專利名稱：一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(VDMOS)器件的制造方法，屬于半導(dǎo)體 工藝制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，可廣泛應(yīng)用于DC-DC變換器，DC-AC變換器， 繼電器，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等。功率垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體由于工作頻率較高，而且它是電壓 控制型器件，其驅(qū)動(dòng)電流非常小，驅(qū)動(dòng)電路也相對(duì)較為簡(jiǎn)單，故其應(yīng)用范圍更廣。功率垂直 雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體作為功率電子的重要基礎(chǔ)，以其高耐壓、高頻等特性常用于功率集 成電路和功率集成系統(tǒng)中。
傳統(tǒng)的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體，其結(jié)構(gòu)如圖l所示，其主要制造步驟包括l)在 N+硅片上生長(zhǎng)N—外延層，再生長(zhǎng)氧化層，光刻及硼注入；2)光刻有源區(qū)，進(jìn)行柵氧化，淀 積多晶硅，多晶硅摻雜及光刻，形成多晶硅柵區(qū)；3)擴(kuò)散硼，形成P阱區(qū)，光刻N(yùn)+源區(qū)，
源區(qū)注入磷或砷；4)淀積二氧化硅，退火增密，形成垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的源區(qū)；
5)光刻引線孔，濺射硅鋁，光刻引線，合金，鈍化，光刻鈍化孔等。按此種制造方法，其 制造過(guò)程相對(duì)較為繁瑣，而且制造過(guò)程需要5-6道掩模，成本相對(duì)昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，它利用兩道 掩模版即可完成垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的制造，大大降低制造成本，簡(jiǎn)化了制造工藝， 同時(shí)也削弱了器件本身的寄生晶體管效應(yīng)，降低了漏源之間的電阻。
本發(fā)明技術(shù)方案如下
一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，如圖3所示，包括以下順序步驟
(1)在N+襯底1上表面依次制備N—外延層2、第一二氧化硅層3、重?fù)诫s多晶硅層4 和第二二氧化硅層5。
如圖2A所示，在N+襯底1上生長(zhǎng)N;卜延層2， N+襯底作為N》卜延層的電極接觸，成為 垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的漏極；之后熱氧化形成第一二氧化硅層3，作為垂直雙擴(kuò)散 金屬氧化物半導(dǎo)體的柵氧化層；在第一二氧化硅層(柵氧化層)3上面，再通過(guò)化學(xué)氣相淀
積等方法淀積多晶硅層4,在淀積的同時(shí)進(jìn)行磷或砷摻雜。所述摻雜過(guò)程可以是邊淀積邊摻 雜，或者在淀積完多晶硅后通過(guò)擴(kuò)散或離子注入的方式摻雜，具有重?fù)诫s的多晶硅即成為垂 直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的柵極然后通過(guò)淀積或者氧化的方式生成第二二氧化硅層5;
(2) 設(shè)計(jì)第一道掩模，刻蝕掉中間環(huán)形部分的第二二氧化硅層5、重?fù)诫s多晶硅層4和 第一二氧化硅層3，露出N—外延層2，形成一個(gè)多晶硅窗口，如圖2B所示。具體刻蝕工藝可 以是反應(yīng)離子刻蝕或等離子刻蝕，在刻蝕過(guò)程中加入合適的氣體成分以加快刻蝕速度和提高 刻蝕效果，如在刻蝕二氧化硅時(shí)加入四氟化碳?xì)怏w，而在刻蝕多品硅時(shí)加入四氯化碳?xì)怏w。
(3) 在歩驟(2)形成的多晶硅窗口摻入低濃度P型雜質(zhì)，然后高溫推進(jìn)形成P阱區(qū)， 如圖2C所示。
所述P型雜質(zhì)可以是硼或其他P型雜質(zhì)，摻雜方式可以是擴(kuò)散或低能離子注入方式。
(4) 在步驟(3)形成的P阱區(qū)進(jìn)行高濃度、高劑量的P型雜質(zhì)深度注入，在P阱區(qū)底 部形成一個(gè)P+區(qū)，如圖2D所示。
所述P型雜質(zhì)可以是硼或其他P型雜質(zhì)。
(5) 在步驟(3)形成的P阱區(qū)進(jìn)行高濃度的磷或砷注入，在P阱區(qū)頂部形成N+源區(qū)， 如圖2E所示。
(6) 經(jīng)步驟(5)后，對(duì)多晶硅窗口區(qū)域的多晶硅層4的側(cè)壁進(jìn)行氧化，生成一層二氧 化硅作為柵源之間的介質(zhì)隔離，如圖2F所示。
(7) 經(jīng)步驟(6)后，對(duì)多晶硅窗口窗口區(qū)域進(jìn)一歩刻蝕掉部分N-外延層2，形成溝槽 型窗口作為引線孔。
所述刻蝕方式可以是反應(yīng)離子刻蝕或等離子刻蝕，刻蝕N—外延層2的厚度要保證穿透整 個(gè)N+源區(qū)層，如圖2G所示。
(8) 在步驟(7)形成的溝槽型窗口及整個(gè)器件的上、下表面淀積一層金屬(下表面所 淀積的金屬層及是整個(gè)器件的漏極)，如圖2H所示。所述金屬可以是鋁、金或銀等。
(9) 設(shè)計(jì)第二道掩模，采用光刻工藝，在器件上表面刻蝕形成源電極和柵電極。
需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明技術(shù)方案中，把N型摻雜的半導(dǎo)體部分換成P型摻雜的半導(dǎo)體， 同時(shí)把P型摻雜的半導(dǎo)體部分換成N型摻雜的半導(dǎo)體，可以得到P溝道的VDMOS結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供的一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，實(shí)現(xiàn)了用第一道掩模
N"外延層窗口和第二道掩模光刻金屬形成源、柵電極，只用了 2道掩模來(lái)完成垂直雙擴(kuò)散金 屬氧化物半導(dǎo)體的制造，極大地節(jié)約了制造成本；且如圖2H所示的P+層的存在和溝槽型源 接觸金屬的引入，減小了器件P型體區(qū)的寄生電阻，使得器件的寄生晶體管效應(yīng)得到有效減 弱。本發(fā)明也適用于其它半導(dǎo)體器件(例如絕緣柵雙極型晶體管)及集成電路的制造過(guò)程。


圖1是傳統(tǒng)的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2A 圖2H表示本發(fā)明提供的一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法的具 體制造過(guò)程示意圖。
圖2A是本發(fā)明提供的一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法的初步制造過(guò) 程示意圖，包括在N+襯底1上生長(zhǎng)N—外延層2，再生長(zhǎng)第一二氧化硅層3，淀積多晶硅層4， 多晶硅摻雜，淀積或生長(zhǎng)第二二氧化硅層5。
圖2B是在圖2A的基礎(chǔ)之上進(jìn)行第二二氧化硅層5、多晶硅層4和第一二氧化硅層3的 刻蝕，形成一個(gè)多晶硅窗口的示意圖。
圖2C是在圖2B的基礎(chǔ)之上進(jìn)行硼(或其它P型雜質(zhì))的注入及推進(jìn)示意圖。
圖2D是在圖2C的基礎(chǔ)之上進(jìn)行高濃度，高劑量的深硼(或其它P型雜質(zhì))注入示意圖。
圖2E是在圖2D的基礎(chǔ)之上進(jìn)行高濃度的磷或砷注入示意圖。
圖2F是在圖2E的基礎(chǔ)之上進(jìn)行硅及多晶硅的氧化示意圖。
圖2G是在圖2F的基礎(chǔ)之上刻蝕N—外延層2示意圖。
圖2H是在圖2G的基礎(chǔ)之上淀積金屬示意圖。其中，6是金屬層。
圖2I是在圖2H的基礎(chǔ)上刻蝕形成溝槽型源接觸金屬極和柵電極示意圖。其中，7是背 金屬(漏電極)。
圖3為本發(fā)明流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
采用本發(fā)明的一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，極大地節(jié)約了器件的 制造成本，使得器件的寄生晶體管效應(yīng)也得到有效減弱。
具體實(shí)施時(shí)，對(duì)于低壓器件，例如100V的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其具體
實(shí)施過(guò)程包括(1)在N+襯底上生長(zhǎng)濃度為lxlO"crtT3，厚度為10pmN'外延層，之后在 100(TC的氧氣氣氛中加熱約2小時(shí)，生長(zhǎng)200nm左右的氧化層，再通過(guò)化學(xué)氣相淀積厚度為 800mn的多晶硅，且邊淀積邊進(jìn)行砷摻雜，砷摻雜的濃度為102()011'3量級(jí)，然后通過(guò)在IOOO'C 的氧氣氣氛中加熱約30分鐘的方式生成500nm左右的二氧化硅；(2)通過(guò)多晶硅窗口這道 掩模，采用反應(yīng)離子刻蝕刻蝕的方式，刻蝕掉多晶硅和氧化層，形成一個(gè)N—外延層窗口； (3) 低能離子注入硼后在IOO(TC的環(huán)境中加熱約2小時(shí)的方式形成P阱區(qū)，P阱區(qū)表面的典型摻 雜濃度為1017cm—3量級(jí)；(4)高濃度，高劑量的深硼注入，形成一個(gè)P+區(qū)，典型摻雜濃度為 10"cm-s量級(jí)；(5)高濃度的砷注入，形成N+源區(qū)，N+源區(qū)的典型摻雜濃度為1020011-3量級(jí)； (6)然后在800。C的環(huán)境中氧化約2小時(shí)，在硅表面生成約800nm厚的二氧化硅，在多晶硅 側(cè)壁生成約300nm厚的二氧化硅，以作為柵源之間的介質(zhì)隔離；(7)通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕的方 式，刻蝕掉氧化層和部分N—外延層， 一般為500nm左右，使P型雜質(zhì)露出表面，以形成溝槽 型窗口作為引線孔；(8)在整個(gè)器件的上表面淀積一層鋁，刻蝕鋁，鈍化，背面金屬化等；
若對(duì)于中高壓器件，例如600V的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件，其具體實(shí)施過(guò)程 包括在N+襯底上生長(zhǎng)濃度為lxl0"cm—3，厚度為52pmN-外延層，之后的制造過(guò)程與上述 100V的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件具體實(shí)施過(guò)程基本類似，在此不再重述。
在具體實(shí)施過(guò)程中，可以根據(jù)具體情況，在基本歩驟不變的情況下，進(jìn)行一定的變通。 例如可以將高濃度深P+注入放在以氧化層為掩?？坛鰷喜坌驮创翱谝院笾圃斓?。
權(quán)利要求
1、一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，包括一下順序步驟步驟1. 在N+襯底(1)上表面依次制備N-外延層(2)、第一二氧化硅層(3)、重?fù)诫s多晶硅層(4)和第二二氧化硅層(5)；步驟2. 設(shè)計(jì)第一道掩模，刻蝕掉中間環(huán)形部分的第二二氧化硅層(5)、重?fù)诫s多晶硅層(4)和第一二氧化硅層(3)，露出N-外延層(2)，形成一個(gè)多晶硅窗口；步驟3. 在步驟2形成的多晶硅窗口區(qū)域漏出的N-外延層表面摻入低濃度P型雜質(zhì)，然后高溫推進(jìn)形成P阱區(qū)；步驟4. 在步驟3形成的P阱區(qū)進(jìn)行高濃度、高劑量的P型雜質(zhì)深度注入，在P阱區(qū)底部形成一個(gè)P+區(qū)；步驟5. 在步驟3形成的P阱區(qū)進(jìn)行高濃度的磷或砷注入，在P阱區(qū)頂部形成N+源區(qū)；步驟6. 對(duì)多晶硅窗口區(qū)域的多晶硅層(4)的側(cè)壁進(jìn)行氧化，生成一層二氧化硅作為柵源之間的介質(zhì)隔離；步驟7. 對(duì)多晶硅窗口區(qū)域進(jìn)一步刻蝕掉部分N-外延層(2)，形成溝槽型窗口作為引線孔；步驟8. 在步驟7形成的溝槽型窗口及整個(gè)器件的上、下表面淀積一層金屬，下表面所淀積的金屬層即是整個(gè)器件的漏電極；步驟9. 設(shè)計(jì)第二道掩模，采用光刻工藝，在器件上表面刻蝕形成源電極和柵電極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是，步 驟l中所述N—外延層(2)的制備方法是外延生長(zhǎng)；所述第一二氧化硅層(3)是在N—外延層(2)上面熱氧化形成；所述重慘雜多晶硅層(4)是在第一二氧化硅層(3)上面沉積而成， 在淀積的同時(shí)進(jìn)行磷或砷摻雜，且摻雜過(guò)程是邊淀積邊摻雜或者在淀積完多晶硅后通過(guò)擴(kuò)散 或離子注入的方式摻雜；所述第二二氧化硅層(5)是在重?fù)诫s多晶硅層(4)上面通過(guò)淀積 或者氧化的方式生成；所述N+襯底(1)作為N—外延層(2)的電極接觸，成為垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的 漏極所述第一二氧化硅層(3)作為垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的柵氧化層；所述重?fù)诫s 多晶硅層(4)作為垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的柵極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是，步 驟3中所述P型雜質(zhì)是硼，摻雜方式是擴(kuò)散或低能離子注入方式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是，步 驟4中所述P型雜質(zhì)是硼。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是，步 驟2中所述刻蝕方式是反應(yīng)離子刻蝕或等離子刻蝕，在刻蝕過(guò)程中加入合適的氣體成分以加 快刻蝕速度和提高刻蝕效果在刻蝕二氧化硅時(shí)加入四氟化碳?xì)怏w，而在刻蝕多晶硅時(shí)加入四氯化碳?xì)怏w。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是，步 驟7中所述刻蝕方式是反應(yīng)離子刻蝕或等離子刻蝕，刻蝕N—外延層(2)的厚度要保證穿透 整個(gè)N+源區(qū)層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是，步 驟8中所述金屬是鋁、金或銀。
全文摘要
一種垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制造方法，屬于半導(dǎo)體工藝制造領(lǐng)域。本發(fā)明主要制造步驟包括N⁺襯底的制備，N^-外延生長(zhǎng)，柵氧氧化，多晶硅淀積及摻雜，淀積二氧化硅，刻出多晶硅窗口，P阱注入及推進(jìn)，高濃度深P⁺注入，N⁺源注入，氧化形成接觸孔，以氧化層為掩?？坛鰷喜坌痛翱?，淀積金屬，刻蝕金屬，鈍化，背面金屬化。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)只用兩道掩模板完成VDMOS器件的制造，大大降低了器件的制造成本；同時(shí)由于P⁺層的存在和溝槽型源接觸金屬的引入，削弱了器件本身的寄生晶體管效應(yīng)，降低了漏源之間的電阻。本發(fā)明可應(yīng)用于VDMOS器件及其它半導(dǎo)體器件(例如絕緣柵雙極型晶體管)及集成電路的的生產(chǎn)制造。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101383287SQ20081004620
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者波 張, 李澤宏, 連延杰, 錢夢(mèng)亮 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)