专利名称：沟槽型双层栅功率mos器件的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种沟槽型双层栅功率MOS器件的制备方法。
背景技术：
沟槽型MOS晶体管即为栅极制备在沟槽中的一种MOS晶体管类型，通常耐击穿电 压在20V以上。现有的比较先进的沟槽型MOS晶体管为沟槽型双层栅功率MOS器件。图1 所示为一种现有的沟槽型双层栅功率MOS晶体管的结构示意图，这种MOS晶体管的结构，屏 蔽电极将开关电极(即栅极)与漏区隔开(即屏蔽)，有效降低栅漏电容(亦即电路中的米 勒电容)，从而降低器件的开关时间和开关损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽型双层栅功率MOS器件的制备方法， 它可以在与传统结构通态电阻相同的情况下提高器件的耐压。为解决上述技术问题，本发明的沟槽型双层栅功率MOS器件的制备方法，在沟槽 刻蚀形成之后，进行垂直的离子注入在所述沟槽下方形成第一阱区，所述第一阱区的导电 类型与所述MOS晶体管中体区的导电类型相反；同时采用热氧工艺制备两层栅之间的氧化层。本发明的制备方法，在沟槽型双层栅功率MOS器件的沟槽底部形成阱结构，该结 构第一阱区与外延层里的载流子相互耗尽，使得栅极和漏极之间的寄生电容更小，因此具 有更快的开关速度和更少的开关损耗。上述载流子耗尽使MOS器件截止时具有更高的耐压。
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为现有的沟槽型双层栅功率MOS器件的结构示意图；图2为采用本发明的方法制备的沟槽型功率双层栅功率MOS器件的结构示意图；图3为实施本发明的制备方法中沟槽刻蚀后的结构示意图；图4为实施本发明的制备方法中沟槽下方形成第一阱区后的结构示意图；图5为实施本发明的制备方法中下层栅形成后的结构示意图；图6为实施本发明的制备方法中上层栅形成后的结构示意图；图7为实施本发明的制备方法中源区离子注入的示意图；图8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9为实施本发明的制备方法中接触孔底部欧姆接触区后的结构示意图。
具体实施例方式本发明的沟槽型双层栅功率MOS器件的制备方法，为在沟槽刻蚀形成之后，进行垂直的离子注入在沟槽下方形成第一阱区，第一阱区的导电类型与MOS晶体管中体区的导 电类型相反，同时采用热氧工艺制备两层栅之间的氧化层，最终形成如图2所示的MOS晶体 管结构。本发明的方法集成在传统的沟槽型双层栅功率MOS晶体管的制备工艺中，具体为(1)在有硬阻挡层的保护下，刻蚀衬底形成沟槽，接着对沟槽下方进行离子注入， 所注入的离子的导电类型与体区相同，在沟槽下方形成第一阱区(见图4)。注入之后最好 再进行退火处理以推进阱的深度。注入的离子剂量范围为IO12 IOw原子/cm2，注入能量 为10-2000KeV。退火处理的温度为:350-1200°C，处理时间为10秒-10小时。2)接着是沟槽内壁的氧化层生长，之后是第一层多晶硅的淀积并回刻，形成下层 栅(为该器件的屏蔽电极层，见图幻。在沟槽内壁的氧化层生长之前，还可进行牺牲氧化层 的生长和去除工艺。而沟槽下方的离子注入工艺也可在牺牲氧化层生长之后进行，离子注 入后再去除该牺牲氧化层。3)而后是采用热氧工艺生长下层栅上的氧化层，沟槽侧壁的氧化层也一并形成。 一种具体的做法为先采用离子注入工艺将氮离子注入到沟槽侧壁表面(即为没被下层栅 覆盖的沟槽表面)，而不注入到底下的下层栅表面；接着进行热氧生长，使沟槽侧壁的硅和 下层栅表面的多晶硅氧化生成氧化层，因有氮离子存在的沟槽侧壁的氧化速度比多晶硅的 氧化速度慢，因此可以在下层栅表面形成足够厚且均勻致密的氧化层。氮离子注入工艺中， 所注入的氮离子剂量为1011 IO"5原子/cm2，氮离子束与衬底垂直轴的夹角为1 85度， 注入能量为10 200KeV。而另一种做法为先采用离子注入工艺将氟离子注入至下层栅的 表面，沟槽侧壁不注入氟离子；之后进行热氧生长，使沟槽侧壁的硅和下层栅表面的多晶硅 氧化生成氧化层，也可以在下层栅上形成足够厚且均勻致密的氧化层。氟离子注入工艺中， 氟离子的注入剂量为=IO11 IO16原子/cm2，注入能量为10 200KeV。4)而后是第二层多晶硅的淀积，刻蚀后形成上层栅(见图6)(也称为开关电极)。5)而后同样是采用常规工艺进行体区的离子注入和源区的离子注入(见图7)，以 及在形成了上述结构的衬底上淀积层间膜，接着刻蚀层间膜形成接触孔。6)在接触孔刻蚀形成之后(见图8)，在接触孔下方进行离子注入，形成欧姆接触 区，以与接触孔内的钨金属进行欧姆接触(见图9)。后续其它工艺与传统的沟槽双层栅MOS器件制程完全一致，最终形成如图2所示 的器件结构。
权利要求
1.一种沟槽型双层栅功率MOS器件的制备方法，其特征在于在沟槽刻蚀形成之后，进 行垂直的离子注入在所述沟槽下方形成第一阱区，所述第一阱区的导电类型与所述MOS器 件中体区的导电类型相同；同时采用热氧工艺制备双层栅之间的氧化层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述离子注入步骤在沟槽形成后、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，其特征在于所述离子注入步骤在牺牲氧化层生 长后，所述牺牲氧化层去除前进行。
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，其特征在于所述离子注 入中，所注入的离子剂量为IO12 IOw原子/cm2，注入能量为10-2000KeV。
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，其特征在于所述进行离 子注入后，还进行退火处理，以推进所形成的第一阱区。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述退火处理的温度为 350-1200°C，时间为:10秒-10小时。
7.按照权利要求1-3中任一项权利要求所述的制备方法，其特征在于所述双层栅中 下层栅制备形成之后，进行所述下层栅上氧化层的生长之前，增加将氟离子注入到所述下 层栅表面的步骤。
8.按照权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述氟离子的注入剂量为IO11 IO16 原子/cm2，注入能量为10 200KeV。
9.按照权利要求1-3中任一项权利要求所述的制备方法，其特征在于所述双层栅中 下层栅制备形成之后，进行所述下层栅上氧化层的生长之前，增加将氮离子注入到沟槽侧 壁表面的步骤。
10.按照权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述氮离子的注入剂量为IO11 IO16原子/cm2，注入能量为10 200KeV，注入角度为1-85度。
全文摘要
本发明公开了一种沟槽型双层栅功率MOS器件的制备方法，为在沟槽刻蚀形成之后，进行垂直的离子注入在所述沟槽下方形成第一阱区，所述第一阱区的导电类型与所述MOS晶体管中体区的导电类型相同；同时采用热氧工艺制备双层栅之间的氧化层。本发明的制备方法，使得栅极和漏极之间的寄生电容更小，因此使所得MOS器件具有更快的开关速度和更少的开关损耗。
文档编号H01L21/336GK102130001SQ20101002731
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者沈浩峰, 缪进征, 金勤海 申请人:上海华虹Nec电子有限公司