[发明专利]一种VDMOS器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种VDMOS器件及其制造方法。

背景技术

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VDMOS。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侧，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。

常规的沟槽型VDMOS制造方法通常包括在硅衬底的外延层内部形成栅极沟槽，并在栅极沟槽内部形成栅氧化层和多晶硅，然后进行离子注入，在所述外延层内部形成体区，再注入不同类型的离子，在栅极沟槽两侧形成源区，最后形成介质层及金属层等。

目前，沟槽型VDMOS的发展方向是降低开关速度和开关损耗、减小芯片面积、降低导通电阻、提高器件耐压等。作为沟槽型VDMOS制造工艺控制的关键参数之一，接触电阻的大小将会直接影响器件的导通电阻、开关速度和开关损耗等性能指标。由于沟槽型VDMOS的接触电阻由漏极接触电阻和源极接触电阻两部分组成，现在通常通过背面减薄、背面注入、背面电极结构等方面工艺改进来减小漏极接触电阻，而源极接触电阻主要通过对器件结构的设计，如外延结构和电极结构等优化设计来改进提高，然而这些方法存在增加工艺难度和提高制造成本等问题。

发明内容

本发明提供一种VDMOS器件及其制造方法，该制造方法在不改变器件结构、不增加器件制造工艺难度以及制造成本的情况下即可降低器件的接触电阻，提高器件性能；该VDMOS器件的接触电阻小，器件性能良好。

本发明提供的一种VDMOS器件的制造方法，包括如下步骤：

在硅衬底的外延层内部形成栅极沟槽；

在所述栅极沟槽内部形成栅氧化层；

在形成有所述栅氧化层的栅极沟槽内部填充多晶硅；

向填充有所述多晶硅的硅衬底注入离子，在所述外延层内部形成体区；

在所述体区上形成源区注入掩膜；

向形成有所述源区注入掩膜的硅衬底依次注入第一离子和第二离子，经退火处理，在所述栅极沟槽两侧形成源极接触区，其中所述第一离子和第二离子的类型相同，并且所述第一离子的能量大于所述第二离子的能量，所述第一离子的剂量小于所述第二离子的剂量；

去除所述源区注入掩膜，并在形成有所述源极接触区的硅衬底上形成一层或多层介质层；

在所述介质层上形成源极沟槽掩膜；

对形成有所述源极沟槽掩膜的硅衬底进行刻蚀，在所述源极接触区之间形成源极沟槽；

去除所述源极沟槽掩膜，并在形成有所述源极沟槽的硅衬底表面形成金属层。

本发明采用特定的两次源极注入工艺形成源极接触区，特别是首次注入采用高能量、低剂量的离子，第二次注入采用低能量、高剂量的离子，两次源极离子注入会减小阈值电压，从而使沟道电阻减小，进而减小了导通电阻；此外，本发明通过在源极刻蚀沟槽，从而使金属层与源极接触区之间的接触面积增大，减小了源极接触电阻。

在本发明中，可以采用常规方法在硅衬底的外延层内部形成栅极沟槽，例如可以先在所述外延层上形成栅极沟槽掩膜（即具有栅极沟槽图形的掩膜层），然后对所述硅衬底进行刻蚀，从而形成栅极沟槽。

进一步地，所述栅极沟槽的深度为0.1～10um。

在本发明中，所述源区注入掩膜用于在硅衬底的外延层内部的特定位置（即栅极沟槽两侧）形成源极接触区，其可以为具有源区注入图形的掩膜层，例如通过在硅衬底外延层表面形成掩膜层后光刻/刻蚀出源区注入图形，源区注入图形位于源极接触区之间区域上方位置的外部（即在源极接触区之间区域上方形成掩膜层）。

本发明所述的源区注入掩膜的材料可以为本领域常规的材料，例如光刻胶、多晶硅、氮化硅和氧化硅中的一种或多种，例如光刻胶；所述的源极沟槽掩膜的材料可以为光刻胶、多晶硅、氮化硅和氧化硅中的一种或多种。

本发明所述离子的类型为P型，例如硼离子等，所述第一离子和所述第二离子的类型为N型，例如磷离子、砷离子等。在离子注入时，既可以采用单一离子进行，也可以采用同一类型的混合离子进行。

进一步地，所述离子的能量为50～150KeV，剂量为10¹²～10¹⁴/cm²。