[發明專利]CoolMOS的縱向區的制造方法

有效

• 申請號: 200910057736.1
• 申請日: 2009-08-07
• 公開（公告）號: CN101989553A
• 公開（公告）日: 2011-03-23
• 發明（設計）人: 劉遠良;張帥
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/20;H01L21/265;H01L21/306
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 顧繼光

技術領域

本發明涉及一種半導體器件的制造工藝，特別是涉及一種CoolMOS的制造工藝。

背景技術

CoolMOS是一種新型的高壓MOS管，又稱超級結(Superjunction)MOS管。其優點是在耐高壓工作的同時可以提供比傳統高壓MOS管小一個數量級的導通電阻；除低導通電阻外，還具有低功耗和低開關時間的優勢。

請參閱圖1，這是CoolMOS的基本結構示意圖。在重摻雜N型硅襯底10上生長有一層輕摻雜N型外延層11，外延層11內具有P型縱向區12。該P型縱向區12上抵外延層11上表面，下達外延層11內或者外延層11與硅襯底10的分界面。外延層11之上有二氧化硅層13和多晶硅層14。二氧化硅層13兩側的外延層11內有P型體注入區15和重摻雜N型源注入區16。該CoolMOS器件的柵極G是多晶硅層14，柵氧化層是二氧化硅層13，源極S是源注入區16，漏極D是硅襯底10。

CoolMOS器件的特征是在N型外延層11引入了從外延層11的上表面向下延伸的P型縱向區12。P型縱向區12的底部可以延伸到外延層11中，也可延伸至硅襯底10上表面。這種結構導致MOS管在高壓工作狀態下除了產生縱向的從源極S到漏極D的縱向電場外，還有橫向的PN區出現的橫向電場。在兩個電場的共同作用下導致電場在橫向和縱向上可均勻分布，從而實現在低電阻率外延層上制造高耐壓MOS管。

圖1所示的CoolMOS是基于PMOS的，圖2給出了一種基于NMOS的CoolMOS基本結構，其各部分的摻雜類型(P型、N型)與圖1完全相反。

CoolMOS器件制造的難點在于形成較厚的外延層及其中較高的縱向區。典型的CoolMOS器件出于耐高壓的需要，縱向區高度至少為30-40μm，外延層高度大于或等于縱向區高度。

請參閱圖3，這是一種現有的CoolMOS的縱向區的制造方法，以基于PMOS的CoolMOS為例，包括如下步驟：

第1步，在N型硅襯底10上生長一層N型外延層11。

第2步，采用光刻工藝，在N型外延層11中定義出離子注入窗口區110，其余區域被光刻膠20覆蓋，離子注入窗口110的位置就是P型縱向區的位置。

第3步，在離子注入窗口110中采用離子注入工藝注入P型雜質，形成P型縱向區12。

重復上述第1-3步，直至達到預定的外延層11的厚度。此時，P型縱向區12也達到了預定的高度。

目前一次生長外延層+離子注入只能形成5-6μm高度的縱向區，需要多次重復生長外延層+離子注入才能最終形成CoolMOS器件所需厚度的外延層及其中所需高度的縱向區。因此這種方法工藝復雜，工藝時間很長，并且加工成本很高。

請參閱圖4，這是另一種現有的CoolMOS的縱向區的制造方法，仍以基于PMOS的CoolMOS為例，包括如下步驟：

第1’步，在N型硅襯底10上生長一層N型外延層11，該外延層11的厚度就是CoolMOS器件要求的外延層的厚度。

第2’步，采用光刻和刻蝕工藝，在N型外延層11中刻蝕出溝槽110，溝槽110的位置就是P型縱向區的位置，溝槽110的深度就是P型縱向區的高度。溝槽110的底部可以在外延層11中，也可以到達硅襯底10的上表面。

第3’步，在溝槽110中采用外延工藝淀積P型單晶硅，將溝槽110填充，形成P型縱向區12。

目前一次外延生長+溝槽刻蝕+外延淀積填充可以填充40-50μm的溝槽，但能做到無空洞填充的溝槽深度在30μm以下。當CoolMOS器件要求30μm以上高度的縱向區時，采用這種工藝所形成的縱向區12中有空洞120存在(如圖4所示)。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種CoolMOS的縱向區的制造方法，該方法的工藝簡單，所形成的縱向區中沒有空洞。

為解決上述技術問題，本發明CoolMOS的縱向區的制造方法包括如下步驟：

第1步，采用外延工藝，在硅襯底上生長一層外延層；

第2步，采用光刻工藝，在外延層上定義出離子注入窗口，離子注入窗口的位置就是P型縱向區的位置；

第3步，采用離子注入工藝，在離子注入窗口中注入雜質，形成縱向區；

重復上述第1-3步，直至外延層11達到厚度a’，此時形成的總的外延層為第一外延層，形成的總的縱向區為第一縱向區；

第一縱向區底部在外延層下表面或更上方；