本发明专利技术公开了一种沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管及其制备方法。该晶体管包括衬底、外延层、体区、第一栅介质层、栅极和源区；外延层层叠设置于衬底上，体区层叠设置于外延层上，外延层和体区中开设有沟槽，沟槽的开口位于外延层的上表面、槽底位于体区中；第一栅介质层和栅极均设置于沟槽中；部分栅极设置于体区中、部分栅极设置于外延层中，第一栅介质层用于间隔栅极与体区和栅极与外延层，源区设置于体区中。该沟槽型VDMOS器件能够使得半导体器件的发热量和能耗都得到显著的降低，运行速度得以提升。运行速度得以提升。运行速度得以提升。
【技术实现步骤摘要】
沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管及制备方法
[0001]本专利技术涉及半导体器件
，特别是涉及一种沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管的制备方法。
技术介绍
[0002]垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管(Vertical Double Diffusion Metal Oxide Semiconductor，简称VDMOS)是通过源区和体区离子注入的纵向扩散距离差来形成沟道。VDMOS兼有双极晶体管和普通MOS器件的优点。与双极晶体管相比，它具有开关速度快、开关损耗小、输入阻抗高，驱动功率小；频率特性好、跨导高度线性等优点，广泛应用于电机调速、逆变器、开关电源等设备中。
[0003]沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管因在其制程中引入设置栅极的沟槽而得名。具体来说，栅极设置于位于体区的沟槽中，电流经体区流入源区时，通过控制栅极的电压可以控制电流的通断，实现了晶体管的开关。传统的沟槽型VDMOS器件的运行速度仍然有限，不适用于一些需要强调快速响应的应用场景，因而该沟槽型VDMOS器件的运行速度还有待于进一步提高。
技术实现思路
[0004]基于此，有必要提供一种能够使得沟槽型VDMOS的运行速度得到提高的沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，进一步地，提供一种对应的制备方法。
[0005]一种沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其包括衬底、外延层、体区、第一栅介质层、栅极和源区；
[0006]所述外延层层叠设置于所述衬底上，所述体区层叠设置于所述外延层上，所述外延层和所述体区中开设有沟槽，所述沟槽槽口位于所述体区的上表面且槽底位于所述外延层中，所述第一栅介质层和所述栅极均设置于所述沟槽中；所述栅极部分设置于所述体区中且部分设置于所述外延层中，所述第一栅介质层用于间隔所述栅极与所述体区并用于间隔所述栅极与所述外延层，所述源区设置于所述体区中；
[0007]其中，所述体区的掺杂类型为第一掺杂类型，所述外延层和所述源区的掺杂类型为与所述第一掺杂类型不同的第二掺杂类型，所述体区为硅基体区，所述源区为碳化硅基源区。
[0008]在其中一个实施例中，还包括第二栅介质层和应变区，所述应变区设置于所述栅极的下方，所述应变区位于所述外延层中且接触所述外延层设置，所述第二栅介质层设置于所述应变区与所述栅极之间，所述应变区与所述外延层的掺杂类型相同，所述外延层为硅基外延层，所述应变区为碳化硅基应变区。
[0009]在其中一个实施例中，所述应变区中的掺杂浓度高于所述外延层的掺杂浓度。
[0010]在其中一个实施例中，所述应变区的厚度为0.1μm～1μm。
[0011]在其中一个实施例中，所述栅极在所述应变区上的正投影覆盖所述应变区。
[0012]在其中一个实施例中，所述栅极的厚度为0.1μm～5μm。
[0013]在其中一个实施例中，所述源区也设置于所述沟槽中。
[0014]在其中一个实施例中，所述沟槽为台阶位于所述体区中的台阶孔结构，且内径较大的一段位于上方，其中，所述源区位于所述台阶孔结构中内径较大的一段，所述栅极位于所述台阶孔结构中内径较小的一段。
[0015]在其中一个实施例中，还包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层电连接所述源区，所述第二金属层电连接所述衬底。
[0016]在其中一个实施例中，还包括图案化的阻隔层，所述源区露出于所述体区的上表面，所述阻隔层整体覆盖所述体区、所述源区和所述栅极，所述第一金属层穿过所述阻隔层并接触所述源区和所述体区。
[0017]在其中一个实施例中，还包括源区氧化层和体区氧化层，所述源区氧化层设置于所述阻隔层与所述源区之间，所述体区氧化层设置于所述阻隔层与所述体区之间。
[0018]在上述其中一个实施例的沟槽型VDMOS中，源区设置于体区中相接触，且体区与源区接触，则体区的硅与源区的碳化硅之间的晶格会产生晶格畸变，硅与碳化硅之间的界面处的硅原子的间距加大，电子在界面处通行时会受到更小的阻碍，也就是相当于减小了电阻。当MOS管开启时，电流能够沿着界面处快速流通，使得半导体器件的发热量和能耗都得到显著的降低，运行速度得以提升。
[0019]在上述其中一个实施例的沟槽型VDMOS中，在栅极下方进一步设置了碳化硅应变区，进一步提高了该器件的运行速度。
[0020]进一步地，一种沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管的制备方法，其包括如下步骤：
[0021]在包括依次层叠设置的衬底、外延层和体区的基底上刻蚀沟槽，所述沟槽开口于所述外延层的上表面、槽底位于所述体区中，并制备源区及在所述沟槽中制备第一栅介质层和栅极；
[0022]所述源区设置于所述体区中且与所述栅极间隔设置，部分栅极设置于所述体区中、部分栅极设置于所述外延层中，所述第一栅介质层用于间隔所述栅极与所述体区和所述栅极与所述外延层；
[0023]其中，所述体区的掺杂类型为第一掺杂类型，所述外延层和所述源区的掺杂类型为与所述第一掺杂类型不同的第二掺杂类型，所述体区为硅基体区，所述源区为碳化硅基源区。
[0024]在其中一个实施例中，还包括在所述沟槽中制备应变层和第二栅介质层的步骤，所述应变层制备于所述栅极下方、位于所述外延层中且接触所述外延层设置，所述第二栅介质层制备于所述栅极与所述应变层之间。
[0025]在其中一个实施例中，形成所述沟槽、并制备源区及在所述沟槽中制备所述第一栅介质层、所述栅极、所述应变层和所述第二栅介质层的过程具体为：
[0026]刻蚀第一凹槽，所述第一凹槽开口于所述体区上表面且位于所述体区内，并在所述第一凹槽内形成紧靠所述第一凹槽侧壁、且覆盖部分槽底的阻挡层侧墙；
[0027]在所述第一凹槽底部未被所述阻挡层侧墙覆盖的部分继续刻蚀至所述外延层内，形成第二凹槽，并于所述第二凹槽侧壁上制备第一栅介质层；
[0028]在所述第二凹槽底部未被所述第一氧化层覆盖的部分继续刻蚀，形成第三凹槽；所述沟槽包括所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽；
[0029]去除所述阻挡层侧墙，并在所述沟槽内未被所述第一栅介质层覆盖的区域生长第二掺杂类型的碳化硅材料，制备所述源区和所述应变层；
[0030]在所述应变层上制备所述第二栅介质层，并在所述第二栅介质层上制备栅极。
[0031]传统的沟槽型VDMOS器件仅制备了用于填充栅极的沟槽，源区采用掩模注入的方式形成。并且，即使针对于本文提供的沟槽型VDMOS器件，依据通常的设计思路，也是会从下往上依次制备，即形成沟槽，再填充应变层并回刻，再制备第二栅介质层，再制备第一栅介质层及栅极，最后再刻蚀及制造源区。而上述其中一个实施例提供的制备方法则巧妙利用了阻挡层侧墙，形成了可以同时填充源区和应变区的沟槽。上述实施例巧妙地将沟槽的刻蚀过程分为三步，同时在沟槽侧壁形成第一栅介质层并利用第一栅介质层进行阻挡，一次性完成了源区和应变区的制备。相比于直接分别制备每一层，上述制备方法能够节约实际制备过程中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于，包括衬底、外延层、体区、第一栅介质层、栅极和源区；所述外延层层叠设置于所述衬底上，所述体区层叠设置于所述外延层上，所述外延层和所述体区中开设有沟槽，所述沟槽槽口位于所述体区的上表面且槽底位于所述外延层中，所述第一栅介质层和所述栅极均设置于所述沟槽中；所述栅极部分设置于所述体区中且部分设置于所述外延层中，所述第一栅介质层用于间隔所述栅极与所述体区并用于间隔所述栅极与所述外延层，所述源区设置于所述体区中；其中，所述体区的掺杂类型为第一掺杂类型，所述外延层和所述源区的掺杂类型为与所述第一掺杂类型不同的第二掺杂类型，所述体区为硅基体区，所述源区为碳化硅基源区。2.根据权利要求1所述的沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于，还包括第二栅介质层和应变区，所述应变区设置于所述栅极的下方，所述应变区位于所述外延层中且接触所述外延层设置，所述第二栅介质层设置于所述应变区与所述栅极之间，所述应变区与所述外延层的掺杂类型相同，所述外延层为硅基外延层，所述应变区为碳化硅基应变区。3.根据权利要求2所述的沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于，所述应变区中的掺杂浓度高于所述外延层的掺杂浓度；和/或所述应变区的厚度为0.1μm～1μm；和/或所述栅极的厚度为0.1μm～5μm。4.根据权利要求1～3任一项所述的沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于，所述源区也设置于所述沟槽中。5.根据权利要求4所述的沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于，所述沟槽为台阶孔结构，所述台阶孔结构中的台阶位于所述体区内，且内径较大的一段位于上方，其中，所述源区位于所述台阶孔结构中内径较大的一段，所述栅极位于所述台阶孔结构中内径较小的一段。6.根据权利要求1～3及5任一项所述的沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其特征在于，还包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层电连接所述源区，所述第二金属层电连接所述衬底。7.根据权利要求6所述的沟槽型垂直双扩散金属氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：马万里，
申请(专利权)人：深圳市昭矽微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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