[发明专利]纵向晶体管

说明书

本发明涉及器件和器件的制造方法，特别涉及纵向晶体管。

在器件制造中，在衬底上形成绝缘层，半导体层和导电层。对这些膜层构图以确定图形和间隔。图形和间隔的最小尺寸或部特征尺寸(F)取决于光刻系统的分辨力。构图图形和间隔以形成器件，如晶体管，电容器和电阻器。之后，这些器件互连而获得规定的电功能。用常规制造方法，如氧化，离子注入，淀积，硅外延生长，光刻和腐蚀等形成各器件层并对它们构图。这些方法已由S.M.Sze.VLSI Technology.and ed.，New York，McGraw-Hill，1988年公开，这里引作参考。

随机存取存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)，包括很多排列成行和列结构的存储器单元，用于存储信息。一种存储器单元包括用导电带连到例如沟道电容器的晶体管。通常电容器叫做“节”。当触发时，晶体管使数据阅读或写入电容器中。

不断要求缩小器件有助于更大密度和更小特征尺寸和单元面积的DRAM的设计。例如，已研究了使常规单元面积8F²减小到接近和低于6F²。但是，这种密集封装的小特征和单元尺寸的制造有困难。例如，小型化造成的掩模级涂层的灵敏度使DRAM单元中的晶体管的设计和制造均有困难。此外，这种小型化使器件阵列的规模受到限制，造成短沟道问题，即对器件工作造成负面影响。短沟道器件的设计原则与节结的常规小量掺杂之间的矛盾，进一步加重了这些问题。

从以上讨论发现，需要提供一种容易在DRAM单元中实现的晶体管。

本发明涉及纵向晶体管。在一个实施例中，纵向晶体管装在有沟道电容器的存储器单元之中。在如硅晶片的衬底中形成沟道电容器。沟道电容器的顶表面凹进在衬底顶表面下面。设置浅的沟槽隔离层(STI)使存储器单元与其它器件隔离。STI覆盖部分沟道电容器，留下沟道电容器上的剩余部分。晶体管位于衬底上与STI相对。晶体管包括栅，漏和源。栅包括位于衬底表面上的水平部分和涂到硅侧壁和STI侧壁之间的剩余部分的垂直部分的导电层。用电介质层使晶体管的垂直部分与沟道电容器隔离。

图1是常规DRAM单元；

图2是按本发明的DRAM单元；

图3A-3I示出制造图2所示DRAM单元的工艺。

本发明涉及纵向晶体管。为了便于说明，以制造沟道电容器DRAM单元的说明来说明本发明。但是，本发明涉及更宽的范围，通常扩展到晶体管的制造。为容易理解本发明，说明了常规的沟道电容器DRAM单元。

参见图1，它示出了常规沟道电容器DRAM单元100。这种常规沟道电容器DRAM单元已在例如Nesbit et al.“A0.6μm²256Mb Trench DRAMCell With Self-Aligned Buried Strap(BEST)”，IEDM.93-627.中说明，这里引作参考。通常，用字线和位线互连单元阵列，构成DRAM芯片。

DRAM单元包括衬底101中形成的沟道电容器160。用如硼(B)对衬底进行P型轻掺杂(P^-)。用如砷(As)的n型杂质重掺杂(n⁺)的多晶硅161填充沟道。多晶硅用作电容器的一个极板。用掺砷的掩埋极板165构成电容器的另一极板。

DRAM单元还包括水平晶体管110。该晶体管包括栅112，源113和漏114。离子注入n型杂质，如磷(P)，构成栅和源。通过导电带125把晶体管连接到电容器。用从沟道中的砷掺杂多晶硅中向外扩散出的As杂质构成导电带。

沟道顶部形成环168。环防止节结穿通到掩埋极板。穿通可理解成它影响单元的工作能力。如图所示，环限定了掩埋导电带的底和掩埋极板的顶。

掩埋阱170包含n型杂质如P，它位于衬底表面下面。掩埋n-阱中的杂质浓度峰值在环底周围。通常，阱是轻掺杂。掩埋阱用于连接阵列式DRAM单元的掩埋极板。

通过给晶体管的源和栅加适当的电压对晶体管的触发，可从沟道电容器写出或读出数据。DRAM阵列中通常栅和源分别形成字线和位线。设置浅的沟道隔离层(STI)180，以使DRAM单元与其它单元或器件隔离。如图所示，在沟道上形成字线120，并用STI使它们隔离。字线120叫做“跨越字线”(“Passing Wordline”)。这种结构叫做折合位线体系结构。

图2示出按本发明的纵向晶体管250的一个实施例。纵向晶体管用在DRAM单元201中。DRAM单元是一个埋入的隔离节沟道(MINT)单元。也可用其它单元构形。