[发明专利]纵向晶体管

说明书

本发明一般涉及器件及器件的制备，特别涉及纵向晶体管。

在器件制备中，绝缘层、半导体层和导电层形成在衬底上。对各层进行构图以产生图形和间隔。图形和间隔的最小尺寸或特征尺寸(F)取决于光刻系统的分辨能力。构图图形和间隔以形成器件，如晶体管、电容和电阻。然后，将这些器件互联以实现所需的电功能。用常规制备技术，如氧化、注入、淀积、硅的外延生长、光刻和腐蚀等，实现各种器件层的形成和构图。这些技术在1988年New York McGraw-Hill出版的由S.M.Sze所著的VLSI技术的第二版中有说明，此处引入作为参考。

随机存取存储器，如动态随机存取存储器(DRAMs)，包括按行和列构形以实现信息存储的存储单元。例如一种存储单元包括借助连接条连接到沟槽电容器上的晶体管。与晶体管连接的电容器极板通常称为“节点”，当它激活时，晶体管容许数据读出或写入电容器。

不断缩小器件的要求使高密度和小特征尺寸与单元面积的DRAMs的设计更容易。例如，已在研究将常规的单元面积从8F2减小到6F2以下。但是这些密布的小特征尺寸和单元尺寸的制备会产生产生一些问题。例如，小型化造成的掩模层重叠敏感性致使设计和制造DRAM单元中晶体管发生困难。另外，这种小型化已导致缩小到其极限的阵列器件，进而引起了对单元的工作有不良影响的短沟道问题。短沟道器件设计规则与节点结的常规低掺杂相矛盾，进一步加剧了该问题。

从上面的讨论知道，显然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，在具有沟槽电容器的存储单元中引入纵向晶体管。在如硅晶片等衬底上形成沟槽电容器。沟槽电容器的上表面从衬底的上表面凹下。提供浅沟槽隔离(STI)以隔离存储单元与其它器件。STI与部分沟槽电容器重叠，留下沟槽电容器上的其余部分。另外，晶体管与STI相对地设置于衬底上。该晶体管包括栅、漏和源。栅包括导电层，该导电层具有位于衬底表面之上的水平部分和隐蔽于硅侧壁和STI侧壁之间其余部分中的垂直部分。晶体管的垂直部分借助介质层与沟槽电容器隔离。

图1展示了常规DRAM单元；

图2展示了根据本发明的DRAM单元；

图3A-I展示了制造图2的DRAM单元的工艺；

图4A-C展示了本发明的另一个实施例；

图5展示了使用本发明的存储芯片的计算机系统。

本发明涉及纵向晶体管。为了例示本发明，以制备沟槽电容器存储单元为例来说明本发明。存储单元用于集成电路中。例如IC包括随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、或同步DRAM(SDRAM)。如专用IC(ASIC)、合并DRAM逻辑电路(掩埋DRAM)、或其它逻辑电路等的IC也有用。

通常在晶片上并排形成大量IC。完成加工后，切割晶片，将IC分离成分立芯片。然后封装芯片，得到例如用于如计算机系统、蜂窝电话、个人数字助手(PDAs)等用户产品和其它电子产品的最终产品。本发明具有相当大的普遍性，可以扩展到普通晶体管的制造。

为容易理解本发明，下面说明常规沟槽电容器DRAM单元。

参见图1，图1展示了常规沟槽电容器DRAM单元100。例如Nesbit等在有自对准掩埋条的0.6μm2 256Mb的沟槽DRAM单元，IEDM 93-627中说明了这种常规沟槽电容器DRAM单元，此处引用作为参考。通常借字线和位线互联单元阵列以形成DRAM芯片。

DRAM单元包括形成在衬底101中的沟槽电容器160。衬底用如硼(B)等P型掺杂剂轻掺杂(p^-)。沟槽一般用重掺杂有如砷(As)等n型掺杂剂(n⁺)的多晶硅(多晶)161填充。多晶作为电容器的一个极板。电容器的另一个极板由掺有As的掩埋极板165形成。

DRAM单元还包括横向晶体管110。该晶体管包括栅112、源113、和漏114。栅和源通过注入如磷(P)等n型掺杂剂形成。源和漏的设计可以根据晶体管的功能改变。为了方便，术语源和漏可以换用。通过连接条125实现晶体管与电容器的连接。通过在沟槽中提供从掺杂As的多晶外扩散的As掺杂剂形成该连接条。

在沟槽的上部形成轴环168。轴环用以防止节点结到掩埋极板的穿通。穿通会令人讨厌地影响单元的工作能力。如图所示，轴环限定了掩埋条的底部和掩埋极板的上部。