[發(fā)明專利]縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910185330.1
• 申請日: 2009-11-05
• 公開（公告）號: CN101814436A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 易揚波;李海松;王欽;劉俠;陶平
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州博創(chuàng)集成電路設(shè)計有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/20;H01L21/8234
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種硅制高壓功率金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制備方法，更準確的講，涉及一種硅制縱向高壓深槽金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，功率器件在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，它較功率雙極型器件更具有優(yōu)勢。在功率應(yīng)用中使用功率金屬氧化物半導(dǎo)體管具有以下好處：首先是驅(qū)動電路，功率金屬氧化物半導(dǎo)體管的驅(qū)動電路比較簡單。雙極型晶體管可能需要多達20％的額定集電極電流以保證飽和度，而金屬氧化物半導(dǎo)體管需要的驅(qū)動電流則小得多，而且通常可以直接由互補型金屬氧物半導(dǎo)體晶體管或者集電極開路晶體管-晶體管邏輯驅(qū)動電路驅(qū)動。其次，金屬氧化物半導(dǎo)體管的開關(guān)速度比較迅速，金屬氧化物半導(dǎo)體管是一種多數(shù)載流子器件，能夠以較高的速度工作，因為沒有電荷存儲效應(yīng)。其三，金屬氧化物半導(dǎo)體管沒有二次擊穿失效機理，它在溫度越高時往往耐力越強，而且發(fā)生熱擊穿的可能性越低。它們還可以在較寬的溫度范圍內(nèi)提供較好的性能。此外，金屬氧化物半導(dǎo)體管具有并行工作能力，具有正的電阻溫度系數(shù)。溫度較高的器件往往把電流導(dǎo)向其它金屬氧化物半導(dǎo)體管，允許并行電路配置。而且還有一個好處是，金屬氧化物半導(dǎo)體管的漏電極和源極之間形成的寄生二極管可以充當箝位二極管，在電感性負載開關(guān)中特別有用。因此，研究出性能更好的功率金屬氧化物半導(dǎo)體管是眾多研究者們的重點課題。如今，功率器件正向著提高工作電壓、增大工作電流、減小導(dǎo)通電阻和集成化的方向快速發(fā)展。但是在傳統(tǒng)的功率器件中，對于理想的N溝道功率半導(dǎo)體管(器件的導(dǎo)通電阻只考慮漂移區(qū)的導(dǎo)通電阻)，導(dǎo)通電阻和擊穿電壓之間存在一個2.5次方的關(guān)系，導(dǎo)通電阻受擊穿電壓限制而存在一個極限——稱之為“硅限”(Silicon?Limit)，而無法再繼續(xù)降低。在現(xiàn)有技術(shù)中，有人提出采用P型、N型硅半導(dǎo)體材料柱狀相互交替排列的結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體管中的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)濃度可以比同等耐壓水平的傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體管的漂移區(qū)濃度高一個數(shù)量級左右，因此，這種器件的導(dǎo)通電阻較小。

目前，在現(xiàn)有技術(shù)中，這種漂移區(qū)采用P型、N型硅半導(dǎo)體材料柱狀相互交替排列的結(jié)構(gòu)的功率金屬氧化物半導(dǎo)體管的制備方法是在硅材料上采用多次外延離子注入工藝的方法，但是這種工藝難度很大，并且涉及到版對準難、P型半導(dǎo)體區(qū)和N型半導(dǎo)體區(qū)相互擴散嚴重等一系列問題，使得使用多次外延離子注入這種工藝得到的器件的性能并不好，而且成本也很高，不利于器件的市場推廣。在現(xiàn)有技術(shù)中，也有人提出在N型外延層中刻蝕深槽，然后在深槽中填充含有P型雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體，但是由于在制備高壓器件中，槽很深，在槽填充的工藝過程中，容易在深槽中形成空洞，從而影響器件的可靠性。也有人提出在深槽刻蝕后，在深槽的側(cè)壁及底部先填充P型摻雜的多晶硅，然后利用熱退火工藝，使多晶硅中的P型雜質(zhì)擴散到深槽側(cè)壁及底部的硅中，接著將多晶硅刻蝕掉，最后在深槽中填滿二氧化硅，但是這種方法同樣帶來一個難題：深槽側(cè)壁上的多晶硅難以刻蝕掉，并且工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容：

針對現(xiàn)有硅制漂移區(qū)PN間隔結(jié)構(gòu)的縱向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)的制備方法上遇到的問題，本發(fā)明提出了一種用槽刻蝕和槽填充工藝制作的縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，這種方法工藝可控性高、工藝成本低，制作出來的器件的性能高。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，包括如下步驟：首先取一塊N型摻雜類型半導(dǎo)體襯底，然后在N型摻雜類型半導(dǎo)體襯底上生長N型摻雜類型半導(dǎo)體外延層，接著在N型摻雜類型半導(dǎo)體外延層上生成間隔距離相等的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，接著從P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)向N型摻雜類型半導(dǎo)體外延層刻蝕并形成深槽，深槽穿過P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，接著向深槽中填充熔融的硼磷硅玻璃，接著將表面多余的硼磷硅玻璃去除，然后采用熱退火工藝，使得硼磷硅玻璃中的硼雜質(zhì)和磷雜質(zhì)擴散進入到深槽底部及側(cè)壁的硅中，在深槽底部及側(cè)壁上形成P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，同時硼磷硅玻璃變成摻雜濃度很低的二氧化硅介質(zhì)層，接著在P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)中生成N型摻雜半導(dǎo)體源區(qū)，最后依次生成柵氧化層，多晶硅柵和金屬層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)也采用了P型摻雜和N型摻雜半導(dǎo)體區(qū)橫向相互交替排列的形式，使得該器件結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻低于同樣耐壓等級的傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體管。