[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

根据美国法典第35条第119(a)款，本申请要求于2012年8月23日在韩国知识产权局提交的韩国申请专利号10-2012-0092612的优先权，其全部内容以所有目的通过引用并入本文。

技术领域

以下描述涉及半导体器件及其制造方法，例如，涉及增加栅电极区域以降低栅电极的电阻率并由此提高开关速度的半导体器件及其制造方法。

背景技术

沟槽金属氧化物层半导体场效晶体管(MOSFET)是指一种特定类型的晶体管，其中垂直地形成沟道，并且在源极和漏极之间的沟槽内形成栅极。沟槽MOSFET包括薄绝缘层如氧化物层的衬里且填充有导体如多晶硅，并通过允许低电流流量来提供特定的低导通电阻值。

沟槽MOSFET的一个示例包括在沟槽的底部上形成的厚的底部氧化物层，以及在其上形成的栅电极。然而，由于厚的底部氧化物层是通过热氧化形成的，所以在制造过程中产生Si诱导的应力。另外，由于在温度超过1000℃的加热条件下进行氧化，所以已经形成的阱注入物分布在制造过程中可能会改变，使得它难以保持最初意图的设计。其结果是，器件的性能可能变差。

为了避免热处理，可以使用高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)工艺来代替热氧化工艺。当使用HDP CVD工艺时，通过在沟槽MOSFET的沟槽内沉积氧化物层，在沟槽内形成厚的底部氧化物层。然而，在某些情况下HDP CVD工艺不是合适的选择。例如，HDP CVD工艺需要昂贵的设备，从而导致整体制造成本和产品单价的增加。

发明内容

在一个一般方面中，提供一种半导体器件，其包括:包含在其中形成的沟槽的半导体衬底;在沟槽内形成的底电极;在沟槽的内部且在底电极上方的顶电极;以及将顶电极和底电极隔离的绝缘层;顶电极具有不平坦的下表面。

顶电极的不平坦下表面可朝沟槽的中央部分倾斜。底电极的上表面可朝沟槽的中央部分倾斜。顶电极的上表面可朝沟槽的中央部分倾斜。

顶电极的不平坦下表面可以包括朝底电极的不平坦上表面突出的V形表面或弯曲表面。

底电极的上表面可具有一个朝沟槽底表面凹陷的中央区域。

底电极可以包括未掺杂的多晶硅，顶电极可以包括掺杂的多晶硅。

半导体器件的一般方面还可包括:在沟槽的底表面和下侧壁上形成的牺牲层;在沟槽中的顶电极上方形成的掩埋层;和在掩埋层上方形成的金属阻挡层。

掩埋层可包括高温低压沉积(LPCVD)氧化物层、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)，磷硅酸盐玻璃(PSG)或四乙氧基硅烷(TEOS)膜中的至少一种。

金属阻挡层可以包括钛(Ti)或氮化钛(TiN)中的至少一种。

金属阻挡层可具有多层结构。

半导体器件的一般方面可进一步包括在金属阻挡层上形成的金属电极，金属电极包含铝(Al)。

金属阻挡层可经由在绝缘层中形成的接触孔而形成为与半导体衬底接触。

半导体衬底可以在形成接触孔的位置处包括:接触金属阻挡层的P型的体接触区;接触金属阻挡层且形成为相邻于P型的体接触区的一个或更多个N型源极区，所述一个或更多个N型源极区具有与P型的体接触区不同的掺杂特性;在P型的体接触区和N型源极区的下部形成的主体层;和在主体层的下部形成的外延层。

半导体器件的一般方面还可以包括:在顶电极上方形成的金属电极;以及形成在半导体衬底中以在金属电极和N型源极区之间形成沟道的漏极区。

绝缘层可以包括:在底电极的上表面上形成的多晶硅氧化物层(poly oxide layer)和在沟槽的侧壁上形成的栅极氧化物层。

多晶硅氧化物层可包括底电极的上表面上形成的不平坦表面。

多晶硅氧化物层可以在底电极的上表面的氧化期间形成，且栅极氧化物层可在半导体衬底的氧化期间形成。

半导体器件的一般方面可进一步包括在沟槽内的底电极侧壁上形成的侧壁氧化物层。

多晶硅氧化物层的厚度可等于或大于栅极氧化物层的厚度，侧壁氧化物层可具有比多晶硅氧化物层和栅极氧化物层更大的厚度。

半导体器件的一般方面还可包括形成在底电极下表面上的牺牲底部氧化物层，侧壁氧化物层可以有比牺牲底部氧化物层更大的厚度。

在另一个一般方面中，提供了一种制造半导体器件的方法，该方法涉及:在半导体衬底中形成沟槽;以及在沟槽内形成，在所述底电极和顶电极之间设置有绝缘层，其中所述底电极的上表面具有不平坦的表面。