CN102103997A - 沟槽型功率mos器件的结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沟槽型MOS晶体管的制备方法，在沟槽刻蚀之后，包括对沟槽进行离子注入在沟槽底部形成导电类型与体区相同的阱的步骤和在部分沟槽内壁表面和硅表面离子注入形成导电类型与体区相同的注入层的步骤；而在刻蚀层间膜形成接触孔之后，对接触孔底部进行两次注入与体区导电类型相同的离子，分别在沟槽底部形成接触阱和在沟槽底部表面形成欧姆接触区，接触阱比欧姆接触区深。采用本发明的制备方法所制备的沟槽型MOS晶体管能提高器件的耐击穿电压，或在相同耐压时大幅度降低器件的通态电阻。

Description

沟槽型功率MOS器件的结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种沟槽型功率MOS器件的结构。本发明还涉及一种沟槽型功率MOS器件的制备方法。
背景技术
在半导体集成电路中，现有的比较先进的沟槽型双层栅功率MOS器件结构如图1所示。这种沟槽型MOS晶体管结构，以NMOS为例，主要依靠N型外延层与P型体区在反偏时，在掺杂浓度较低的N型外延层区形成很宽的耗尽区，以达到高反向击穿电压。而开启时导通电阻(也叫通态电阻)主要由低浓度的N型外延层决定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽型MOS晶体管的制备方法，采用该方法所制备的沟槽型MOS晶体管性能得到较大改善。
为解决上述技术问题，本发明沟槽型MOS晶体管的制备方法，包括在沟槽底部形成导电类型与体区相同的阱的步骤和在部分沟槽内壁表面和硅表面形成导电类型与体区相同的注入层的步骤，所述注入层为所述阱的接触区，用于通过后续形成的接触孔将所述沟槽底部的阱与源极进行电连接；而在刻蚀层间膜形成接触孔之后，对接触孔底部进行两次注入与体区导电类型相同的离子，分别在沟槽底部形成接触阱和在沟槽底部表面形成欧姆接触区，所述接触阱比所述欧姆接触区深。
本发明在现有沟槽型功率器件基础上进一步改进，通过增加沟槽底部注入与接触孔底部注入两个工艺，增加了两个阱区，形成超结结构，提高耐击穿电压、或在相同耐压时大幅度降低通态电阻(也称开启电阻)。而且在制备过程中，只需增加了一块光刻掩膜版用来实现沟槽底部阱的接触区。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有的沟槽型MOS晶体管的结构示意图；
图2为实施本发明的制备方法后形成的沟槽型MOS晶体管的结构示意图；
图3为本发明的一种具体制备方法的流程示意图；
图4为由本发明的制备方法所制备的沟槽型MOS晶体管的版图示意；
图5为实施本发明的制备方法中沟槽刻蚀后的结构示意图；
图6为实施本发明的制备方法中沟槽底部注入的示意图；
图7为实施本发明的制备方法中制备阱的接触区的示意图；
图8为实施本发明的制备方法中栅氧刻蚀形成后的结构示意图；
图9为实施本发明的制备方法中体区注入的示意图；
图10为实施本发明的制备方法中源区注入的示意图；
图11为实施本发明的制备方法中接触孔刻蚀后的结构示意图；
图12为实施本发明的制备方法中接触孔底部两次注入后的结构示意图。
上述图中，a均为沿图4中AA’截面示意图，b均为沿图4中BB’截面示意图。
具体实施方式
本发明的沟槽型MOS晶体管的制备方法，在原有的MOS晶体管的基础上，增加两个阱区，形成超结结构(见图2)。制备流程参见图3，图4为根据本发明的制备方法设计的MOS晶体管的制备版图，介绍如下：
1)选取已淀积外延层的高掺杂硅衬底(外延层跟衬底掺杂类型相同)。生长硬阻挡层，通过光刻定义出沟槽图形，采用刻蚀工艺刻蚀硅衬底形成沟槽(见图5)。
2)对沟槽底部垂直进行离子注入，以形成跟体区掺杂类型相同(与外延漂移区掺杂类型相反)的阱(见图6)，离子注入的能量以及推进的时间温度需进行控制，以保证阱的宽度和形状。注入的离子剂量为1013～1014原子/cm2，注入能量为10～2000KeV。
3)去掉光刻胶及硬阻挡层，热扩散推阱后，通过光刻定义出阱接触区的图形，以保护非接触区域AA’(见图7a)。对接触区域BB’进行掺杂类型与阱的相同的高剂量离子注入，形成注入层(见图7b)，为阱的接触区，用于通过后续形成的接触孔将所述沟槽底部的阱与源极进行电连接。接触区注入的能量应采用较低能量，可选为1～100KeV，较大剂量，约大于1014～1016原子/cm2，且可将离子束与衬底垂直轴的夹角设为1～80度角注入，以保证沟槽侧壁及底部均形成接触区，注入层为所述阱的接触区。
4)去除光刻胶后，跟传统沟槽MOS制备工艺相同，牺牲氧化层生长后去除，之后生长栅氧，而后多晶硅淀积并回刻形成栅极(见图8)。
5)通过离子注入进行体区全面注入，之后去掉光刻胶，推进体区等(见图9)。
6)通过光刻定义出源区图形，通过较低能量较大剂量注入在主器件体区上部形成高掺杂的源区(工艺与现有工艺相同)，见图10a。而在主器件旁边把阱接触区域需要用光刻胶阻挡离子注入，见图10b。
7)去除光刻胶后，层间膜生长后光刻、刻蚀层间膜形成接触孔，这与传统器件相同(见图11)。
8)接触孔底部注入分两次进行，第一次对接触孔沟槽底部进行垂直的较高能量可为10-2000KeV(优选为500KeV)，较小剂量可为1012～1015原子/cm2(优选为1013原子/cm2)的硼注入，确保在接触孔底部形成接触阱；第二次对接触孔沟槽底部进行垂直较低能量可为1～100KeV(优选为60KeV)，较大剂量可为1014～1016原子/cm2的硼注入，确保接触孔底部形成欧姆接触区(见图12)。接触孔底部的两次离子注入顺序可互换，即可先注入在接触孔底部形成欧姆接触区，后注入在接触孔底部形成接触阱。
9)之后的工艺与传统器件相同：先进行接触金属填孔、回刻(可以干刻，也可以用化学机械研磨)，再进行正面金属及后续工艺，最终形成如图2所示的器件结构。
上述工艺中，步骤2和步骤3的两次沟槽离子注入的顺序也可以互换。对沟槽的两次离子注入也可在沟槽内壁的牺牲氧化层生长之后，去除之前进行。

Claims (6)

1.一种沟槽型MOS晶体管的制备方法，其特征在于：在沟槽刻蚀之后，包括采用离子注入工艺在所述沟槽底部形成导电类型与体区相同的阱的步骤和在部分沟槽内壁表面和硅表面形成导电类型与体区相同的注入层的步骤，所述注入层为所述阱的接触区；而在刻蚀层间膜形成接触孔之后，对接触孔底部进行两次注入与体区导电类型相同的离子，分别在沟槽底部形成接触阱和在沟槽底部表面形成欧姆接触区，所述接触阱比所述欧姆接触区深。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述沟槽的离子注入在沟槽形成后、牺牲氧化层生长前进行。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述沟槽的离子注入在牺牲氧化层生长后，所述牺牲氧化层去除之前进行。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的制备方法，其特征在于：所述在沟槽底部形成阱的工艺中，离子注入剂量为：1012～1015原子/cm2，注入能量为：1～2000KeV，该步离子注入之后还进行退火处理，所述退火处理的温度为：400～1200℃，时间为：10秒～10小时。
5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的制备方法，其特征在于：所述阱的接触区注入工艺中，注入离子束与衬底垂直轴的角度设定为：1～80°，注入离子剂量为1014～1016原子/cm2，注入能量：1～100KeV。
6.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的制备方法，其特征在于：所述接触孔底部注入工艺中，两次均为垂直注入，所述接触阱离子注入中能量设置为：10～2000KeV，注入离子剂量为：1012～1015原子/cm2；所述欧姆接触区注入中能量为10～100KeV，注入剂量为1014～1016原子/cm2。
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