專(zhuān)利名稱(chēng)：縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(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硼擴(kuò)散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(chēng)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 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(mǎn) 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)雜

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)的制作方法上遇到的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(dǎo)體管的制備 方法，使用這種制備方法制造出來(lái)的半導(dǎo)體管的導(dǎo)通電阻較同等耐壓程度的傳統(tǒng)功率金屬 氧化物半導(dǎo)體管有很大的改善，工藝難度較小，成本低，可控性高，并且可靠性高。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(dǎo)體管的制備方法，包括如下步驟首先取一塊N型 摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體襯底，然后在N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體外延層， 接著在N型摻雜類(lèi)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(lèi)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)， 接著向深槽中通入氣態(tài)氧化硼，氣態(tài)氧化硼和深槽底部及側(cè)壁的硅反應(yīng)生成二氧化硅和 硼，接著經(jīng)過(guò)熱退火工藝工程，使生成的硼擴(kuò)散進(jìn)入到深槽側(cè)壁及底部未和氣態(tài)氧化硼反 應(yīng)的硅中，并使得這部分半導(dǎo)體區(qū)域變?yōu)镻型半導(dǎo)體區(qū)，同時(shí)在深槽側(cè)壁及底部形成二氧 化硅層，接著向深槽中填滿(mǎn)二氧化硅，接著去除器件表面多余的二氧化硅，留下的二氧化硅 稱(chēng)為二氧化硅介質(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)中漂移區(qū)也采用了 P型半導(dǎo)體區(qū)和N型半導(dǎo)體區(qū)間隔排列的方式， 使得在獲得同等耐壓的情況下，導(dǎo)通電阻可以比傳統(tǒng)功率器件更低。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，將氣態(tài)氧化硼通入 到深槽中，和深槽側(cè)壁及底部的硅反應(yīng)生成硼和二氧化硅，然后經(jīng)過(guò)退火推阱工藝使生成 的硼擴(kuò)散到深槽側(cè)壁及底部未和氣態(tài)氧化硼反應(yīng)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，最后使用槽填充工藝將深槽中的其它空間全部填滿(mǎn)二氧化硅，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，通入在深槽中和深槽側(cè)壁及底部的硅反應(yīng)的氣體是氣 態(tài)氧化硼，由于氣態(tài)氧化硼的密度高于空氣密度，所以通入到深槽中的氣態(tài)氧化硼首先會(huì) 沉淀到深槽的底部，將深槽中的空氣趕出，并且和深槽底部及深槽側(cè)壁下部的硅充分反應(yīng)， 二氧化硅的生成是一個(gè)從下至上的過(guò)程，因此可以防止在深槽內(nèi)產(chǎn)生空洞現(xiàn)象，提高了器 件的可靠性。4、在本發(fā)明的制備方法中，通入到深槽中的氣態(tài)氧化硼和深槽側(cè)壁及底部的硅反 應(yīng)生成的是硼和二氧化硅，生成的二氧化硅可以留在深槽中，不需要刻蝕工藝將其除去，舍 棄了傳統(tǒng)工藝所需的多晶硅刻蝕的后序工藝步驟，降低了工藝成本。5、在本發(fā)明的制備方法中，器件的漂移區(qū)中的P型半導(dǎo)體區(qū)的濃度通過(guò)調(diào)節(jié)通入 到深槽中的氣態(tài)氧化硼的濃度來(lái)調(diào)節(jié)，它的寬度可以通過(guò)調(diào)節(jié)退火工藝步驟的時(shí)間來(lái)調(diào) 節(jié)，從而提高了工藝制備的可控性。


圖1所示的是在高濃度N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上生成了一層N型摻雜類(lèi)型外延 層的示意圖。圖2所示的是通過(guò)離子注入和退火工藝，在N型摻雜類(lèi)型外延層上生成P型摻雜 類(lèi)型半導(dǎo)體區(qū)的示意圖。圖3所示的是通過(guò)深槽刻蝕工藝生成穿過(guò)P型半導(dǎo)體區(qū)的深槽的示意圖。圖4所示的是通過(guò)向深槽內(nèi)通入氣態(tài)氧化硼，并且經(jīng)過(guò)后序熱退火推阱工藝在槽 側(cè)壁及底部生成一層摻有硼的半導(dǎo)體區(qū)和二氧化硅的示意圖。圖5所示的是通過(guò)槽填充工藝將剩下的槽空間全部填滿(mǎn)二氧化硅的示意圖。圖6所示的是在化學(xué)氣相拋光將表面多余的二氧化硅刻蝕之后，通過(guò)離子注入及 退火工藝生成N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體源區(qū)的示意圖。圖7所示的是N型摻雜類(lèi)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)的示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1-圖8，一種縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(dǎo)體管的制備方法，包括如下步驟首先取一塊N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體襯底1，然后在N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體襯底1上生長(zhǎng) N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體外延層2，例如采用公知的外延生長(zhǎng)工藝；接著使用掩膜版42并采用公知的離子注入及退火工藝在N型摻雜類(lèi)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(lèi)型半導(dǎo)體外延層2刻蝕并形成深槽51 ；接著向深槽中通入氣態(tài)氧化硼，氣態(tài)氧化硼和深槽51底部及側(cè)壁的硅反應(yīng)生成 二氧化硅和硼，化學(xué)方程式如下2B203+3Si — 3SP2+4B I接著經(jīng)公知的過(guò)熱退火工藝過(guò)程，使生成的硼擴(kuò)散進(jìn)入到深槽側(cè)壁及底部未和氣 態(tài)氧化硼反應(yīng)的硅中，并使得這部分半導(dǎo)體區(qū)域變?yōu)镻型半導(dǎo)體區(qū)3，同時(shí)在深槽側(cè)壁及底 部形成二氧化硅層61 ；接著向深槽中填滿(mǎn)二氧化硅，接著去除器件表面多余的二氧化硅，可以采用公知 的化學(xué)氣相拋光技術(shù)，留下的二氧化硅稱(chēng)為二氧化硅介質(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，最后采用公知的傳統(tǒng)功 率金屬氧化物半導(dǎo)體管的制造工藝技術(shù)，依次生成柵氧化層6，多晶硅柵7和金屬層8。所述的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3的濃度可以通過(guò)調(diào)節(jié)通入到深槽中的氣態(tài)氧化硼的濃 度來(lái)控制，氣態(tài)氧化硼的濃度越高，則P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3的濃度越高。所述的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3的寬度由熱退火工藝步驟的時(shí)間來(lái)決定，時(shí)間越長(zhǎng)，寬 度越寬。所述的P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)3的受主雜質(zhì)為硼。所述的氣態(tài)氧化硼通過(guò)在600 800°C的條件下，熱分解液態(tài)的硼酸三甲脂b[(CH3)O]3 制得。 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。
權(quán)利要求
一種縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(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(lèi)型半導(dǎo)體襯底(1)，然后在N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體襯底(1)上生長(zhǎng)N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體外延層(2)，接著在N型摻雜類(lèi)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(lèi)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)，接著向深槽中通入氣態(tài)氧化硼，氣態(tài)氧化硼和深槽(51)底部及側(cè)壁的硅反應(yīng)生成二氧化硅和硼，接著經(jīng)過(guò)熱退火工藝工程，使生成的硼擴(kuò)散進(jìn)入到深槽側(cè)壁及底部未和氣態(tài)氧化硼反應(yīng)的硅中，并使得這部分半導(dǎo)體區(qū)域變?yōu)镻型半導(dǎo)體區(qū)(3)，同時(shí)在深槽側(cè)壁及底部形成二氧化硅層(61)，接著向深槽中填滿(mǎn)二氧化硅，接著去除器件表面多余的二氧化硅，留下的二氧化硅稱(chēng)為二氧化硅介質(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所述的縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(dǎo)體管的制備方法，其特征在于P型 摻雜半導(dǎo)體區(qū)(3)的濃度可以通過(guò)調(diào)節(jié)通入到深槽中的氣態(tài)氧化硼的濃度來(lái)控制，氣態(tài)氧 化硼的濃度越高，則P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(3)的濃度越高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(dǎo)體管的制備方法，其特征在于P型 摻雜半導(dǎo)體區(qū)(3)的寬度由熱退火工藝步驟的時(shí)間來(lái)決定，時(shí)間越長(zhǎng)，寬度越寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱向高壓硼擴(kuò)散深槽半導(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，包括N型摻雜類(lèi)型半導(dǎo)體襯底，在襯底上設(shè)有N型外延層，在外延層中設(shè)有高濃度P型半導(dǎo)體區(qū)，在高濃度P型半導(dǎo)體區(qū)中設(shè)有氧化填充物，在外延層的頂部設(shè)有P型半導(dǎo)體區(qū)，在此P型半導(dǎo)體區(qū)中設(shè)有N型源區(qū)，該器件的高濃度P型半導(dǎo)體區(qū)是通過(guò)在深槽刻蝕后，向深槽中注入氣態(tài)氧化硼，氣態(tài)氧化硼和側(cè)壁及底部的硅反應(yīng)生成硼和二氧化硅，經(jīng)過(guò)的熱退火推阱工藝后形成。該種制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，制造出來(lái)的器件的可靠性高。
文檔編號(hào)H01L21/22GK101853785SQ20091018532
公開(kāi)日2010年10月6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)明者易揚(yáng)波, 李海松, 楊東林, 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