RU2623845C1 - Способ изготовления силового полупроводникового транзистора - Google Patents

Способ изготовления силового полупроводникового транзистора Download PDF

Info

Publication number
RU2623845C1
RU2623845C1 RU2016127021A RU2016127021A RU2623845C1 RU 2623845 C1 RU2623845 C1 RU 2623845C1 RU 2016127021 A RU2016127021 A RU 2016127021A RU 2016127021 A RU2016127021 A RU 2016127021A RU 2623845 C1 RU2623845 C1 RU 2623845C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grooves
transistor
silicon
etched
etching
Prior art date
Application number
RU2016127021A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Андреевич Басовский
Алексей Николаевич Рябев
Алексей Евгеньевич Ануров
Виктор Алексеевич Плясунов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС")
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных системы" (АО "Российские космические системы")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС"), Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных системы" (АО "Российские космические системы") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС")
Priority to RU2016127021A priority Critical patent/RU2623845C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2623845C1 publication Critical patent/RU2623845C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762Charge transfer devices
    • H01L29/765Charge-coupled devices
    • H01L29/768Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники, в частности к технологии изготовления силовых полевых транзисторов с вертикально расположенным затвором. Техническим результатом изобретения является унификация маршрута изготовления путем использования методов самосовмещения и перекрестного совмещения в процессах фотолитографии, что приводит к уменьшению требований по точности оборудования и квалификации персонала на критических операциях, в результате чего уменьшаются трудозатраты на изготовление изделий и повышается процент выхода годных. В процессе изготовления силового полупроводникового транзистора после формирования базы транзистора на всю лицевую поверхность осаждают из газовой фазы нитрид кремния толщиной 0,1 – 0,2 мкм, поликремний в канавках после легирования окисляют при давлении не менее 1 МПа и температуре не выше 850°С в течение 5-20 минут, после чего нитрид кремния удаляют травлением в ортофосфорной кислоте или селективным плазмохимическим травлением. 8 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к области технологии микроэлектроники, в частности к технологии изготовления силовых полевых транзисторов.
Уровень техники
Из уровня техники известен способ осаждения и планаризации БФСС (боро-фосфорно-силикатное стекло) для применения в МОП-транзисторах с высокой плотностью тренчей. Процесс для заполнения тренчей с боковыми стенками и дном, в полупроводниковом приборе или интегральной схеме, включающий: формирование изолирующего слоя на боковых стенках и дне тренчей в полупроводниковой подложке, значительное заполнение тренчей полупроводниковым материалом, удаление полупроводникового материала с верхней части тренчей, осаждение первого слоя БФСС на верхнюю часть тренчей, нагрев подложки до температуры 850-1100°С, осаждение второго слоя БФСС поверх первого слоя БФСС и нагрев до температуры 850-1100°С (патент США на изобретение US 6,465,325 В2, опубл. 15.10.2002).
К недостаткам известного способа относится повреждение поверхности истока при обратном травлении первого слоя БФСС и высокая температура нагрева БФСС (1100°С), что приводит к существенной разгонке примеси в p-базе транзистора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является U-MOSFET, описанный в работе (В. Jayant Baliga. Fundamentals of Power Semiconductor Devices, Глава 6.2.3, стр. 285-286, 2008 г.). Транзисторы этого типа имеют ряд преимуществ по сравнению с планарными. В качестве материала для таких транзисторов, как правило, используется кремниевая эпитаксиальная структура, состоящая из низкоомной подложки (N+ Substrate Фиг. 1) и высокоомного эпитаксиального слоя (N-Drift Region Фиг. 1), в котором формируется структура транзистора. В эпитаксиальный слой вводят примесь p-типа для формирования базы транзистора (P-Base Фиг. 1). Затем вертикальным травлением формируют канавки (Trench Фиг. 1) глубиной ниже p-n-перехода (J1 Фиг. 1) между базой и высокоомным эпитаксиальным слоем, вертикальные стенки и дно канавки окисляют для получения тонкого подзатворного диэлектрика и изоляции затвора от области стока. Открытые канавки заращивают поликремнием с высокой степенью легирования ≤30 Ом/□ и методом обратного травления формируют затвор транзистора (Gate Фиг. 1). После затвора формируется истоковая область транзистора (N+ Фиг. 1) путем введения примеси n-типа. При этом образуется p-n-переход между истоковой областью и областью базы транзистора (J2 Фиг. 1). Сверху затвор закрывается слоем диэлектрика для изоляции. Заключительной операцией является нанесение металлических контактов на области стока (Drain Фиг. 1), истока (Source Фиг. 1) и затвора (Gate Фиг. 1) транзистора. Образованная таким образом структура позволяет формировать в области базы тонкий проводящий слой в районе затвора - канал транзистора, путем формирования на затворе соответствующего управляющего потенциала.
Таким образом, представленная структура может находиться в двух основных состояниях: открытом, когда электрическое сопротивление сток-исток мало, и закрытом, когда электрическое сопротивление сток-исток велико, ток практически отсутствует. Представленные режимы характеризуют работу транзистора в качестве ключа.
Основными недостатками аналога являются:
при изготовлении представленного транзистора необходимо использовать до двух прецизионных совмещений шаблонов при фотолитографии, что порождает более длинный технологический процесс, увеличивает время производства и уменьшает выход годных изделий.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение технологического процесса производства силового полупроводникового транзистора, основанного на структуре с вертикально расположенными затворами, путем замены операций прецизионного совмещения фотошаблонов самосовмещенным методом.
Технический результат достигается тем, что в маршруте производства силового полупроводникового транзистора:
- для изоляции поликремниевого затвора сверху используется операция локального окисления (LOCOS);
- формирование истоков проводится поперек затворов, реализуя структуру типа «клетка».
Таким образом, отпадает потребность в двух прецизионных совмещениях фотошаблонов, что позволяет реализовать силовой полупроводниковый транзистор на оборудовании с более грубыми топологическими нормами.
Краткое описание чертежей
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.
На фигурах 2-7 дана вся последовательность операций изготовления силового полевого транзистора, представленного в аксонометрии на фигуре 7 в виде одной ячейки.
На фиг. 2 представлена структура прибора после первого этапа. На подложке 1 с удельным сопротивлением 0,005 Ом⋅см, легированной мышьяком, ориентации (100) выращен высокоомный слой кремния 2 n-типа проводимости. Затем проведено термическое окисление для создания слоя диоксида кремния толщиной 0,6-1,0 мкм (не показан). В процессе фотолитографии создается маска, через которую протравливаются окна в окисле (на чертеже не показаны). В эти окна ионной имплантацией вводится примесь p-типа проводимости, преимущественно бор. Далее проводится разгонка примеси при температуре 1000-1100°С и создается база транзистора, поз. 3. Одновременно создается краевая изоляция в виде колец p-типа проводимости в кремнии n-типа. После этого на поверхность кремниевой пластины из газовой фазы при пониженном давлении осаждается слой нитрида кремния 4 толщиной 0,18-0,2 мкм.
На фиг. 3 показана та же структура с протравленной канавкой 5. Ширина канавки от 0,8 мкм до 1,5 мкм. Такие канавки занимают основную площадь транзистора.
На фиг. 4 показана канавка после следующих операций. Боковые стенки и дно канавки окисляются, после чего этот окисел, являющийся жертвенным, стравливается жидкостным травлением в растворе, содержащем плавиковую кислоту. Далее путем термического окисления формируется подзатворный диэлектрик 6, после чего при пониженном давлении производится конформное осаждение поликристаллического кремния 7. Осаждение может быть проведено с одновременным легированием поликремния примесью n-типа, обычно фосфором. Поликремний также может быть залегирован путем загонки фосфора ионной имплантацией с последующей разгонкой. После осаждения поликремния производится плазмохимическое травление поликремния до уровня, при котором поликремний стравливается с поверхности нитрида кремния.
На фиг. 5 представлен полностью сформированный затвор полевого транзистора. Для изоляции затвора от истока поликремний 7 локально окисляется при повышенном давлении во влажной среде при температуре не выше 870°С и давлении не ниже 800 кПа. Таким образом, осуществлено формирование затвора полевого транзистора методом самосовмещения. Структура, представленная на фиг. 5 исключает необходимость в прецизионной фотолитографии для совмещения контактов к истоку и затвору. Такое совмещение обычно является критической операцией при разработке приборов U-MOSFet.
На фиг. 6 представлен затвор после удаления с поверхности пластины нитрида кремния и формирования истока 9. Нитрид кремния удаляется в ортофосфорной кислоте при температуре 160°С. Травление селективное, диоксид кремния, изолирующий затвор и находящийся на периферии кристалла не повреждается. Также не подвергается эрозии поверхность кремния. В этом основное отличие настоящего изобретения от прототипа. После удаления диоксида кремния выполняется фотолитография и создается маска из фоторезиста для формирования истока в виде полос, перпендикулярных к канавкам затворов (см. фиг. 8). Далее следует ионная имплантация примеси n-типа проводимости, в качестве которой используется фосфор или мышьяк. После чего фоторезист удаляется и проводится разгонка примеси на глубину, превышающую в 2-3 раза толщину диоксида кремния 8.
На фиг. 7 представлена структура после завершающей стадии металлизации. На исток и затвор напыляется алюминий 10 толщиной от 2 мкм до 6 мкм. Далее проводится фотолитография, в процессе которой алюминий стравливается со всей поверхности, кроме поверхности истока и контактной площадки затвора. Затем алюминий вжигается для обеспечения омического контакта к кремнию. После этого лицевую сторону защищают и пластину утоняют путем шлифовки тыльной стороны пластины. Это необходимо для уменьшения сопротивления при прохождении прямого тока. На тыльную сторону, на которой расположен сток, напыляют титан или ванадий, никель и серебро толщиной более 1 мкм.
Осуществление изобретения
Структура, представленная на фиг. 8, исключает необходимость в прецизионном совмещении фотошаблонов при формировании верхней изоляции затвора и областей истока n-типа проводимости. Такое совмещение является критической операцией при изготовлении силового полевого транзистора с вертикальным затвором (U-MOSFET).
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующей последовательности операций.
1. На подложку, легированную мышьяком, с удельным сопротивлением 0,005 Ом⋅см осаждают слой n-типа проводимости с удельным сопротивлением 1-50 Ом⋅см, после чего на поверхности эпитаксиального слоя формируют слой диоксида кремния толщиной 0,4-0,9 мкм.
2. Через фоторезистивную маску в поверхности диоксида протравливают окна для создания охранных колец краевой защиты и окно активной области прибора, в котором в дальнейшем будет размещаться исток и затворы полевого транзистора.
3. После ионной имплантации бора с дозой от 10 мкКл/см2 до 100 мкКл/см2 проводят разгонку бора до необходимой глубины для создания базы p-типа проводимости.
4. На всю лицевую поверхность осаждают из газовой фазы нитрид кремния толщиной 0,1-0,2 мкм.
5. После следующей фотолитографии протравливают канавки, которые могут быть продольными, проводят жертвенное окисление боковых поверхностей и дна канавок, после чего диоксид кремния в канавках стравливают и вторично окисляют стенки и дно канавок, для создания подзатворного диэлектрика толщиной от 0,03 мкм до 0,08 мкм.
6. В канавки конформно осаждают поликристаллический кремний, и проводят травление поликристаллического кремния до уровня поверхности эпитаксиального слоя, после чего поликристаллический кремний в канавках легируют загонкой примеси ионной имплантацией, преимущественно, фосфором с последующей разгонкой или легируют в процессе осаждения из газовой фазы.
7. Поликремний в канавках после легирования окисляют при давлении не менее 1 МПа и температуре не выше 850°С в течение 5-20 минут, на этом формирование затвора транзистора заканчивается.
8. Нитрид кремния удаляют травлением в ортофосфорной кислоте или селективным плазмохимическим травлением.
9. Проводят еще одну фотолитографию, посредством которой формируют рисунок с окнами в фоторезисте в виде полос, перпендикулярных к затворам, ионным легированием в окна загоняют примесь, преимущественно фосфор, и разгоняют ее до глубины 0,5-1,5 мкм.
10. На лицевую поверхность пластины напыляют алюминий толщиной 2,0-4,0 мкм, проводят фотолитографию и формируют необходимый рисунок травлением алюминия.
11. Пластину утончают до необходимой толщины путем шлифовки тыльной стороны, после чего на тыльную сторону напыляют ванадий или титан не более 0,1 мкм, никель толщиной 0,15-0,2 мкм и серебро толщиной не менее 2 мкм.

Claims (1)

  1. Способ изготовления силового полупроводникового транзистора, который заключается в следующей последовательности операций: на подложку, легированную мышьяком, с удельным сопротивлением 0,005 Ом⋅см осаждают слой n-типа проводимости с удельным сопротивлением 1-50 Ом⋅см, после чего на поверхности эпитаксиального слоя формируют слой диоксида кремния толщиной 0,4-0,9 мкм, через фоторезистивную маску в поверхности диоксида протравливают окна для создания охранных колец краевой защиты и окно, в котором в дальнейшем будет размещаться исток и затворы полевого транзистора, после ионной имплантации бора с дозой от 10 мкКл/см2 до 100 мкКл/см2 проводят разгонку бора до необходимой глубины для создания базы р-типа проводимости, затем после следующей фотолитографии протравливают канавки, которые могут быть продольными, а могут иметь вид замкнутых фигур, далее проводят окисление боковых поверхностей и дна канавок, после чего диоксид кремния в канавках стравливают и вторично окисляют стенки и дно канавок для создания подзатворного диэлектрика толщиной от 0,03 мкм до 0,08 мкм, далее в канавки конформно осаждают поликристаллический кремний, затем проводят травление поликристаллического кремния до уровня поверхности эпитаксиального слоя, после этого поликристаллический кремний в канавках легируют загонкой примеси ионной имплантацией, преимущественно, фосфором с последующей разгонкой, или легируют в процессе осаждения из газовой фазы, поликремний в канавках закрывают сверху изоляцией, после чего проводят еще одну фотолитографию, в которой формируют рисунок с окнами в резисте в виде полос, перпендикулярных к затворам, ионным легированием в окна загоняют примесь, преимущественно фосфор, и разгоняют ее до глубины 0,5-1,5 мкм, отличающийся тем, что после формирования базы транзистора на всю лицевую поверхность осаждают из газовой фазы нитрид кремния толщиной 0,1-0,2 мкм, поликремний в канавках после легирования окисляют при давлении не менее 1 МПа и температуре не выше 850°С в течение 5-20 минут, после чего нитрид кремния удаляют травлением в ортофосфорной кислоте или селективным плазмохимическим травлением.
RU2016127021A 2016-07-06 2016-07-06 Способ изготовления силового полупроводникового транзистора RU2623845C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127021A RU2623845C1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Способ изготовления силового полупроводникового транзистора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016127021A RU2623845C1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Способ изготовления силового полупроводникового транзистора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2623845C1 true RU2623845C1 (ru) 2017-06-29

Family

ID=59312264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016127021A RU2623845C1 (ru) 2016-07-06 2016-07-06 Способ изготовления силового полупроводникового транзистора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2623845C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700460A (en) * 1986-05-30 1987-10-20 Rca Corporation Method for fabricating bidirectional vertical power MOS device
US6188105B1 (en) * 1999-04-01 2001-02-13 Intersil Corporation High density MOS-gated power device and process for forming same
US6198127B1 (en) * 1999-05-19 2001-03-06 Intersil Corporation MOS-gated power device having extended trench and doping zone and process for forming same
US6465325B2 (en) * 2001-02-27 2002-10-15 Fairchild Semiconductor Corporation Process for depositing and planarizing BPSG for dense trench MOSFET application
RU2209490C1 (ru) * 2002-05-30 2003-07-27 Красников Геннадий Яковлевич Способ изготовления мощного сильноточного моп транзистора
RU2364984C1 (ru) * 2008-03-04 2009-08-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" Способ изготовления свч мощных полевых ldmos транзисторов

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700460A (en) * 1986-05-30 1987-10-20 Rca Corporation Method for fabricating bidirectional vertical power MOS device
US6188105B1 (en) * 1999-04-01 2001-02-13 Intersil Corporation High density MOS-gated power device and process for forming same
US6198127B1 (en) * 1999-05-19 2001-03-06 Intersil Corporation MOS-gated power device having extended trench and doping zone and process for forming same
US6465325B2 (en) * 2001-02-27 2002-10-15 Fairchild Semiconductor Corporation Process for depositing and planarizing BPSG for dense trench MOSFET application
RU2209490C1 (ru) * 2002-05-30 2003-07-27 Красников Геннадий Яковлевич Способ изготовления мощного сильноточного моп транзистора
RU2364984C1 (ru) * 2008-03-04 2009-08-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" Способ изготовления свч мощных полевых ldmos транзисторов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8580640B2 (en) Manufacturing process of a power electronic device integrated in a semiconductor substrate with wide band gap and electronic device thus obtained
US7595241B2 (en) Method for fabricating silicon carbide vertical MOSFET devices
US5639676A (en) Trenched DMOS transistor fabrication having thick termination region oxide
JP3717195B2 (ja) 電力用mosfet及びその製造方法
US7494875B2 (en) Gate etch process for a high-voltage FET
US6281547B1 (en) Power transistor cells provided with reliable trenched source contacts connected to narrower source manufactured without a source mask
JP5862660B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US6277695B1 (en) Method of forming vertical planar DMOSFET with self-aligned contact
US20160064475A1 (en) LATERAL PiN DIODES AND SCHOTTKY DIODES
JP2008103563A (ja) 超接合半導体装置の製造方法
JPH10505198A (ja) マスク数を低減したmosゲートデバイスの製造プロセス
US6660591B2 (en) Trench-gate semiconductor devices having a channel-accommodating region and their methods of manufacture
US6967363B1 (en) Lateral diode with multiple spacers
JPH0744272B2 (ja) トランジスタ製造方法
CN103077971B (zh) 用于沟槽器件的集成的栅流道和场植入终端
US6949454B2 (en) Guard ring structure for a Schottky diode
JP2008529279A (ja) パワーダイオードを包含する集積回路
US4497107A (en) Method of making self-aligned high-frequency static induction transistor
US9893170B1 (en) Manufacturing method of selectively etched DMOS body pickup
US10367099B2 (en) Trench vertical JFET with ladder termination
US10367098B2 (en) Vertical JFET made using a reduced masked set
KR20160065326A (ko) 전력용 반도체 소자 및 그 소자의 제조 방법
JPH05251709A (ja) ソース・ベース間短絡部を有する電力用mos−fetおよびその製造方法
CN106653612B (zh) 一种采用化学机械抛光技术制造ldmos器件的方法
RU2623845C1 (ru) Способ изготовления силового полупроводникового транзистора