第四多晶硅层表面淀积第六氧化硅层；然后，在第六氧化硅层上，在源导电层和漏导电层正对的局部位置分别刻蚀接触孔，直到源导电层和漏导电层外露，在接触孔中分别注入多晶硅形成源电极、漏电极； 在第六氧化硅层上，正对第四多晶硅层的局部位置刻蚀接触孔，直到第四多晶硅层外露，在接触孔中注入多晶硅形成栅电极。