一种沟槽型vdmos器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种沟槽型VDMOS器件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)包括平面型VDMOS和沟槽型VDM0S。沟槽型VDMOS是一种用途非常广泛的功率器件，其漏源两极分别设置在器件两侦牝电流在器件内部垂直流通，从而增加了电流密度，改善了额定电流，单位面积的导通电阻较小。
[0003]常规的沟槽型VDMOS器件的制造方法如图1至图7所示，其通常包括:1)在硅衬底I的外延层2表面形成初始氧化层10，通过光刻和刻蚀，在外延层2的内部形成沟槽11 ；2)在形成有沟槽的硅衬底表面依次形成栅氧化层3和掺杂的多晶硅层4，多晶硅层4同时填充在整个沟槽内部；3)刻蚀，去除沟槽外部的多晶硅层4后，进行离子注入，从而在外延层2的内部形成体区5 ;4)对形成有体区5的硅衬底进行光刻，在形成具有源区图形的光刻胶层12后，注入不同类型的离子，从而在外延层2内部的沟槽两侧形成源区6 ;5)形成介质层7、接触孔和金属层(包括正面金属层8和背面金属层9)。
[0004]在沟槽型VDMOS器件中，栅源电容Cgs (即栅极与源极之间的电容)主要是由沟槽内的栅极多晶硅/栅氧化层/源区组成的寄生电容Cl、栅极多晶硅/栅氧化层/体区组成的寄生电容C2以及栅极多晶硅/介质层/源极金属组成的寄生电容C3构成，即Cgs =Cl+C2+C3(如图7所示)。由于栅源电容Cgs过高会严重影响沟槽型VDMOS器件的开关频率，因此要求该电容越小越好。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种沟槽型VDMOS器件及其制造方法，该制造方法能够有效降低器件的栅源电容，利用该制造方法制成的沟槽型VDMOS器件具有较低的栅源电容。
[0006]本发明提供的一种沟槽型VDMOS器件的制造方法，至少包括如下步骤:
[0007]在硅衬底的外延层内部形成体区；
[0008]在硅衬底的外延层内部形成沟槽，并在形成有所述沟槽的硅衬底表面形成栅氧化层；
[0009]在所述栅氧化层表面形成多晶硅层；
[0010]去除所述沟槽外部的多晶硅层和所述沟槽内部的部分多晶硅，并使沟槽内部被保留的部分多晶硅的上表面高于所述体区的下表面。
[0011]进一步地，本发明所述的沟槽型VDMOS器件的制造方法还包括:
[0012]在硅衬底的外延层内部形成源区；以及
[0013]在形成有所述源区的硅衬底上形成介质层、接触孔和金属层。
[0014]在本发明中，所述源区、介质层、接触孔和金属层可以按照常规方法制作；并且所述体区可以在形成沟槽之前进行制作，也可以在形成多晶硅层之后进行制作。在本发明中，若无特殊说明，所述沟槽外部指的是沟槽开口上方的整个区域，所述沟槽内部指的是由沟槽内壁(内表面)与沟槽开口所围成的区域。
[0015]本发明所述的制造方法通过对器件的制造工艺流程进行优化，在形成多晶硅层后，将沟槽内部上方的多晶硅刻蚀掉，从而在后续形成介质层和源极金属层时，使介质层部分位于沟槽内部，由此增大了栅极多晶硅与源极金属层之间的间距，从而降低栅极多晶硅/介质层/源极金属组成的寄生电容C3 ;此外，源区与栅极多晶硅的交叠面积相对减小，因此栅极多晶硅/栅氧化层/源区组成的寄生电容Cl得以减小，沟槽型VDMOS器件的栅源电容Cgs得以降低。
[0016]在本发明中，在满足源区与沟槽内部被保留的多晶硅之间形成交叠(即源区的下表面低于所述沟槽内部被保留的多晶硅的上表面)的前提下，对沟槽内部上方的多晶硅的刻蚀量可以尽可能地大。在本发明一实施方式中，可以根据常规形成的源区的深度来对沟槽内部的多晶硅进行刻蚀，刻蚀的程度应使沟槽内部被保留的部分多晶硅的上表面高于所述体区的下表面(即使沟槽内部被保留的部分多晶硅与所述体区之间形成交叠)。
[0017]在本发明另一实施方式中，可以在工艺可实施范围内使对沟槽内部上方的多晶硅的刻蚀量尽可能地大，例如可以使经刻蚀而在沟槽内部被保留的多晶硅的上表面低于常规工艺所形成的源区的下表面，在此情况下，可以通过倾斜离子注入并退火来使源区与沟槽内部被保留的多晶硅之间形成交叠，具体包括:
[0018]在所述沟槽内部被保留部分多晶硅的硅衬底的栅氧化层上形成掩膜；
[0019]利用所述掩膜对硅衬底进行倾斜离子注入并退火，在所述沟槽两侧形成源区，所述源区的下表面低于所述沟槽内部被保留的多晶硅的上表面；
[0020]其中，所述倾斜离子注入的注入方向与垂直注入方向间的倾斜角度不大于30度。
[0021]进一步地，控制所述倾斜离子注入，使倾斜注入的离子同时经所述外延层表面的栅氧化层和所述沟槽内表面的栅氧化层注入到外延层内部。也就是说，在形成所述沟槽一侧的源区时，所述倾斜离子注入的注入方向与在形成所述沟槽另一侧源区时的注入方向相向。
[0022]在本发明一实施方式中，其具体可以包括:
[0023]在所述沟槽内部保留部分多晶硅的硅衬底的栅氧化层上形成掩膜；
[0024]利用所述掩膜对硅衬底进行倾斜离子注入并退火，在所述沟槽两侧形成源区，所述源区的下表面低于所述沟槽内部被保留的多晶硅的上表面；
[0025]其中，在形成所述沟槽一侧的源区时，倾斜离子注入方向为垂直注入的顺时针方向，在形成所述沟槽另一侧的源区时，倾斜离子注入方向为垂直注入的逆时针方向，并且倾斜离子注入的倾斜角度呈不大于30度的角度。
[0026]在本发明中，所述垂直注入指的是以与所述硅衬底表面垂直的方向进行注入(即倾斜角度为O度，如图4和图5所示)。
[0027]进一步地，所述掩膜可以为具有源区图形的光刻胶层。
[0028]进一步地，所述倾斜尚子注入的尚子能量为100?150KeV,尚子剂量为115?1016/cm2，所述退火的温度为800?1100°C，时间为20?60分钟。
[0029]进一步地，倾斜离子注入的倾斜角度呈不大于10度的角度，例如7度左右。
[0030]本发明还提供一种沟槽型VDMOS器件的制造方法，包括如下顺序进行的步骤:
[0031]在硅衬底的外延层内部形成体区；
[0032]在形成有所述体区的硅衬底的外延层内部形成沟槽；
[0033]在形成有所述沟槽的硅衬底表面形成栅氧化层；
[0034]在所述栅氧化层表面形成多晶硅层；
[0035]去除所述沟槽外部的多晶硅层和所述沟槽内部的部分多晶硅，并使沟槽内部被保留的部分多晶硅的上表面高于所述体区的下表面；
[0036]在所述沟槽内部被保留部分多晶硅的硅衬底的外延层内部形成源区；
[0037]在形成有所述源区的硅衬底上形成介质层、接触孔和金属层。
[0038]在本发明所述的制造方法中，所述沟槽可以采用常规方法形成。例如，可以在硅衬底的外延层表面形成初始氧化层，并对所述初始氧化层进行光刻和刻蚀，从而在初始氧化层上形成沟槽图形，然后利用该具有沟槽图形的初始氧化层作为掩膜对外延层进行刻蚀，从而在所述硅衬底的外延层内部形成沟槽；具体地，所述初始氧化层的生长温度可以为900?1100°C，厚度可以为0.05?0.2um。
[0039]进一步地，所述在硅衬底的外延层内部形成体区，具体包括:向所述硅衬底注入P型离子并退火，在所述硅衬底的外延层内部形成体区，所述P型离子的能量为80?120KeV，剂量为113?1014/cm2，所述退火的温度为1100?1200°C，时间为50?200分钟。
[0040]进一步地，所述在形成有所述沟槽的硅衬底表面形成栅氧化层，具体包括:在900?1100°C的温度下在形成有所述沟槽的硅衬底表面生长厚度为0.02?0.2um的氧化层。
[0041]进一步地，所述在所述栅氧化层表面形成多晶硅层，具体包括:在500?700°C