[发明专利]低栅漏电容的沟槽MOS器件及其制造方法

权利要求书

1.一种低栅漏电容的沟槽MOS器件，该器件的有源区（1）由若干个并联排列的沟槽MOS单胞（2）构成；在有源区（1）的截面上，每个沟槽MOS单胞（2）包括位于硅片背面的第一导电类型重掺杂的漏极区（3），位于所述漏极区（3）上方的第一导电类型轻掺杂的外延层（4）；位于所述外延层（4）内上部的第二导电类型的阱层（5）；穿过所述阱层（5）并延伸至外延层（4）内的沟槽（6）；在所述阱层（5）上部内且位于所述沟槽（6）周边第一导电类型重掺杂的第一源极区（7），其特征在于：

所述沟槽（6）的底部为半圆弧形，此半圆弧形直径不小于沟槽（6）开口尺寸，位于沟槽（6）中央设置有作为源极区且填充第一导电类型重掺杂导电多晶硅的第二源极区（8），此第二源极区（8）由矩形块（9）和位于此矩形块（9）下端的椭圆形块（10）组成；此矩形块（9）的上表面低于所述外延层（4）上表面；椭圆形块（10）横向尺寸大于矩形块（9）横向尺寸；所述矩形块（9）周边且位于沟槽（6）内设置有作为栅极区的第一导电类型重掺杂的多晶硅栅（11），此多晶硅栅（11）上表面截止于所述外延层（4）上表面，多晶硅栅（11）下表面为曲面，此曲面弧度与位于其下部的椭圆形块（10）的表面弧度相近似，多晶硅栅（11）的曲面最深处不超过所述椭圆形块（10）的横向中线；所述多晶硅栅（11）与第二源极区（8）之间设置有二氧化硅层（12）实现电隔离，所述多晶硅栅（11）和外延层（4）之间设置有栅氧化层（13）实现电隔离。

2.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于：所述漏极区（3）底面有下金属层（14），此下金属层（14）作为沟槽MOS器件漏极金属层；所述外延层（4）上表面设有层间介质层（15），此层间介质层（15）上表面设置有上金属层（16），所述层间介质层（15）中存在接触孔，用以连接上金属层（16）和沟槽MOS的第一源极区（7）和第二源极区（8）。

3.根据权利要求2所述的沟槽MOS器件，其特征在于：所述连接第一源极区（7）的接触孔向下延伸穿过所述第一源极区（7），底部位于所述阱层（5）内；所述接触孔底部被第二导电类型重掺杂的阱接触区（17）包围。

4.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于：所述矩形块（9）侧壁垂直于所述外延层（4）表面；所述沟槽（6）侧壁垂直于外延层表面；所述多晶硅栅（11）的侧壁垂直于外延层（4）表面。

5.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于：所述曲面弧度与位于其下部的椭圆形块（10）的表面弧度相同。

6.根据权利要求1所述的沟槽MOS器件，其特征在于：所述阱层（5）的下底面高于所述多晶硅栅（11）下底面的最低点。

7.一种用于制造所述权利要求1低栅漏电容的沟槽MOS器件的制造方法，其特征在于：该方法包括下列工艺步骤：

步骤一、在作为MOS漏极区的第一导电类型重掺杂的单晶硅衬底上，生长第一导电类型轻掺杂的单晶硅外延层；

步骤二、在外延层表面生长衬垫氧化层，在衬垫氧化层表面沉积低应力氮化硅介质层，形成由衬垫氧化层和氮化硅介质层构成的复合介质层；

步骤三、对复合介质层实施光刻，定义出沟槽图形；

步骤四、采用干法刻蚀方法，选择性除去未被光刻胶保护的复合介质层，曝露出沟槽图形对应的外延层，而除去光刻胶后保留下来的复合介质层作为介质硬掩膜使用；

步骤五、以介质硬掩膜为保护，采用干法刻蚀方法选择性除去曝露出的外延层单晶硅，在外延层中形成沟槽;沟槽之间形成单晶硅凸台结构；

步骤六、在整个结构表面沉积低应力氮化硅；

步骤七、采用干法刻蚀方法，除去沟槽底部的氮化硅层，曝露出沟槽底部的外延层，沟槽侧壁形成氮化硅侧墙，单晶硅凸台顶部有介质硬掩膜保护；

步骤八、采用各向同性气相刻蚀方法，选择性除去曝露的外延层单晶硅，在沟槽底部形成椭圆形洞结构;椭圆形洞横向尺寸大于沟槽开口尺寸；

步骤九、采用湿法腐蚀方法，选择性去除氮化硅侧墙，曝露出沟槽侧壁的外延层单晶硅；构成介质硬掩膜的氮化硅介质层有少量损失；

步骤十、在整个结构表面均匀生长二氧化硅层，单晶硅凸台顶部有介质硬掩膜保护，不会生长二氧化硅层；

步骤十一、在整个结构上沉积第一导电类型重掺杂的导电多晶硅层，完全填充满上表面的凹陷；

步骤十二、采用干法刻蚀方法，选择性除去部分导电多晶硅，使导电多晶硅层上表面与单晶硅凸台上表面平齐；

步骤十三、在整个结构表面生长二氧化硅层，单晶硅凸台顶部有介质硬掩膜保护，不会生长二氧化硅层;导电多晶硅顶部生长的二氧化硅层厚度远大于构成介质硬掩膜的衬垫氧化层的厚度;导电多晶硅被二氧化硅层包围，封闭在沟槽结构中，构成第二源极区；第二源极区上部为矩形块结构，矩形块向下延伸入椭圆形块中，椭圆形块横向尺寸大于矩形块横向尺寸;

 步骤十四、采用湿法腐蚀方法，选择性除去部分氮化硅;使氮化硅介质层的图形开口尺寸大于沟槽开口尺寸，但小于沟槽底部圆弧形洞的横向尺寸;部分曝露出沟槽两侧的单晶硅凸台及覆盖其上衬垫氧化层；

步骤十五、采用湿法腐蚀方法，选择性去除未被氮化硅介质层保护的衬垫氧化层;至此，介质硬掩膜图形开口尺寸大于沟槽开口尺寸，小于沟槽底部圆弧形洞横向尺寸，第二源极区依然被二氧化硅层覆盖保护；

步骤十六、采用干法刻蚀方法，选择性去除未被介质硬掩膜保护的外延层单晶硅，形成一系列沟槽，沟槽向下延伸，遇到覆盖椭圆形块结构的二氧化硅层后刻蚀过程自动停止；

步骤十七步、采用湿法腐蚀，去除介质硬掩膜;在整个结构表面均匀生长栅氧化层；

步骤十八、在整个结构上沉积第一导电类型重掺杂的导电多晶硅层，通过干法刻蚀方法形成MOS器件多晶硅栅；至此，在外延层中形成了包含第二源极区和多晶硅栅的沟槽结构，以及沟槽之间的单晶硅凸台结构；

步骤十九、实施光刻，曝露出MOS器件有源区，进行第二导电类型的离子注入和热退火，在单晶硅凸台上部形成第二导电类型的阱层，阱层下底面高于多晶硅栅下底面的最低点；

步骤二十、实施光刻，曝露出MOS器件有源区，进行第一导电类型的离子注入和热退火，在阱层内单晶硅凸台上表面形成第一导电类型重掺杂的第一源极区；

步骤二十一、在整个结构表面沉积二氧化硅层，或者二氧化硅层和氮化硅层构成的复合介质层，构成器件层间介质层；

步骤二十二、实施光刻定义出接触孔图形，经过对层间介质层和单晶硅的干法刻蚀，在阱层中制作出底部低于第一源极区的接触孔;与此同时，经过对层间介质层和导电多晶硅的干法刻蚀，形成连接第二源极区的接触孔；

步骤二十三、以层间介质层为保护，通过接触孔进行第二导电类型的离子注入，使阱层内接触孔底部形成第二导电类型重掺杂的阱接触区;而导电多晶硅的第一导电类型掺杂浓度远大于注入的第二导电类型的离子浓度，因此不受影响；

步骤二十四、沉积金属钛粘结层和氮化钛阻挡层到整个结构表面，随后沉积钨层，进行钨的干法刻蚀形成填充钨的接触孔；

步骤二十五、沉积上金属层到整个结构表面，实施光刻定义出源极金属电极区域，并进行刻蚀形成源极金属电极； 

步骤二十六、在作为MOS漏极区的第一导电类型重掺杂单晶硅衬底的底面上沉积下金属层形成漏极金属电极。