專利名稱：低柵漏電容的溝槽mos器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率MOS場效應管器件及其制造方法，特別涉及一種低柵漏電容的溝槽MOS場效應管器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
溝槽MOS器件廣泛應用于功率類電路中，作為開關(guān)器件連接電源與負載。隨著用電效率要求提高，以及設(shè)備小型化要求，溝槽MOS器件需要在更高開關(guān)頻率下工作，隨之而來的器件高開關(guān)損耗變得無法接受。造成開關(guān)損耗的主要原因是MOS器件柵極與漏極間存在寄生電容Cgd，M0S器件開關(guān)動作中，由于寄生電容Cgd的存在，造成流經(jīng)源漏極的電流信號和源漏電壓信號間產(chǎn)生相位差，引起功率損耗；同時，驅(qū)動MOS器件開關(guān)需要對Cgd重復充電和放電，引起功率損耗。另外，存在于器件漏極的電壓尖峰信號可通過Cgd藕合至器件柵極，柵極上產(chǎn)生的藕合電壓信號的大小與柵漏電容Cgd和柵源電容Cgs的比值(Cgd/Cgs) 成正比；一旦藕合電壓信號高于器件閾值電壓，導致器件誤開啟，可以引起器件損壞甚至設(shè)備燒毀的事故?？梢姡档虲gd具有十分重要的意義。制作溝槽MOS器件的硅片通常由第一導電類型重摻雜的襯底和第一導電類型輕摻雜的外延層構(gòu)成。MOS漏極位于硅片底而高摻雜部分。MOS柵極由垂直硅片表面延伸入外延層中的一系列溝槽構(gòu)成，溝槽側(cè)壁被位于外延層中的第二導電類型的阱層包圍，阱層的底部高于溝槽底部。MOS源極由位于硅片表面阱層中包圍著溝槽的第一導電類型重摻雜的區(qū)域構(gòu)成。寄生電容Cgd存在于溝槽底部未被阱層包圍的區(qū)域。而柵極與源極交疊部分構(gòu)成的寄生電容則是柵源電容Cgs的主要組成部分。美國專利US 7，492，005 B2披露了一種可減小Cgd的溝槽MOS器件結(jié)構(gòu)及制造方法，其實施例的器件結(jié)構(gòu)如圖1所示(圖1相當于美國專利的圖3L)。從該圖中可以看出，在外延層205中，存在有溝槽，溝槽表面覆蓋有柵氧化層M0，溝槽內(nèi)填充有導電多晶硅250， 構(gòu)成柵結(jié)構(gòu)。柵溝槽之間的外延層中存在阱260包圍著柵溝槽。阱沈0中靠近外延層上表面存在有重摻雜區(qū)域270包圍著柵溝槽，構(gòu)成源結(jié)構(gòu)。位于外延層中未被阱包圍的的柵溝槽底部被一圓形洞230包圍，圓形洞橫向尺寸大于柵溝槽開口尺寸，圓形洞表面覆蓋有氧化層220，圓形洞內(nèi)填充有導電多晶硅，該導電多晶硅連接溝槽MOS器件源極。柵溝槽延伸入圓形洞內(nèi)填充的導電多晶硅中，并通過柵氧化層240實現(xiàn)電隔離。通過在柵溝槽底部引入連接源極的區(qū)域，減小了柵漏寄生電容Cgd，稍許增大了柵源電容Cgs，從而減小了該器件在高速開關(guān)動作時的開關(guān)損耗，并降低了器件誤開啟的概率。然而，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計所暴露出來的弱點是
1、柵溝槽底部的柵氧化層是由填充于圓形洞中的導電多晶硅氧化生長而成，該氧化層的致密度和厚度均勻性差于單晶硅上生長的氧化層，影響器件性能和器件可靠性；
2、柵溝槽刻蝕采用時間調(diào)制方式，柵溝槽深度由圓形洞中填充的導電多晶硅的刻蝕量決定，刻蝕工藝難控制，柵溝槽深度一致性低。雖然由于圓形洞結(jié)構(gòu)的存在，柵溝槽深度不一致不會引起Cgd不一致，但是會引起Cgs差異，導致Cgd/Cgs的一致性變差，影響器件抑制誤開啟能力。為此，如何克服上述不足，并進一步優(yōu)化溝槽MOS器件性能和提高器件可靠性是本發(fā)明研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低柵漏電容的溝槽MOS器件及其制造方法，此器件及其制造方法有效減小了柵漏寄生電容，從而有效減小了器件工作時候的開關(guān)損耗；同時顯著增強了器件開關(guān)工作狀態(tài)下抑制誤開啟的能力。為達到上述目的，本發(fā)明采用的第一技術(shù)方案是一種低柵漏電容的溝槽MOS器件，該器件的有源區(qū)由若干個并聯(lián)排列的溝槽MOS單胞構(gòu)成；在有源區(qū)截面上，每個溝槽 MOS單胞包括位于硅片背面的第一導電類型重摻雜的漏極區(qū)，位于所述漏極區(qū)上方的第一導電類型輕摻雜的外延層；位于所述外延層內(nèi)上部的第二導電類型的阱層；穿過所述阱層并延伸至外延層內(nèi)的溝槽；在所述阱層上部內(nèi)且位于所述溝槽周邊第一導電類型重摻雜的第一源極區(qū)；
所述溝槽的底部為半圓弧形，此半圓弧形直徑不小于溝槽開口尺寸，位于溝槽中央設(shè)置有作為源極區(qū)且填充第一導電類型重摻雜導電多晶硅的第二源極區(qū)，此第二源極區(qū)由矩形塊和位于此矩形塊下端的橢圓形塊組成；此矩形塊的上表面低于所述外延層上表面；橢圓形塊橫向尺寸大于矩形塊橫向尺寸；所述矩形塊周邊且位于溝槽內(nèi)設(shè)置有作為柵極區(qū)的第一導電類型重摻雜的多晶硅柵，此多晶硅柵上表面截止于所述外延層上表面，多晶硅柵下表面為曲面，此曲面弧度與位于其下部的橢圓形塊的表面弧度相近似，多晶硅柵的曲面最深處不超過所述橢圓形塊的橫向中線；所述多晶硅柵與第二源極區(qū)之間設(shè)置有二氧化硅層實現(xiàn)電隔離，所述多晶硅柵和外延層之間設(shè)置有柵氧化層實現(xiàn)電隔離。上述技術(shù)方案中進一步改進的技術(shù)方案如下
1、作為優(yōu)選方案，所述漏極區(qū)底面有下金屬層，此下金屬層作為溝槽MOS器件漏極金屬層；所述外延層上表面設(shè)有層間介質(zhì)層，此層間介質(zhì)層上表面設(shè)置有上金屬層，所述層間介質(zhì)層中存在接觸孔，用以連接上金屬層和溝槽MOS的第一源極區(qū)和第二源極區(qū)。2、作為優(yōu)選方案，所述連接第一源極區(qū)的接觸孔向下延伸穿過所述第一源極區(qū)， 底部位于所述阱層內(nèi)；所述接觸孔底部被第二導電類型重摻雜的阱接觸區(qū)包圍。3、作為優(yōu)選方案，所述矩形塊側(cè)壁垂直于所述外延層表面；所述溝槽側(cè)壁垂直于外延層表面；所述多晶硅柵的側(cè)壁垂直于外延層表面。4、作為優(yōu)選方案，所述曲面弧度與位于其下部的橢圓形塊的表面弧度相同。5、作為優(yōu)選方案，所述阱層的下底面高于所述多晶硅柵下底面的最低點。為達到上述目的，本發(fā)明采用的第二技術(shù)方案是
一種用于制造所述低柵漏電容的溝槽MOS器件的制造方法，該方法包括下列工藝步
驟
步驟一、在作為MOS漏極區(qū)的第一導電類型重摻雜的單晶硅襯底上，生長第一導電類型輕摻雜的單晶硅外延層；
步驟二、在N-單晶硅外延層表面生長襯墊氧化層，在襯底氧化層表面沉積低應力氮化硅介質(zhì)層，形成由襯墊氧化層和氮化硅介質(zhì)層構(gòu)成的復合介質(zhì)層；步驟三、對復合介質(zhì)層實施光刻，定義出溝槽圖形；
步驟四、采用干法刻蝕方法，選擇性除去未被光刻膠保護的復合介質(zhì)層，曝露出溝槽圖形對應的外延層，而除去光刻膠后保留下來的復合介質(zhì)層作為介質(zhì)硬掩膜使用；
步驟五、以介質(zhì)硬掩膜為保護，采用干法刻蝕方法選擇性除去曝露出的外延層單晶硅， 在外延層中形成溝槽。溝槽之間形成單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)； 步驟六、在整個結(jié)構(gòu)表面沉積低應力氮化硅；
步驟七、采用干法刻蝕方法，除去溝槽底部的氮化硅層，曝露出溝槽底部的外延層，溝槽側(cè)壁形成氮化硅側(cè)墻，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護；
步驟八、采用各向同性氣相刻蝕方法，選擇性除去曝露的外延層單晶硅，在溝槽底部形成橢圓形洞結(jié)構(gòu)。橢圓形洞橫向尺寸大于溝槽開口尺寸；
步驟九、采用濕法腐蝕方法，選擇性去除氮化硅側(cè)墻，曝露出溝槽側(cè)壁的外延層單晶硅；構(gòu)成介質(zhì)硬掩膜的氮化硅介質(zhì)層有少量損失；
步驟十、在整個結(jié)構(gòu)表面均勻生長二氧化硅層，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護，不會生長二氧化硅層；
步驟十一、在整個結(jié)構(gòu)上沉積第一導電類型重摻雜的導電多晶硅層，完全填充滿上表面的凹陷；
步驟十二、采用干法刻蝕方法，選擇性除去部分導電多晶硅，使導電多晶硅層上表面與單晶硅凸臺上表面平齊；
步驟十三、在整個結(jié)構(gòu)表面生長二氧化硅層，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護，不會生長二氧化硅層。導電多晶硅頂部生長的二氧化硅層厚度遠大于構(gòu)成介質(zhì)硬掩膜的襯墊氧化層的厚度。導電多晶硅被二氧化硅層包圍，封閉在溝槽結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成第二源極區(qū)；第二源極區(qū)上部為矩形塊結(jié)構(gòu)，矩形塊向下延伸入橢圓形塊中，橢圓形塊橫向尺寸大于矩形塊橫向尺寸。 步驟十四、采用濕法腐蝕方法，選擇性除去部分氮化硅。使氮化硅介質(zhì)層的圖形開口尺寸大于溝槽開口尺寸，但小于溝槽底部圓弧形洞的橫向尺寸。部分曝露出溝槽兩側(cè)的單晶硅凸臺及覆蓋其上的襯墊氧化層；
步驟十五、采用濕法腐蝕方法，選擇性去除未被氮化硅介質(zhì)層保護的襯墊氧化層。至此，介質(zhì)硬掩膜圖形開口尺寸大于溝槽開口尺寸，小于溝槽底部圓弧形洞橫向尺寸，第二源極區(qū)依然被二氧化硅層覆蓋保護；
步驟十六、采用干法刻蝕方法，選擇性去除未被介質(zhì)硬掩膜保護的外延層單晶硅，形成一系列溝槽，溝槽向下延伸，遇到覆蓋橢圓形塊結(jié)構(gòu)的二氧化硅層后刻蝕過程自動停止； 步驟十七步、采用濕法腐蝕，去除介質(zhì)硬掩膜。在整個結(jié)構(gòu)表面均勻生長柵氧化層； 步驟十八、在整個結(jié)構(gòu)上沉積第一導電類型重摻雜的導電多晶硅層，通過干法刻蝕方法形成MOS器件多晶硅柵；至此，在外延層中形成了包含第二源極區(qū)和多晶硅柵的溝槽結(jié)構(gòu)，以及溝槽之間的單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)；
步驟十九、實施光刻，曝露出MOS器件有源區(qū)，進行第二導電類型的離子注入和熱退火，在單晶硅凸臺上部形成第二導電類型的阱層，阱層下底面高于多晶硅柵下底面的最低占.
步驟二十、實施光刻，曝露出MOS器件有源區(qū)，進行第一導電類型的離子注入和熱退火，在阱層內(nèi)單晶硅凸臺上表面形成第一導電類型重摻雜的第一源極區(qū)；
步驟二十一、在整個結(jié)構(gòu)表面沉積二氧化硅層，或者二氧化硅層和氮化硅層構(gòu)成的復合介質(zhì)層，構(gòu)成器件層間介質(zhì)層；
步驟二十二、實施光刻定義出接觸孔圖形，經(jīng)過對層間介質(zhì)層和單晶硅的干法刻蝕，在阱層中制作出底部低于第一源極區(qū)的接觸孔。與此同時，經(jīng)過對層間介質(zhì)層和導電多晶硅的干法刻蝕，形成連接第二源極區(qū)的接觸孔；
步驟二十三、以層間介質(zhì)層為保護，通過接觸孔進行第二導電類型的離子注入，使阱層內(nèi)接觸孔底部形成第二導電類型重摻雜的阱接觸區(qū)。而導電多晶硅的第一導電類型摻雜濃度遠大于注入的第二導電類型的離子濃度，因此不受影響；
步驟二十四、沉積金屬鈦粘結(jié)層和氮化鈦阻擋層到整個結(jié)構(gòu)表面，隨后沉積鎢層，進行鎢的干法刻蝕形成填充鎢的接觸孔；
步驟二十五、沉積上金屬層到整個結(jié)構(gòu)表面，實施光刻定義出源極金屬電極區(qū)域，并進行刻蝕形成源極金屬電極；
步驟二十六、在作為MOS漏極區(qū)的第一導電類型重摻雜單晶硅襯底的底面上沉積下金屬層形成漏極金屬電極。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果
1、本發(fā)明多晶硅柵底部和一側(cè)被第二源極區(qū)包圍，有效減小了柵漏寄生電容Cgd。從而有效減小了器件工作時候的開關(guān)損耗。2、本發(fā)明包圍多晶硅柵的二氧化硅層和柵氧化層皆由外延層中的單晶硅氧化生長而成，致密度和厚度均勻性高，提升器件性能和可靠性。3、本發(fā)明柵極溝槽刻蝕中存在自停止機制，在柵溝槽刻蝕之前即在下部存在有二氧化硅層作為刻蝕停止層，刻蝕工藝簡單，柵溝槽深度一致性高。4、本發(fā)明多晶硅柵底部和一側(cè)被第二源極區(qū)包圍，有效增大Cgs，從而減小Cgd/ Cgs，抑制器件誤開啟能力強。5、本發(fā)明柵極溝槽圖形定義不需要光刻，由自對準工藝生成，工藝簡單，成本低。


附圖1為現(xiàn)有減小柵漏電容的溝槽MOS器件剖面示意圖； 附圖2為本發(fā)明低柵漏電容的溝槽MOS器件結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3A-3G為本發(fā)明低柵漏電容的溝槽MOS器件制造流程圖。以上附圖中1、有源區(qū)；2、溝槽MOS單胞；3、漏極區(qū)；4、外延層；5、阱層；6、溝槽； 7、第一源極區(qū)；8、第二源極區(qū)；9、矩形塊；10、橢圓形塊；11、多晶硅柵；12、二氧化硅層； 13、柵氧化層；14、下金屬層；15、層間介質(zhì)層；16、上金屬層；17、阱接觸區(qū)；18、襯墊氧化層； 19、氮化硅介質(zhì)層。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例一種低柵漏電容的溝槽MOS器件，該器件的有源區(qū)1由若干個并聯(lián)排列的溝槽 MOS單胞2構(gòu)成；在有源區(qū)1的橫向截面上，每個溝槽MOS單胞2包括位于硅片背面的第一導電類型重摻雜的漏極區(qū)3，位于所述漏極區(qū)3上方的第一導電類型輕摻雜的外延層4 ；位于所述外延層4內(nèi)上部的第二導電類型的阱層5 ；穿過所述阱層5并延伸至外延層4內(nèi)的溝槽6 ；在所述阱層5上部內(nèi)且位于所述溝槽6周邊第一導電類型重摻雜的第一源極區(qū)7 ； 所述溝槽6的底部為半圓弧形，此半圓弧形直徑不小于溝槽6開口尺寸，位于溝槽6中央設(shè)置有作為源極區(qū)且填充第一導電類型重摻雜導電多晶硅的第二源極區(qū)8，此第二源極區(qū)8由矩形塊9和位于此矩形塊9下端的橢圓形塊10組成；此矩形塊9的上表面低于所述外延層4上表面；橢圓形塊10橫向尺寸大于矩形塊9橫向尺寸；所述矩形塊9周邊且位于溝槽6內(nèi)設(shè)置有作為柵極區(qū)的重摻雜第一導電類型的多晶硅柵11，此多晶硅柵11上表面截止于所述外延層4上表面，多晶硅柵11下表面為曲面，此曲面弧度與位于其下部的橢圓形塊10的表面弧度相近似，多晶硅柵11的曲面最深處不超過所述橢圓形塊10的橫向中線； 所述多晶硅柵11與第一源極區(qū)7之間設(shè)置有二氧化硅層12實現(xiàn)電隔離，所述多晶硅柵11 和外延層4之間設(shè)置有柵氧化層13實現(xiàn)電隔離。上述漏極區(qū)3底面有下金屬層14，此下金屬層14作為溝槽MOS器件漏極金屬層； 所述外延層4上表面設(shè)有層間介質(zhì)層15，此層間介質(zhì)層15上表面設(shè)置有上金屬層16，所述層間介質(zhì)層15中存在接觸孔，用以連接上金屬層16和溝槽MOS的第一源極區(qū)7和第二源極區(qū)8。上述連接第一源極區(qū)7的接觸孔向下延伸穿過所述第一源極區(qū)7，底部位于所述阱層5內(nèi)；所述接觸孔底部被第二導電類型重摻雜的阱接觸區(qū)17包圍。上述矩形塊9側(cè)壁垂直于所述外延層4表面；所述溝槽6側(cè)壁垂直于外延層表面； 所述多晶硅柵11的側(cè)壁垂直于外延層4表面。上述曲面弧度與位于其下部的橢圓形塊10的表面弧度相同。上述阱層5的下底面高于所述多晶硅柵11下底面的最低點。一種用于制造所述權(quán)利要求1低柵漏電容的溝槽MOS器件的制造方法，該方法包括下列工藝步驟
步驟一、在作為MOS漏極區(qū)3的第一導電類型重摻雜的單晶硅襯底上，生長第一導電類型輕摻雜的單晶硅外延層4 ；
步驟二、在外延層4表面生長襯墊氧化層18，在襯墊氧化層18表面沉積低應力氮化硅介質(zhì)層19，形成由襯墊氧化層18和氮化硅介質(zhì)層19構(gòu)成的復合介質(zhì)層； 步驟三、對復合介質(zhì)層實施光刻，定義出溝槽圖形；
步驟四、采用干法刻蝕方法，選擇性除去未被光刻膠保護的復合介質(zhì)層，曝露出溝槽圖形對應的外延層，而除去光刻膠后保留下來的復合介質(zhì)層作為介質(zhì)硬掩膜使用；
步驟五、以介質(zhì)硬掩膜為保護，采用干法刻蝕方法選擇性除去曝露出的外延層單晶硅， 在外延層4中形成溝槽。溝槽之間形成單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)； 步驟六、在整個結(jié)構(gòu)表面沉積低應力氮化硅；
步驟七、采用干法刻蝕方法，除去溝槽底部的氮化硅層，曝露出溝槽底部的外延層，溝槽側(cè)壁形成氮化硅側(cè)墻，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護；
步驟八、采用各向同性氣相刻蝕方法，選擇性除去曝露的外延層單晶硅，在溝槽底部形成橢圓形洞結(jié)構(gòu)。橢圓形洞橫向尺寸大于溝槽開口尺寸；
步驟九、采用濕法腐蝕方法，選擇性去除氮化硅側(cè)墻，曝露出溝槽側(cè)壁的外延層單晶硅，構(gòu)成介質(zhì)硬掩膜的氮化硅介質(zhì)層19有少量損失；
步驟十、在整個結(jié)構(gòu)表面均勻生長二氧化硅層，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護，不會生長二氧化硅層；
步驟十一、在整個結(jié)構(gòu)上沉積第一導電類型重摻雜的導電多晶硅層，完全填充滿上表面的凹陷；
步驟十二、采用干法刻蝕方法，選擇性除去部分導電多晶硅，使導電多晶硅層上表面與單晶硅凸臺上表面平齊；
步驟十三、在整個結(jié)構(gòu)表面生長二氧化硅層，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護，不會生長二氧化硅層。導電多晶硅頂部生長的二氧化硅層厚度遠大于構(gòu)成介質(zhì)硬掩膜的襯墊氧化層18的厚度。導電多晶硅被二氧化硅層12包圍，封閉在溝槽結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成第二源極區(qū)8 ； 第二源極區(qū)8上部為矩形塊9結(jié)構(gòu)，矩形塊9向下延伸入橢圓形塊10中，橢圓形塊10橫向尺寸大于矩形塊9橫向尺寸。 步驟十四、采用濕法腐蝕方法，選擇性除去部分氮化硅。使氮化硅介質(zhì)層19的圖形開口尺寸大于溝槽開口尺寸，但小于溝槽底部圓弧形洞的橫向尺寸。部分曝露出溝槽兩側(cè)的單晶硅凸臺及覆蓋其上的襯墊氧化層；
步驟十五、采用濕法腐蝕方法，選擇性去除未被氮化硅介質(zhì)層19保護的襯墊氧化層。 至此，介質(zhì)硬掩膜圖形開口尺寸大于溝槽開口尺寸，小于溝槽底部圓弧形洞橫向尺寸，第二源極區(qū)8依然被二氧化硅層12覆蓋保護；
步驟十六、采用干法刻蝕方法，選擇性去除未被介質(zhì)硬掩膜保護的外延層單晶硅，形成一系列溝槽，溝槽向下延伸，遇到覆蓋橢圓形塊10結(jié)構(gòu)的二氧化硅層12后刻蝕過程自動停止；
步驟十七步、采用濕法腐蝕，去除介質(zhì)硬掩膜。在整個結(jié)構(gòu)表面均勻生長柵氧化層13 ； 步驟十八、在整個結(jié)構(gòu)上沉積第一導電類型重摻雜的導電多晶硅層，通過干法刻蝕方法形成MOS器件多晶硅柵11 ；至此，在外延層4中形成了包含第二源極區(qū)8和多晶硅柵11 的溝槽6結(jié)構(gòu)，以及溝槽之間的單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)；
步驟十九、實施光刻，曝露出MOS器件有源區(qū)，進行第二導電類型的離子注入和熱退火，在單晶硅凸臺上部形成第二導電類型的阱層5，阱層5下底面高于多晶硅柵11下底面的最低點；
步驟二十、實施光刻，曝露出MOS器件有源區(qū)，進行第一導電類型的離子注入和熱退火，在阱層5內(nèi)單晶硅凸臺上表面形成第一導電類型重摻雜的第一源極區(qū)7 ；
步驟二十一、在整個結(jié)構(gòu)表面沉積二氧化硅層，或者二氧化硅層和氮化硅層構(gòu)成的復合介質(zhì)層，構(gòu)成器件層間介質(zhì)層15 ；
步驟二十二、實施光刻定義出接觸孔圖形，經(jīng)過對層間介質(zhì)層15和單晶硅的干法刻蝕，在阱層5中制作出底部低于第一源極區(qū)7的源極接觸孔。與此同時，經(jīng)過對層間介質(zhì)層 15和導電多晶硅的干法刻蝕，形成連接第二源極區(qū)8的接觸孔；
步驟二十三、以層間介質(zhì)層15為保護，通過接觸孔進行第二導電類型的離子注入，使阱層5內(nèi)接觸孔底部形成第二導電類型重摻雜的阱接觸區(qū)17。而導電多晶硅的第一導電類型摻雜濃度遠大于注入的第二導電類型的離子濃度，因此不受影響；
步驟二十四、沉積金屬鈦粘結(jié)層和氮化鈦阻擋層到整個結(jié)構(gòu)表面，隨后沉積鎢層，進行鎢的干法刻蝕形成填充鎢的接觸孔；
步驟二十五、沉積上金屬層16到整個結(jié)構(gòu)表面，實施光刻定義出源極金屬電極區(qū)域， 并進行刻蝕形成源極金屬電極；
步驟二十六、在作為MOS漏極區(qū)3的第一導電類型重摻雜單晶硅襯底的底面上沉積下金屬層14形成漏極金屬電極。采用上述低柵漏電容的溝槽MOS器件及其制造方法時，多晶硅柵11底部和一側(cè)被第二源極區(qū)8包圍，有效減小了柵漏寄生電容Cgd，從而有效減小了器件工作時候的開關(guān)損耗；其次，本發(fā)明包圍多晶硅柵11的二氧化硅層12和柵氧化層13皆由外延層4中的單晶硅氧化生長而成，致密度和厚度均勻性高，提升器件性能和可靠性；再次，柵極溝槽刻蝕中存在自停止機制，在柵溝槽刻蝕之前即在底部存在有二氧化硅層12作為刻蝕停止層，刻蝕工藝簡單，柵溝槽深度一致性高；再次，多晶硅柵11底部和一側(cè)被第二源極區(qū)8包圍，有效增大Cgs，從而減小Cgd/Cgs，抑制器件誤開啟能力強；再次，本發(fā)明柵極溝槽圖形定義不需要光刻，由自對準工藝生成，工藝簡單，成本低。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低柵漏電容的溝槽MOS器件，該器件的有源區(qū)(1)由若干個并聯(lián)排列的溝槽MOS 單胞(2)構(gòu)成；在有源區(qū)(1)的截面上，每個溝槽MOS單胞(2)包括位于硅片背面的第一導電類型重摻雜的漏極區(qū)(3)，位于所述漏極區(qū)(3)上方的第一導電類型輕摻雜的外延層(4); 位于所述外延層(4)內(nèi)上部的第二導電類型的阱層(5);穿過所述阱層(5)并延伸至外延層 (4)內(nèi)的溝槽(6);在所述阱層(5)上部內(nèi)且位于所述溝槽(6)周邊第一導電類型重摻雜的第一源極區(qū)(7)，其特征在于所述溝槽(6)的底部為半圓弧形，此半圓弧形直徑不小于溝槽(6)開口尺寸，位于溝槽 (6)中央設(shè)置有作為源極區(qū)且填充第一導電類型重摻雜導電多晶硅的第二源極區(qū)(8)，此第二源極區(qū)(8)由矩形塊(9)和位于此矩形塊(9)下端的橢圓形塊(10)組成；此矩形塊(9) 的上表面低于所述外延層(4)上表面；橢圓形塊(10)橫向尺寸大于矩形塊(9)橫向尺寸； 所述矩形塊(9)周邊且位于溝槽(6)內(nèi)設(shè)置有作為柵極區(qū)的第一導電類型重摻雜的多晶硅柵(11)，此多晶硅柵(11)上表面截止于所述外延層(4)上表面，多晶硅柵(11)下表面為曲面，此曲面弧度與位于其下部的橢圓形塊(10)的表面弧度相近似，多晶硅柵(11)的曲面最深處不超過所述橢圓形塊(10)的橫向中線；所述多晶硅柵(11)與第二源極區(qū)(8)之間設(shè)置有二氧化硅層(12)實現(xiàn)電隔離，所述多晶硅柵(11)和外延層(4)之間設(shè)置有柵氧化層(13) 實現(xiàn)電隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽MOS器件，其特征在于所述漏極區(qū)(3)底面有下金屬層(14)，此下金屬層(14)作為溝槽MOS器件漏極金屬層；所述外延層(4)上表面設(shè)有層間介質(zhì)層(15)，此層間介質(zhì)層(15)上表面設(shè)置有上金屬層(16)，所述層間介質(zhì)層(15)中存在接觸孔，用以連接上金屬層(16)和溝槽MOS的第一源極區(qū)(7)和第二源極區(qū)(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽MOS器件，其特征在于所述連接第一源極區(qū)(7)的接觸孔向下延伸穿過所述第一源極區(qū)(7)，底部位于所述阱層(5)內(nèi)；所述接觸孔底部被第二導電類型重摻雜的阱接觸區(qū)(17)包圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽MOS器件，其特征在于所述矩形塊(9)側(cè)壁垂直于所述外延層(4)表面；所述溝槽(6)側(cè)壁垂直于外延層表面；所述多晶硅柵(11)的側(cè)壁垂直于外延層(4)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽MOS器件，其特征在于所述曲面弧度與位于其下部的橢圓形塊(10)的表面弧度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽MOS器件，其特征在于所述阱層(5)的下底面高于所述多晶硅柵(11)下底面的最低點。
7.一種用于制造所述權(quán)利要求1低柵漏電容的溝槽MOS器件的制造方法，其特征在于 該方法包括下列工藝步驟步驟一、在作為MOS漏極區(qū)的第一導電類型重摻雜的單晶硅襯底上，生長第一導電類型輕摻雜的單晶硅外延層；步驟二、在外延層表面生長襯墊氧化層，在襯墊氧化層表面沉積低應力氮化硅介質(zhì)層， 形成由襯墊氧化層和氮化硅介質(zhì)層構(gòu)成的復合介質(zhì)層；步驟三、對復合介質(zhì)層實施光刻，定義出溝槽圖形；步驟四、采用干法刻蝕方法，選擇性除去未被光刻膠保護的復合介質(zhì)層，曝露出溝槽圖形對應的外延層，而除去光刻膠后保留下來的復合介質(zhì)層作為介質(zhì)硬掩膜使用；步驟五、以介質(zhì)硬掩膜為保護，采用干法刻蝕方法選擇性除去曝露出的外延層單晶硅， 在外延層中形成溝槽；溝槽之間形成單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)； 步驟六、在整個結(jié)構(gòu)表面沉積低應力氮化硅；步驟七、采用干法刻蝕方法，除去溝槽底部的氮化硅層，曝露出溝槽底部的外延層，溝槽側(cè)壁形成氮化硅側(cè)墻，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護；步驟八、采用各向同性氣相刻蝕方法，選擇性除去曝露的外延層單晶硅，在溝槽底部形成橢圓形洞結(jié)構(gòu)；橢圓形洞橫向尺寸大于溝槽開口尺寸；步驟九、采用濕法腐蝕方法，選擇性去除氮化硅側(cè)墻，曝露出溝槽側(cè)壁的外延層單晶硅；構(gòu)成介質(zhì)硬掩膜的氮化硅介質(zhì)層有少量損失；步驟十、在整個結(jié)構(gòu)表面均勻生長二氧化硅層，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護，不會生長二氧化硅層；步驟十一、在整個結(jié)構(gòu)上沉積第一導電類型重摻雜的導電多晶硅層，完全填充滿上表面的凹陷；步驟十二、采用干法刻蝕方法，選擇性除去部分導電多晶硅，使導電多晶硅層上表面與單晶硅凸臺上表面平齊；步驟十三、在整個結(jié)構(gòu)表面生長二氧化硅層，單晶硅凸臺頂部有介質(zhì)硬掩膜保護，不會生長二氧化硅層；導電多晶硅頂部生長的二氧化硅層厚度遠大于構(gòu)成介質(zhì)硬掩膜的襯墊氧化層的厚度；導電多晶硅被二氧化硅層包圍，封閉在溝槽結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成第二源極區(qū)；第二源極區(qū)上部為矩形塊結(jié)構(gòu)，矩形塊向下延伸入橢圓形塊中，橢圓形塊橫向尺寸大于矩形塊橫向尺寸；步驟十四、采用濕法腐蝕方法，選擇性除去部分氮化硅；使氮化硅介質(zhì)層的圖形開口尺寸大于溝槽開口尺寸，但小于溝槽底部圓弧形洞的橫向尺寸；部分曝露出溝槽兩側(cè)的單晶硅凸臺及覆蓋其上襯墊氧化層；步驟十五、采用濕法腐蝕方法，選擇性去除未被氮化硅介質(zhì)層保護的襯墊氧化層；至此，介質(zhì)硬掩膜圖形開口尺寸大于溝槽開口尺寸，小于溝槽底部圓弧形洞橫向尺寸，第二源極區(qū)依然被二氧化硅層覆蓋保護；步驟十六、采用干法刻蝕方法，選擇性去除未被介質(zhì)硬掩膜保護的外延層單晶硅，形成一系列溝槽，溝槽向下延伸，遇到覆蓋橢圓形塊結(jié)構(gòu)的二氧化硅層后刻蝕過程自動停止； 步驟十七步、采用濕法腐蝕，去除介質(zhì)硬掩膜；在整個結(jié)構(gòu)表面均勻生長柵氧化層； 步驟十八、在整個結(jié)構(gòu)上沉積第一導電類型重摻雜的導電多晶硅層，通過干法刻蝕方法形成MOS器件多晶硅柵；至此，在外延層中形成了包含第二源極區(qū)和多晶硅柵的溝槽結(jié)構(gòu)，以及溝槽之間的單晶硅凸臺結(jié)構(gòu)；步驟十九、實施光刻，曝露出MOS器件有源區(qū)，進行第二導電類型的離子注入和熱退火，在單晶硅凸臺上部形成第二導電類型的阱層，阱層下底面高于多晶硅柵下底面的最低步驟二十、實施光刻，曝露出MOS器件有源區(qū)，進行第一導電類型的離子注入和熱退火，在阱層內(nèi)單晶硅凸臺上表面形成第一導電類型重摻雜的第一源極區(qū)；步驟二十一、在整個結(jié)構(gòu)表面沉積二氧化硅層，或者二氧化硅層和氮化硅層構(gòu)成的復合介質(zhì)層，構(gòu)成器件層間介質(zhì)層；步驟二十二、實施光刻定義出接觸孔圖形，經(jīng)過對層間介質(zhì)層和單晶硅的干法刻蝕，在阱層中制作出底部低于第一源極區(qū)的接觸孔；與此同時，經(jīng)過對層間介質(zhì)層和導電多晶硅的干法刻蝕，形成連接第二源極區(qū)的接觸孔；步驟二十三、以層間介質(zhì)層為保護，通過接觸孔進行第二導電類型的離子注入，使阱層內(nèi)接觸孔底部形成第二導電類型重摻雜的阱接觸區(qū)；而導電多晶硅的第一導電類型摻雜濃度遠大于注入的第二導電類型的離子濃度，因此不受影響；步驟二十四、沉積金屬鈦粘結(jié)層和氮化鈦阻擋層到整個結(jié)構(gòu)表面，隨后沉積鎢層，進行鎢的干法刻蝕形成填充鎢的接觸孔；步驟二十五、沉積上金屬層到整個結(jié)構(gòu)表面，實施光刻定義出源極金屬電極區(qū)域，并進行刻蝕形成源極金屬電極；步驟二十六、在作為MOS漏極區(qū)的第一導電類型重摻雜單晶硅襯底的底面上沉積下金屬層形成漏極金屬電極。
全文摘要
本發(fā)明公開一種低柵漏電容的溝槽MOS器件及其制造方法，包括若干個并聯(lián)排列的溝槽MOS單胞；單胞中存在溝槽和由單晶硅外延層構(gòu)成的凸臺結(jié)構(gòu)；溝槽的底部為半圓形，位于溝槽中央設(shè)置有作為源極區(qū)且填充導電多晶的第二源極區(qū)，此第二源極區(qū)由矩形塊和位于此矩形塊下端的橢圓形塊組成；所述矩形塊周邊且位于溝槽內(nèi)設(shè)置有作為柵極區(qū)的第一導電類型重摻雜的多晶硅柵，此多晶硅柵上表面截止于所述外延層上表面，多晶硅柵下表面為曲面，多晶硅柵的曲面最深處不超過所述橢圓形塊的橫向中線；所述多晶硅柵與第二源極區(qū)之間，以及外延層凸臺結(jié)構(gòu)之間均設(shè)置有二氧化硅層。本發(fā)明有效減小了柵漏寄生電容，從而有效減小了器件工作時候的開關(guān)損耗，同時顯著增強了器件開關(guān)工作狀態(tài)下抑制誤開啟的能力。
文檔編號H01L29/78GK102437191SQ20111039992
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者劉偉, 王凡 申請人:蘇州硅能半導體科技股份有限公司