專利名稱：CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造工藝，特別是涉及一種CoolMOS的制造工藝。
背景技術(shù)：
CoolMOS是一種新型的高壓MOS管，又稱超級(jí)結(jié)(Superjunction)MOS管。其優(yōu)點(diǎn) 是在耐高壓工作的同時(shí)可以提供比傳統(tǒng)高壓MOS管小一個(gè)數(shù)量級(jí)的導(dǎo)通電阻；除低導(dǎo)通電 阻外，還具有低功耗和低開(kāi)關(guān)時(shí)間的優(yōu)勢(shì)。請(qǐng)參閱圖1，這是CoolMOS的基本結(jié)構(gòu)示意圖。在重?fù)诫sN型硅襯底10上生長(zhǎng)有 一層輕摻雜N型外延層11，外延層11內(nèi)具有P型縱向區(qū)12。該P(yáng)型縱向區(qū)12上抵外延層 11上表面，下達(dá)外延層11內(nèi)或者外延層11與硅襯底10的分界面。外延層11之上有二氧 化硅層13和多晶硅層14。二氧化硅層13兩側(cè)的外延層11內(nèi)有P型體注入?yún)^(qū)15和重?fù)诫s N型源注入?yún)^(qū)16。該CoolMOS器件的柵極G是多晶硅層14，柵氧化層是二氧化硅層13，源 極S是源注入?yún)^(qū)16，漏極D是硅襯底10。CoolMOS器件的特征是在N型外延層11引入了從外延層11的上表面向下延伸的 P型縱向區(qū)12。P型縱向區(qū)12的底部可以延伸到外延層11中，也可延伸至硅襯底10上表 面。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致MOS管在高壓工作狀態(tài)下除了產(chǎn)生縱向的從源極S到漏極D的縱向電場(chǎng)外，還有橫向的PN區(qū)出現(xiàn)的橫向電場(chǎng)。在兩個(gè)電場(chǎng)的共同作用下導(dǎo)致電場(chǎng)在橫向和縱向上 可均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)在低電阻率外延層上制造高耐壓MOS管。圖1所示的CoolMOS是基于PMOS的，圖2給出了一種基于匪OS的CoolMOS基本 結(jié)構(gòu)，其各部分的摻雜類型(P型、N型)與圖1完全相反。CoolMOS器件制造的難點(diǎn)在于形成較厚的外延層及其中較高的縱向區(qū)。典型的 CoolMOS器件出于耐高壓的需要，縱向區(qū)高度至少為30-40 μ m，外延層高度大于或等于縱 向區(qū)高度。請(qǐng)參閱圖3，這是一種現(xiàn)有的CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法，以基于PMOS的 CoolMOS為例，包括如下步驟第1步，在N型硅襯底10上生長(zhǎng)一層N型外延層11，該外延層11的厚度就是 CoolMOS器件要求的外延層的厚度。第2步，采用光刻和刻蝕工藝，在N型外延層11中刻蝕出溝槽110，溝槽110的位 置就是P型縱向區(qū)的位置，溝槽110的深度就是P型縱向區(qū)的高度。溝槽110的底部可以 停留在外延層11中，也可以到達(dá)硅襯底10的上表面。第3步，在溝槽110中采用外延工藝淀積P型單晶硅，將溝槽110完全填充，形成 P型縱向區(qū)12。 目前一次外延生長(zhǎng)+溝槽刻蝕+外延淀積可以填充40-50 μ m的溝槽，但能做到無(wú) 空洞填充的溝槽深度在30 μ m以下。當(dāng)CoolMOS要求30 μ m以上高度的縱向區(qū)時(shí)，采用這 種工藝所形成的縱向區(qū)12中有空洞120存在(如圖4所示)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法，該方法可 以制造出無(wú)空洞的CoolMOS的縱向區(qū)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法包括如下步驟第1步，在硅襯底上生長(zhǎng)一層外延層，該外延層的厚度為CoolMOS的外延層要求的
厚度； 第2步，采用光刻和刻蝕工藝，在外延層中刻蝕出溝槽，該溝槽的位置、深度分別 為CoolMOS的縱向區(qū)的位置、要求的高度；該溝槽的底部在硅襯底的上表面或更上方；第3步，在硅片表面采用外延工藝淀積一層單晶硅，該層單晶硅將溝槽部分填充， 溝槽中的單晶硅無(wú)空洞或僅有開(kāi)口空洞；第4步，在硅片表面再淀積一層多晶硅，該層多晶硅將溝槽完全填充；當(dāng)溝槽中的 單晶硅具有開(kāi)口空洞時(shí)，該層多晶硅也將單晶硅中的開(kāi)口空洞完全填充；第5步，采用干法刻蝕工藝反刻硅片表面的多晶硅和單晶硅，直至露出外延層上 表面。本發(fā)明將CoolMOS的縱向區(qū)由傳統(tǒng)的單晶硅材料變?yōu)橐欢螁尉Ч枧c一段多晶硅 相接，利用多晶硅良好的填孔特性，改善了現(xiàn)有工藝中縱向區(qū)容易出現(xiàn)空洞的問(wèn)題。


圖1是一種基于PMOS的CoolMOS的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是一種基于NMOS的CoolMOS的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有的CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法的各步驟示意圖；圖4是本發(fā)明CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法的部分步驟示意圖；圖5是半導(dǎo)體制造中溝槽填充的三種情況示意圖。圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明10為硅襯底；11為外延層；110為溝槽；12為縱向區(qū)；121為單晶硅；122為多晶 硅；120為空洞；13為二氧化硅；14為多晶硅；15為體注入?yún)^(qū)；16為源注入?yún)^(qū)。
具體實(shí)施方式
以基于PMOS的CoolMOS器件為例，本發(fā)明CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法包括如下 步驟第1步，在重?fù)诫sN型硅襯底10上生長(zhǎng)一層輕摻雜N型外延層11，該外延層11的 厚度為CoolMOS的外延層要求的厚度。第2步，采用光刻和刻蝕工藝，在外延層11中刻蝕出溝槽110，該溝槽110的位置、 深度分別為CoolMOS的縱向區(qū)的位置、要求的高度；該溝槽110的底部或者停留在外延層 11中，或者到達(dá)硅襯底10的上表面。上述第1-2步可參考圖3，下面第3-5步請(qǐng)參閱圖4。第3步，在硅片表面采用外延工藝淀積一層P型單晶硅121，該層單晶硅121將溝 槽110部分填充，至少保證溝槽110中的單晶硅121無(wú)封閉空洞。請(qǐng)參閱圖5，半導(dǎo)體制造中對(duì)溝槽的填充只有三種情況無(wú)空洞、有開(kāi)口空洞、有封閉空洞。本步驟中要求對(duì)溝槽填充無(wú)封閉空洞，即意味著溝槽Iio中的單晶硅121或者 無(wú)空洞或者僅有開(kāi)口空洞。第4步，在硅片表面再淀積一層多晶硅122，該層多晶硅122將溝槽110完全填充。 當(dāng)?shù)?步中溝槽110中的單晶硅121具有開(kāi)口空洞時(shí)，該層多晶硅122也將單晶硅121中 的開(kāi)口空洞完全填充。第5步，采用干法刻蝕工藝反刻硅片表面的多晶硅122和單晶硅121，或者采用化 學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝研磨硅片表面，直至露出外延層11上表面，從而將硅片表面平整化。經(jīng)過(guò)上述5步，CoolMOS制造中最關(guān)鍵的外延層與縱向區(qū)已形成，其后再進(jìn)行柵 氧化層淀積、多晶硅淀積、多晶硅柵極刻蝕、體注入、源注入等常規(guī)工藝即可制造出CoolMOS 器件。本發(fā)明將縱向區(qū)分為兩部分，第一部分為單晶硅在下方，第二部分為多晶硅在上 方。之所以采用兩部分不同材料的縱向區(qū)結(jié)構(gòu)，是由于如果完全由單晶硅形成縱向區(qū)，從生 產(chǎn)工藝上很難實(shí)現(xiàn)，容易在縱向區(qū)中出現(xiàn)封閉空洞?？紤]到多晶硅具有良好的溝槽填充性 能(填孔特性)，因此本發(fā)明增加了多晶硅，一方面對(duì)單晶硅中的開(kāi)口空洞進(jìn)行填充，另一 方面對(duì)剩余高度的縱向區(qū)進(jìn)行補(bǔ)全。從電學(xué)特性出發(fā)，本發(fā)明第3步中淀積單晶硅希望越厚越好，第4步中淀積多晶硅 希望越薄越好，唯一的限制條件是第3步中溝槽中的單晶硅不能有封閉空洞。因此本發(fā)明 第3步中淀積的單晶硅厚度是在保證溝槽中的單晶硅無(wú)封閉空洞的前提下所能淀積的最 大厚度。就目前工藝而言，在溝槽具有特定深寬比條件下，已經(jīng)可以做到40μπι深的溝槽填 充單晶硅無(wú)封閉空洞(即無(wú)空洞或有開(kāi)口空洞)。但是溝槽填充特性與深寬比、不同工藝條 件等密切相關(guān)，因此并沒(méi)有更具體的量化限定。在摻雜類型上，本發(fā)明第3步中淀積的單晶 硅和第4步中淀積的多晶硅應(yīng)具有相同的雜質(zhì)類型(P型、N型)和雜質(zhì)濃度，以便形成雜 質(zhì)濃度均勻的縱向區(qū)整體。例如，某生產(chǎn)工藝可實(shí)現(xiàn)對(duì)30 μ m深的溝槽填充單晶硅無(wú)封閉空洞，那么采用本 發(fā)明所述方法生產(chǎn)具有40 μ m高度 的縱向區(qū)的CoolMOS時(shí)，先生長(zhǎng)40 μ m或更厚的外延 層，再在外延層上刻蝕40 μ m深的溝槽，然后淀積30 μ m厚度的單晶硅(此時(shí)溝槽上方仍有 10 μ m未填充，溝槽中的單晶硅不得有封閉空洞)，接著淀積10 μ m厚度的多晶硅(將溝槽 完全填充)，最后對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化處理。上述實(shí)施例中的CoolMOS器件均為基于PMOS的，本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于制造基于 NMOS的CoolMOS，不同之處僅是將各部分摻雜類型(P型、N型)互換。
權(quán)利要求
一種CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法，其特征是，包括如下步驟第1步，在硅襯底上生長(zhǎng)一層外延層，該外延層的厚度為CoolMOS的外延層要求的厚度；第2步，采用光刻和刻蝕工藝，在外延層中刻蝕出溝槽，該溝槽的位置、深度分別為CoolMOS的縱向區(qū)的位置、要求的高度；該溝槽的底部在硅襯底的上表面或更上方；第3步，在硅片表面采用外延工藝淀積一層單晶硅，該層單晶硅將溝槽部分填充，溝槽中的單晶硅無(wú)空洞或僅有開(kāi)口空洞；第4步，在硅片表面再淀積一層多晶硅，該層多經(jīng)過(guò)將溝槽完全填充；當(dāng)?shù)?步中淀積的溝槽中的單晶硅具有開(kāi)口空洞時(shí)，該層多晶硅也將單晶硅中的開(kāi)口空洞完全填充；第5步，采用干法刻蝕工藝反刻硅片表面的多晶硅和單晶硅，直至露出外延層上表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法，其特征是，所述硅襯底為重?fù)?雜N型，所述外延層為輕摻雜N型，所述單晶硅為P型；所述多晶硅為P型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法，其特征是，所述硅襯底為重?fù)?雜P型，所述外延層為輕摻雜P型，所述單晶硅為N型；所述多晶硅為N型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法，其特征是，所述單晶硅和 多晶硅具有相同的雜質(zhì)類型和雜質(zhì)濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種CoolMOS的縱向區(qū)的制造方法，該方法將縱向區(qū)分為兩部分，第一部分為單晶硅在下方，第二部分為多晶硅在上方。之所以采用兩部分不同材料的縱向區(qū)結(jié)構(gòu)，是由于如果完全由單晶硅形成縱向區(qū)，從生產(chǎn)工藝上很難實(shí)現(xiàn)，容易在縱向區(qū)中出現(xiàn)封閉空洞?？紤]到多晶硅具有良好的溝槽填充性能(填孔特性)，因此本發(fā)明增加了多晶硅，一方面對(duì)單晶硅中的開(kāi)口空洞進(jìn)行填充，另一方面對(duì)剩余高度的縱向區(qū)進(jìn)行補(bǔ)全。本發(fā)明將CoolMOS的縱向區(qū)由傳統(tǒng)的單晶硅變?yōu)橐欢螁尉Ч枧c一段多晶硅相接，利用多晶硅良好的填孔特性，改善了現(xiàn)有工藝中縱向區(qū)容易出現(xiàn)空洞的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101989552SQ20091005773
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者劉遠(yuǎn)良, 王飛 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司