CN101383287A

CN101383287A - 一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法

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Publication number: CN101383287A
Application number: CNA2008100462062A
Authority: CN
Inventors: 李泽宏; 钱梦亮; 连延杰; 张波
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2008-09-27
Filing date: 2008-09-27
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2028-09-27
Also published as: CN101383287B

Abstract

一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，属于半导体工艺制造领域。本发明主要制造步骤包括：N⁺衬底的制备，N^－外延生长，栅氧氧化，多晶硅淀积及掺杂，淀积二氧化硅，刻出多晶硅窗口，P阱注入及推进，高浓度深P⁺注入，N⁺源注入，氧化形成接触孔，以氧化层为掩模刻出沟槽型窗口，淀积金属，刻蚀金属，钝化，背面金属化。本发明可实现只用两道掩模板完成VDMOS器件的制造，大大降低了器件的制造成本；同时由于P⁺层的存在和沟槽型源接触金属的引入，削弱了器件本身的寄生晶体管效应，降低了漏源之间的电阻。本发明可应用于VDMOS器件及其它半导体器件(例如绝缘栅双极型晶体管)及集成电路的的生产制造。

Description

一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)器件的制造方法，属于半导体工艺制造领域。

背景技术

目前，功率器件的应用领域越来越广，可广泛应用于DC-DC变换器，DC-AC变换器，继电器，马达驱动等。功率垂直双扩散金属氧化物半导体由于工作频率较高，而且它是电压控制型器件，其驱动电流非常小，驱动电路也相对较为简单，故其应用范围更广。功率垂直双扩散金属氧化物半导体作为功率电子的重要基础，以其高耐压、高频等特性常用于功率集成电路和功率集成系统中。

传统的垂直双扩散金属氧化物半导体，其结构如图1所示，其主要制造步骤包括：1)在N⁺硅片上生长N^-外延层，再生长氧化层，光刻及硼注入；2)光刻有源区，进行栅氧化，淀积多晶硅，多晶硅掺杂及光刻，形成多晶硅栅区；3)扩散硼，形成P阱区，光刻N⁺源区，源区注入磷或砷；4)淀积二氧化硅，退火增密，形成垂直双扩散金属氧化物半导体的源区；5)光刻引线孔，溅射硅铝，光刻引线，合金，钝化，光刻钝化孔等。按此种制造方法，其制造过程相对较为繁琐，而且制造过程需要5-6道掩模，成本相对昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，它利用两道掩模版即可完成垂直双扩散金属氧化物半导体的制造，大大降低制造成本，简化了制造工艺，同时也削弱了器件本身的寄生晶体管效应，降低了漏源之间的电阻。

本发明技术方案如下：

一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，如图3所示，包括以下顺序步骤：

(1)在N⁺衬底1上表面依次制备N^-外延层2、第一二氧化硅层3、重掺杂多晶硅层4和第二二氧化硅层5。

如图2A所示，在N⁺衬底1上生长N^-外延层2，N⁺衬底作为N^-外延层的电极接触，成为垂直双扩散金属氧化物半导体的漏极；之后热氧化形成第一二氧化硅层3，作为垂直双扩散金属氧化物半导体的栅氧化层；在第一二氧化硅层(栅氧化层)3上面，再通过化学气相淀积等方法淀积多晶硅层4，在淀积的同时进行磷或砷掺杂。所述掺杂过程可以是边淀积边掺杂，或者在淀积完多晶硅后通过扩散或离子注入的方式掺杂，具有重掺杂的多晶硅即成为垂直双扩散金属氧化物半导体的栅极；然后通过淀积或者氧化的方式生成第二二氧化硅层5；

(2)设计第一道掩模，刻蚀掉中间环形部分的第二二氧化硅层5、重掺杂多晶硅层4和第一二氧化硅层3，露出N^-外延层2，形成一个多晶硅窗口，如图2B所示。具体刻蚀工艺可以是反应离子刻蚀或等离子刻蚀，在刻蚀过程中加入合适的气体成分以加快刻蚀速度和提高刻蚀效果，如在刻蚀二氧化硅时加入四氟化碳气体，而在刻蚀多晶硅时加入四氯化碳气体。

(3)在步骤(2)形成的多晶硅窗口掺入低浓度P型杂质，然后高温推进形成P阱区，如图2C所示。

所述P型杂质可以是硼或其他P型杂质，掺杂方式可以是扩散或低能离子注入方式。

(4)在步骤(3)形成的P阱区进行高浓度、高剂量的P型杂质深度注入，在P阱区底部形成一个P⁺区，如图2D所示。

所述P型杂质可以是硼或其他P型杂质。

(5)在步骤(3)形成的P阱区进行高浓度的磷或砷注入，在P阱区顶部形成N⁺源区，如图2E所示。

(6)经步骤(5)后，对多晶硅窗口区域的多晶硅层4的侧壁进行氧化，生成一层二氧化硅作为栅源之间的介质隔离，如图2F所示。

(7)经步骤(6)后，对多晶硅窗口窗口区域进一步刻蚀掉部分N^-外延层2，形成沟槽型窗口作为引线孔。

所述刻蚀方式可以是反应离子刻蚀或等离子刻蚀，刻蚀N^-外延层2的厚度要保证穿透整个N⁺源区层，如图2G所示。

(8)在步骤(7)形成的沟槽型窗口及整个器件的上、下表面淀积一层金属(下表面所淀积的金属层及是整个器件的漏极)，如图2H所示。所述金属可以是铝、金或银等。

(9)设计第二道掩模，采用光刻工艺，在器件上表面刻蚀形成源电极和栅电极。

需要说明的是，在本发明技术方案中，把N型掺杂的半导体部分换成P型掺杂的半导体，同时把P型掺杂的半导体部分换成N型掺杂的半导体，可以得到P沟道的VDMOS结构。

本发明提供的一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，实现了用第一道掩模N^-外延层窗口和第二道掩模光刻金属形成源、栅电极，只用了2道掩模来完成垂直双扩散金属氧化物半导体的制造，极大地节约了制造成本；且如图2H所示的P⁺层的存在和沟槽型源接触金属的引入，减小了器件P型体区的寄生电阻，使得器件的寄生晶体管效应得到有效减弱。本发明也适用于其它半导体器件(例如绝缘栅双极型晶体管)及集成电路的制造过程。

附图说明

图1是传统的垂直双扩散金属氧化物半导体结构示意图。

图2A～图2H表示本发明提供的一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法的具体制造过程示意图。

图2A是本发明提供的一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法的初步制造过程示意图，包括在N⁺衬底1上生长N^-外延层2，再生长第一二氧化硅层3，淀积多晶硅层4，多晶硅掺杂，淀积或生长第二二氧化硅层5。

图2B是在图2A的基础之上进行第二二氧化硅层5、多晶硅层4和第一二氧化硅层3的刻蚀，形成一个多晶硅窗口的示意图。

图2C是在图2B的基础之上进行硼(或其它P型杂质)的注入及推进示意图。

图2D是在图2C的基础之上进行高浓度，高剂量的深硼(或其它P型杂质)注入示意图。

图2E是在图2D的基础之上进行高浓度的磷或砷注入示意图。

图2F是在图2E的基础之上进行硅及多晶硅的氧化示意图。

图2G是在图2F的基础之上刻蚀N^-外延层2示意图。

图2H是在图2G的基础之上淀积金属示意图。其中，6是金属层。

图2I是在图2H的基础上刻蚀形成沟槽型源接触金属极和栅电极示意图。其中，7是背金属(漏电极)。

图3为本发明流程示意图。

具体实施方式

采用本发明的一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，极大地节约了器件的制造成本，使得器件的寄生晶体管效应也得到有效减弱。

具体实施时，对于低压器件，例如100V的垂直双扩散金属氧化物半导体器件，其具体实施过程包括：(1)在N⁺衬底上生长浓度为1×10¹⁵cm^-3，厚度为10μmN^-外延层，之后在1000℃的氧气气氛中加热约2小时，生长200nm左右的氧化层，再通过化学气相淀积厚度为800nm的多晶硅，且边淀积边进行砷掺杂，砷掺杂的浓度为10²⁰cm^-3量级，然后通过在1000℃的氧气气氛中加热约30分钟的方式生成500nm左右的二氧化硅；(2)通过多晶硅窗口这道掩模，采用反应离子刻蚀刻蚀的方式，刻蚀掉多晶硅和氧化层，形成一个N^-外延层窗口；(3)低能离子注入硼后在1000℃的环境中加热约2小时的方式形成P阱区，P阱区表面的典型掺杂浓度为10¹⁷cm^-3量级；(4)高浓度，高剂量的深硼注入，形成一个P⁺区，典型掺杂浓度为10²⁰cm^-3量级；(5)高浓度的砷注入，形成N⁺源区，N⁺源区的典型掺杂浓度为10²⁰cm^-3量级；(6)然后在800℃的环境中氧化约2小时，在硅表面生成约800nm厚的二氧化硅，在多晶硅侧壁生成约300nm厚的二氧化硅，以作为栅源之间的介质隔离；(7)通过反应离子刻蚀的方式，刻蚀掉氧化层和部分N^-外延层，一般为500nm左右，使P型杂质露出表面，以形成沟槽型窗口作为引线孔；(8)在整个器件的上表面淀积一层铝，刻蚀铝，钝化，背面金属化等；

若对于中高压器件，例如600V的垂直双扩散金属氧化物半导体器件，其具体实施过程包括：在N⁺衬底上生长浓度为1×10¹⁴cm^-3，厚度为52μm N^-外延层，之后的制造过程与上述100V的垂直双扩散金属氧化物半导体器件具体实施过程基本类似，在此不再重述。

在具体实施过程中，可以根据具体情况，在基本步骤不变的情况下，进行一定的变通。例如：可以将高浓度深P⁺注入放在以氧化层为掩模刻出沟槽型源窗口以后制造等。

Claims

1、一种垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，包括一下顺序步骤：

步骤1.在N⁺衬底(1)上表面依次制备N^-外延层(2)、第一二氧化硅层(3)、重掺杂多晶硅层(4)和第二二氧化硅层(5)；

步骤2.设计第一道掩模，刻蚀掉中间环形部分的第二二氧化硅层(5)、重掺杂多晶硅层(4)和第一二氧化硅层(3)，露出N^-外延层(2)，形成一个多晶硅窗口；

步骤3.在步骤2形成的多晶硅窗口区域漏出的N^-外延层表面掺入低浓度P型杂质，然后高温推进形成P阱区；

步骤4.在步骤3形成的P阱区进行高浓度、高剂量的P型杂质深度注入，在P阱区底部形成一个P⁺区；

步骤5.在步骤3形成的P阱区进行高浓度的磷或砷注入，在P阱区顶部形成N⁺源区；

步骤6.对多晶硅窗口区域的多晶硅层(4)的侧壁进行氧化，生成一层二氧化硅作为栅源之间的介质隔离；

步骤7.对多晶硅窗口区域进一步刻蚀掉部分N^-外延层(2)，形成沟槽型窗口作为引线孔；

步骤8.在步骤7形成的沟槽型窗口及整个器件的上、下表面淀积一层金属，下表面所淀积的金属层即是整个器件的漏电极；

步骤9.设计第二道掩模，采用光刻工艺，在器件上表面刻蚀形成源电极和栅电极。

2、根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，其特征是，步骤1中所述N^-外延层(2)的制备方法是外延生长；所述第一二氧化硅层(3)是在N^-外延层(2)上面热氧化形成；所述重掺杂多晶硅层(4)是在第一二氧化硅层(3)上面沉积而成，在淀积的同时进行磷或砷掺杂，且掺杂过程是边淀积边掺杂或者在淀积完多晶硅后通过扩散或离子注入的方式掺杂；所述第二二氧化硅层(5)是在重掺杂多晶硅层(4)上面通过淀积或者氧化的方式生成；

所述N⁺衬底(1)作为N^-外延层(2)的电极接触，成为垂直双扩散金属氧化物半导体的漏极；所述第一二氧化硅层(3)作为垂直双扩散金属氧化物半导体的栅氧化层；所述重掺杂多晶硅层(4)作为垂直双扩散金属氧化物半导体的栅极。

3、根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，其特征是，步骤3中所述P型杂质是硼，掺杂方式是扩散或低能离子注入方式。

4、根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，其特征是，步骤4中所述P型杂质是硼。

5、根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，其特征是，步骤2中所述刻蚀方式是反应离子刻蚀或等离子刻蚀，在刻蚀过程中加入合适的气体成分以加快刻蚀速度和提高刻蚀效果：在刻蚀二氧化硅时加入四氟化碳气体，而在刻蚀多晶硅时加入四氯化碳气体。

6、根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，其特征是，步骤7中所述刻蚀方式是反应离子刻蚀或等离子刻蚀，刻蚀N^-外延层(2)的厚度要保证穿透整个N⁺源区层。

7、根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体器件的制造方法，其特征是，步骤8中所述金属是铝、金或银。