一種溝槽型vdmos器件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種溝槽型VDMOS器件及其制造方法。
【背景技術】
[0002]垂直雙擴散金屬-氧化物半導體場效應晶體管(VDMOS)包括平面型VDMOS和溝槽型VDM0S。溝槽型VDMOS是一種用途非常廣泛的功率器件，其漏源兩極分別設置在器件兩偵牝電流在器件內部垂直流通，從而增加了電流密度，改善了額定電流，單位面積的導通電阻較小。
[0003]常規的溝槽型VDMOS器件的制造方法如圖1至圖7所示，其通常包括:1)在硅襯底I的外延層2表面形成初始氧化層10，通過光刻和刻蝕，在外延層2的內部形成溝槽11 ；2)在形成有溝槽的硅襯底表面依次形成柵氧化層3和摻雜的多晶硅層4，多晶硅層4同時填充在整個溝槽內部；3)刻蝕，去除溝槽外部的多晶硅層4后，進行離子注入，從而在外延層2的內部形成體區5 ;4)對形成有體區5的硅襯底進行光刻，在形成具有源區圖形的光刻膠層12后，注入不同類型的離子，從而在外延層2內部的溝槽兩側形成源區6 ;5)形成介質層7、接觸孔和金屬層(包括正面金屬層8和背面金屬層9)。
[0004]在溝槽型VDMOS器件中，柵源電容Cgs (即柵極與源極之間的電容)主要是由溝槽內的柵極多晶硅/柵氧化層/源區組成的寄生電容Cl、柵極多晶硅/柵氧化層/體區組成的寄生電容C2以及柵極多晶硅/介質層/源極金屬組成的寄生電容C3構成，即Cgs =Cl+C2+C3(如圖7所示)。由于柵源電容Cgs過高會嚴重影響溝槽型VDMOS器件的開關頻率，因此要求該電容越小越好。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種溝槽型VDMOS器件及其制造方法，該制造方法能夠有效降低器件的柵源電容，利用該制造方法制成的溝槽型VDMOS器件具有較低的柵源電容。
[0006]本發明提供的一種溝槽型VDMOS器件的制造方法，至少包括如下步驟:
[0007]在硅襯底的外延層內部形成體區；
[0008]在硅襯底的外延層內部形成溝槽，并在形成有所述溝槽的硅襯底表面形成柵氧化層；
[0009]在所述柵氧化層表面形成多晶硅層；
[0010]去除所述溝槽外部的多晶硅層和所述溝槽內部的部分多晶硅，并使溝槽內部被保留的部分多晶硅的上表面高于所述體區的下表面。
[0011]進一步地，本發明所述的溝槽型VDMOS器件的制造方法還包括:
[0012]在硅襯底的外延層內部形成源區；以及
[0013]在形成有所述源區的硅襯底上形成介質層、接觸孔和金屬層。
[0014]在本發明中，所述源區、介質層、接觸孔和金屬層可以按照常規方法制作；并且所述體區可以在形成溝槽之前進行制作，也可以在形成多晶硅層之后進行制作。在本發明中，若無特殊說明，所述溝槽外部指的是溝槽開口上方的整個區域，所述溝槽內部指的是由溝槽內壁(內表面)與溝槽開口所圍成的區域。
[0015]本發明所述的制造方法通過對器件的制造工藝流程進行優化，在形成多晶硅層后，將溝槽內部上方的多晶硅刻蝕掉，從而在后續形成介質層和源極金屬層時，使介質層部分位于溝槽內部，由此增大了柵極多晶硅與源極金屬層之間的間距，從而降低柵極多晶硅/介質層/源極金屬組成的寄生電容C3 ;此外，源區與柵極多晶硅的交疊面積相對減小，因此柵極多晶硅/柵氧化層/源區組成的寄生電容Cl得以減小，溝槽型VDMOS器件的柵源電容Cgs得以降低。
[0016]在本發明中，在滿足源區與溝槽內部被保留的多晶硅之間形成交疊(即源區的下表面低于所述溝槽內部被保留的多晶硅的上表面)的前提下，對溝槽內部上方的多晶硅的刻蝕量可以盡可能地大。在本發明一實施方式中，可以根據常規形成的源區的深度來對溝槽內部的多晶硅進行刻蝕，刻蝕的程度應使溝槽內部被保留的部分多晶硅的上表面高于所述體區的下表面(即使溝槽內部被保留的部分多晶硅與所述體區之間形成交疊)。
[0017]在本發明另一實施方式中，可以在工藝可實施范圍內使對溝槽內部上方的多晶硅的刻蝕量盡可能地大，例如可以使經刻蝕而在溝槽內部被保留的多晶硅的上表面低于常規工藝所形成的源區的下表面，在此情況下，可以通過傾斜離子注入并退火來使源區與溝槽內部被保留的多晶硅之間形成交疊，具體包括:
[0018]在所述溝槽內部被保留部分多晶硅的硅襯底的柵氧化層上形成掩膜；
[0019]利用所述掩膜對硅襯底進行傾斜離子注入并退火，在所述溝槽兩側形成源區，所述源區的下表面低于所述溝槽內部被保留的多晶硅的上表面；
[0020]其中，所述傾斜離子注入的注入方向與垂直注入方向間的傾斜角度不大于30度。
[0021]進一步地，控制所述傾斜離子注入，使傾斜注入的離子同時經所述外延層表面的柵氧化層和所述溝槽內表面的柵氧化層注入到外延層內部。也就是說，在形成所述溝槽一側的源區時，所述傾斜離子注入的注入方向與在形成所述溝槽另一側源區時的注入方向相向。
[0022]在本發明一實施方式中，其具體可以包括:
[0023]在所述溝槽內部保留部分多晶硅的硅襯底的柵氧化層上形成掩膜；
[0024]利用所述掩膜對硅襯底進行傾斜離子注入并退火，在所述溝槽兩側形成源區，所述源區的下表面低于所述溝槽內部被保留的多晶硅的上表面；
[0025]其中，在形成所述溝槽一側的源區時，傾斜離子注入方向為垂直注入的順時針方向，在形成所述溝槽另一側的源區時，傾斜離子注入方向為垂直注入的逆時針方向，并且傾斜離子注入的傾斜角度呈不大于30度的角度。
[0026]在本發明中，所述垂直注入指的是以與所述硅襯底表面垂直的方向進行注入(即傾斜角度為O度，如圖4和圖5所示)。
[0027]進一步地，所述掩膜可以為具有源區圖形的光刻膠層。
[0028]進一步地，所述傾斜尚子注入的尚子能量為100?150KeV,尚子劑量為115?1016/cm2，所述退火的溫度為800?1100°C，時間為20?60分鐘。
[0029]進一步地，傾斜離子注入的傾斜角度呈不大于10度的角度，例如7度左右。
[0030]本發明還提供一種溝槽型VDMOS器件的制造方法，包括如下順序進行的步驟:
[0031]在硅襯底的外延層內部形成體區；
[0032]在形成有所述體區的硅襯底的外延層內部形成溝槽；
[0033]在形成有所述溝槽的硅襯底表面形成柵氧化層；
[0034]在所述柵氧化層表面形成多晶硅層；
[0035]去除所述溝槽外部的多晶硅層和所述溝槽內部的部分多晶硅，并使溝槽內部被保留的部分多晶硅的上表面高于所述體區的下表面；
[0036]在所述溝槽內部被保留部分多晶硅的硅襯底的外延層內部形成源區；
[0037]在形成有所述源區的硅襯底上形成介質層、接觸孔和金屬層。
[0038]在本發明所述的制造方法中，所述溝槽可以采用常規方法形成。例如，可以在硅襯底的外延層表面形成初始氧化層，并對所述初始氧化層進行光刻和刻蝕，從而在初始氧化層上形成溝槽圖形，然后利用該具有溝槽圖形的初始氧化層作為掩膜對外延層進行刻蝕，從而在所述硅襯底的外延層內部形成溝槽；具體地，所述初始氧化層的生長溫度可以為900?1100°C，厚度可以為0.05?0.2um。
[0039]進一步地，所述在硅襯底的外延層內部形成體區，具體包括:向所述硅襯底注入P型離子并退火，在所述硅襯底的外延層內部形成體區，所述P型離子的能量為80?120KeV，劑量為113?1014/cm2，所述退火的溫度為1100?1200°C，時間為50?200分鐘。
[0040]進一步地，所述在形成有所述溝槽的硅襯底表面形成柵氧化層，具體包括:在900?1100°C的溫度下在形成有所述溝槽的硅襯底表面生長厚度為0.02?0.2um的氧化層。
[0041]進一步地，所述在所述柵氧化層表面形成多晶硅層，具體包括:在500?700°C