專利名稱：縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法
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(zhǔn)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(chǎng)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(lái)越廣泛，特別是功率金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它較功率雙極型器件更具有優(yōu)勢(shì)。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(dòng)電路，功率金屬氧化物半導(dǎo)體管的驅(qū)動(dòng)電路 比較簡(jiǎn)單。雙極型晶體管可能需要多達(dá)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(dòng)電流則小得多，而且通?？梢灾苯佑苫パa(bǔ)型金屬氧物半導(dǎo)體晶體管 或者集電極開(kāi)路晶體管_晶體管邏輯驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。其次，金屬氧化物半導(dǎo)體管的開(kāi)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?yàn)闆](méi) 有電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。其三，金屬氧化物半導(dǎo)體管沒(méi)有二次擊穿失效機(jī)理，它在溫度越高時(shí)往往 耐力越強(qiáng)，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(gè)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(dāng)箝位二極管，在電感性 負(fù)載開(kāi)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(diǎn)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(duì)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(gè)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(gè)極限——稱之為“硅限”(Silicon Limit)，而無(wú)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(gè)數(shù)量級(jí)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(duì)準(zhǔn)難、P型半導(dǎo)體區(qū)和N型半導(dǎo)體區(qū)相互 擴(kuò)散嚴(yán)重等一系列問(wèn)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(chǎng)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(guò)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(kuò)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(lái)一個(gè)難題深槽側(cè)壁上的多晶硅難以刻蝕掉，并且工藝復(fù)ο

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有硅制漂移區(qū)PN間隔結(jié)構(gòu)的縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 的結(jié)構(gòu)的制備方法上遇到的問(wèn)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(lái)的器件的性能
尚ο
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(zhǎng)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(guò)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(kuò)散進(jìn)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(shí)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(diǎn)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(jí)的傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體管。2、本發(fā)明采用了深槽刻蝕和填充工藝，在深槽刻蝕完成之后，將熔融的硼磷硅玻 璃填充到深槽中，然后經(jīng)過(guò)化學(xué)氣相拋光將表面的硼磷硅玻璃刻蝕除去，然后經(jīng)過(guò)退火推 阱工藝使硼磷硅玻璃中的硼雜質(zhì)和磷雜質(zhì)擴(kuò)散到深槽側(cè)壁及底部的硅中，由于硼磷硅玻璃 中的硼雜質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷雜質(zhì)含量，因此，使得深槽側(cè)壁及底部的這部分半導(dǎo)體區(qū)域變 為P型，這種制備方法克服了使用多次外延離子注入這種傳統(tǒng)工藝會(huì)導(dǎo)致所制備出來(lái)的功 率金屬氧化物半導(dǎo)體管的漂移區(qū)中N型半導(dǎo)體區(qū)和P型半導(dǎo)體區(qū)之間相互擴(kuò)散嚴(yán)重的問(wèn) 題，從而提高了器件的性能。3、在本發(fā)明的制備方法中，向深槽中填充的是熔融的硼磷硅玻璃，熔融態(tài)硼磷硅 玻璃的流動(dòng)性比多晶硅好，因此在填充的過(guò)程中，熔融態(tài)的硼磷硅玻璃在深槽側(cè)壁上不會(huì) 發(fā)生粘滯現(xiàn)象，硼磷硅玻璃不會(huì)流入不到深槽底部而在深槽側(cè)壁頂部積累導(dǎo)致將深槽口封 住，因此在深槽填充過(guò)程中不會(huì)發(fā)生深槽中的“空洞”現(xiàn)象，提高了器件的可靠性。4、在本發(fā)明的制備方法中，漂移區(qū)中的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)的濃度可以由硼磷硅玻 璃的成分來(lái)源中硼源材料的含量來(lái)決定?，F(xiàn)有公知技術(shù)中硼磷硅玻璃的成分來(lái)源主要有四 個(gè)部分硅源、氧源、硼源和磷源，工業(yè)中可以通過(guò)調(diào)節(jié)這四種成分來(lái)源來(lái)控制硼磷硅玻璃 中的雜質(zhì)含量情況。因此，硼磷硅玻璃中的硼源材料的含量可以精確控制，使得漂移區(qū)中P 型摻雜半導(dǎo)體區(qū)的濃度可以控制，所以該制備方法的工藝可控性強(qiáng)。5、在本發(fā)明的制備方法中，經(jīng)過(guò)熱退火工藝之后的硼磷硅玻璃變成了低摻雜濃度 的二氧化硅，二氧化硅可以留在深槽內(nèi)作為介質(zhì)層，不需要刻蝕等工藝，從而降低了工藝的 成本。


圖1所示的是在高濃度N型摻雜類型半導(dǎo)體襯底上生成了一層N型摻雜類型外延層。圖2所示的是通過(guò)離子注入和擴(kuò)散工藝，在N型摻雜類型外延層上生成P型摻雜 類型半導(dǎo)體區(qū)。圖3所示的是通過(guò)深槽刻蝕工藝生成穿過(guò)P型摻雜類型半導(dǎo)體區(qū)的深槽。圖4所示的是通過(guò)填充工藝在深槽中填充熔融的硼磷硅玻璃。圖5所示的是通過(guò)熱退火推阱工藝使得硼磷硅玻璃中硼雜質(zhì)和磷雜質(zhì)擴(kuò)散到深 槽的側(cè)壁和底部的硅中，由于硼磷硅玻璃中的硼雜質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷雜質(zhì)含量，因此，使得 深槽側(cè)壁及底部的這部分半導(dǎo)體區(qū)域變?yōu)镻型半導(dǎo)體區(qū) 。圖6所示的通過(guò)離子注入及退火工藝生成N型摻雜類型半導(dǎo)體源區(qū)。圖7所示的是N型摻雜類型半導(dǎo)體源區(qū)生成后的器件俯視示意圖。圖8所示的是用傳統(tǒng)的縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的工藝步驟生成柵 氧化層、多晶硅柵及金屬層，得到最終結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參照?qǐng)D1-8，一種縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，包括如下步驟如圖1所示取一塊N型摻雜襯底，通過(guò)公知的外延生長(zhǎng)工藝生長(zhǎng)N型外延層。如圖2所示，使用掩膜版42，采用公知的離子注入和退火工藝形成P型摻雜半導(dǎo)體 區(qū)4。如圖3所示，通過(guò)公知的深槽刻蝕工藝在N型外延層2中形成深槽51。如圖4所示，然后將熔融態(tài)的硼磷硅玻璃19填充到深槽中。如圖5所示，然后經(jīng)過(guò)公知的化學(xué)氣相拋光工藝將器件表面的硼磷硅玻璃去除， 然后經(jīng)過(guò)公知的退火推阱工藝使硼磷硅玻璃中的硼雜質(zhì)和磷雜質(zhì)擴(kuò)散到深槽側(cè)壁及底部 的硅中，由于硼磷硅玻璃中的硼雜質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷雜質(zhì)含量，因此，使得深槽側(cè)壁及底部 的這部分半導(dǎo)體區(qū)域變?yōu)镻型，同時(shí)形成了 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3和二氧化硅介質(zhì)層9。如圖6所示，接著使用掩膜版71，采用公知的離子注入工藝在半導(dǎo)體區(qū)4中生成N 型摻雜半導(dǎo)體源區(qū)5。此時(shí)，器件的俯視圖如圖7所示。如圖8所示，按照傳統(tǒng)的縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的工藝步驟生成柵 氧化層、多晶硅柵、金屬接觸電極和鈍化層，形成最終器件結(jié)構(gòu)。所述的硼磷硅玻璃19的成分來(lái)源中硼源材料(TEB)的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷源材料 (TEPO)的含量。所述的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3的寬度和退火工藝的時(shí)間有關(guān)，退火推阱工藝的時(shí)間 越長(zhǎng)，P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3的寬度越寬。所述的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3中P型雜質(zhì)的含量和硼磷硅玻璃19的成分來(lái)源中硼 源材料(TEB)和磷源材料(TEPO)的含量有關(guān)，硼源材料的含量越高，P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3中 的P型雜質(zhì)含量越高。磷源材料(TEPO)的含量越低，P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3中的P型雜質(zhì)含
量越高。
所述的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3的受主雜質(zhì)為硼。所述的多晶硅柵7可以是斷開(kāi)的，也可以是不斷開(kāi)的。所述的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3和二氧化硅介質(zhì)層9構(gòu)成的整體在器件的橫向方向上 的間隔距離是相等的。實(shí)施例2取一塊N型摻雜襯底，通過(guò)公知的外延生長(zhǎng)工藝生長(zhǎng)N型外延層。N型外延的濃度 為1015cm-3，然后使用掩膜版42，采用公知的離子注入和退火工藝形成P型摻雜半導(dǎo)體區(qū) 4，然后通過(guò)公知的深槽刻蝕工藝在N型外延層2中形成深槽51。然后將熔融態(tài)的硼磷硅玻 璃19填充到深槽中。并且硼磷硅玻璃19中的磷源的含量控制在1014以內(nèi)，磷源的含量略 微高于，可以取，然后經(jīng)過(guò)公知的化學(xué)氣相拋光工藝將器件表面的硼磷硅玻璃去除，然后經(jīng) 過(guò)公知的退火推阱工藝使硼磷硅玻璃中的硼雜質(zhì)和磷雜質(zhì)擴(kuò)散到深槽側(cè)壁及底部的硅中， 使得深槽側(cè)壁及底部的這部分半導(dǎo)體區(qū)域變?yōu)镻型，同時(shí)形成了 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3和二 氧化硅介質(zhì)層9。接著在半導(dǎo)體區(qū)4中生成N型摻雜半導(dǎo)體源區(qū)5。然后按照傳統(tǒng)的縱向 雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的工藝步驟生成柵氧化層、多晶硅柵、金屬接觸電極和鈍 化層，形成最終器件結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟首先取一塊N型摻雜類型半導(dǎo)體襯底(1)，然后在N型摻雜類型半導(dǎo)體襯底(1)上生長(zhǎng)N型摻雜類型半導(dǎo)體外延層(2)，接著在N型摻雜類型半導(dǎo)體外延層(2)上生成間隔距離相等的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(4)，接著從P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(4)向N型摻雜類型半導(dǎo)體外延層(2)刻蝕并形成深槽(51)，深槽(51)穿過(guò)P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(4)，接著向深槽(51)中填充熔融的硼磷硅玻璃(19)，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(kuò)散進(jìn)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)(3)，同時(shí)硼磷硅玻璃變成摻雜濃度很低的二氧化硅介質(zhì)層(9)，接著在P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(4)中生成N型摻雜半導(dǎo)體源區(qū)(5)，最后依次生成柵氧化層(6)，多晶硅柵(7)和金屬層(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，其特征在于熔融的硼磷 硅玻璃(19)的成分來(lái)源中硼源材料(TEB)的含量高于磷源材料(TEPO)的含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，其特征在于P型摻雜半 導(dǎo)體區(qū)(3)的寬度和退火工藝的時(shí)間有關(guān)，退火推阱工藝的時(shí)間越長(zhǎng)，P型摻雜半導(dǎo)體區(qū) (3)的寬度越寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，其特征在于P型摻雜半 導(dǎo)體區(qū)(3)中P型雜質(zhì)的含量和硼磷硅玻璃(19)的成分來(lái)源中硼源材料(TEB)和磷源材 料(TEPO)的含量有關(guān)，硼源材料的含量越高，P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(3)中的P型雜質(zhì)含量越 高，磷源材料(TEPO)的含量越低，P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(3)中的P型雜質(zhì)含量越高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，其特征在于P型摻雜半 導(dǎo)體區(qū)(3)的受主雜質(zhì)為硼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向高壓深槽半導(dǎo)體管的制備方法，其特征在于P型摻雜半 導(dǎo)體區(qū)(3)和二氧化硅介質(zhì)層(9)構(gòu)成的整體在器件的橫向方向上的間隔距離是相等的。
全文摘要
一種縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(dǎo)體管的制備方法，該器件的漂移區(qū)是P型半導(dǎo)體區(qū)和N型半導(dǎo)體區(qū)交替排列的形式，漂移區(qū)中的P型半導(dǎo)體是通過(guò)深槽刻蝕工藝后，向深槽內(nèi)填充硼磷硅玻璃，然后經(jīng)過(guò)將表面的硼磷硅玻璃刻蝕除去，接著經(jīng)過(guò)退火工藝使硼磷硅玻璃中的硼雜質(zhì)和磷雜質(zhì)擴(kuò)散到深槽側(cè)壁及底部的硅中，由于硼磷硅玻璃中的硼雜質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷雜質(zhì)含量，因此，使得深槽側(cè)壁及底部的這部分半導(dǎo)體區(qū)域變?yōu)镻型摻雜半導(dǎo)體區(qū)。這種方法工藝可控性高、工藝成本低，制作出來(lái)的器件的性能高。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101814436SQ200910185330
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者劉俠, 易揚(yáng)波, 李海松, 王欽, 陶平 申請(qǐng)人:蘇州博創(chuàng)集成電路設(shè)計(jì)有限公司