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CN101872724A - 超级结mosfet的制作方法 - Google Patents

超级结mosfet的制作方法 Download PDF

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CN101872724A CN200910057132A CN200910057132A CN101872724A CN 101872724 A CN101872724 A CN 101872724A CN 200910057132 A CN200910057132 A CN 200910057132A CN 200910057132 A CN200910057132 A CN 200910057132A CN 101872724 A CN101872724 A CN 101872724A
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缪燕
谢烜
肖胜安
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Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
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Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种超级结MOSFET的制作方法，其在对沟槽进行填充的时候，先利用外延工艺将P-型外延填入沟槽，然后利用多晶硅将沟槽填满；之后完成后续的工艺步骤。本发明中P-薄层结构是通过P-型外延先填入沟槽，再利用多晶硅将沟槽填满，可以利用多晶硅更好的沟槽填充能力减少沟槽填充工艺的复杂性，利用多晶硅的高批量处理能力，减少工艺的成本。

Description

超级结MOSFET的制作方法
技术领域
本发明涉及一种半导体工艺，尤其涉及一种超级结MOSFET的制作方法。
背景技术
VDMOSFET可以通过减薄漏端漂移区的厚度来减小导通电阻。然而，减薄漏端漂移区的厚度就会降低器件的击穿电压，因此在VDMOS中，提高器件的击穿电压与减小器件的导通电阻是一对矛盾。超级结MOSFET采用新的耐压层结构，利用一系列的交替排列的P型和N型半导体薄层，在较低反向电压下将P型N型区耗尽，实现电荷相互补偿，从而使N型区在高掺杂浓度下能实现高的击穿电压，从而同时获得低导通电阻和高击穿电压，打破传统功率MOSFET(包括VDMOS)导通电阻的理论极限。
超级结MOSFET器件的结构和制作方法可分为两大类：第一类是利用多次光刻-外延成长和注入来获得交替的P型和N型掺杂区；第二类是在N型硅外延层上开沟槽，往沟槽中填入P型多晶，或倾斜注入P型杂质，或填入P型外延。上述第一类工艺不仅工艺复杂，实现难度大，而且成本很高；第二类方法中倾斜注入由于稳定性和重复性差未能用于批量生产，需要的杂质浓度的P型多晶硅工艺没法在工艺上实现，因此P型外延填入工艺受到很大的关注。已有的P型外延填入工艺一般在形成沟槽后进行P型外延生长，以后利用化学机械研磨研磨到N型外延，再通过将可能有损伤的硅进行热氧化，再通过湿法将形成的氧化硅去除，从而得到平坦的，交替的P型和N型结构。但是，P型外延填入沟槽工艺比较复杂，工艺难度大，工艺成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超级结MOSFET的制作方法，能够采用步骤简单，成本低廉的工艺制作超级结MOSFET。
为解决上述技术问题，本发明超级结MOSFET的制作方法的技术方案是，包括如下步骤：
(1)在N-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将P-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)利用氮化硅作为阻挡层，进行多晶硅和P-型外延的回刻蚀或化学机械研磨；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除得到交替的P-型和N-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，P型阱，源极，P+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
本发明超级结MOSFET的制作方法的另一技术方案是，包括如下步骤：
(1)在N-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将P-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)通过回刻或者研磨去除氮化硅和氧化硅层上面的多晶硅和P-型外延；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除，通过化学机械研磨得到平坦且交替的P-型和N-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，P型阱，源极，P+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
本发明超级结MOSFET的制作方法的又一技术方案是，包括如下步骤：
(1)在P-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将N-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)利用氮化硅作为阻挡层，进行多晶硅和N-型外延的回刻蚀或化学机械研磨；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除得到交替的N-型和P-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，N型阱，源极，N+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
本发明超级结MOSFET的制作方法的再一技术方案是，包括如下步骤：
(1)在P-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将N-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)通过回刻或者研磨去除氮化硅和氧化硅层上面的多晶硅和N-型外延；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除，通过化学机械研磨得到平坦且交替的N-型和P-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，N型阱，源极，N+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
本发明中P-薄层结构是通过P-型外延先填入沟槽，再利用多晶硅将沟槽填满，可以利用多晶硅更好的沟槽填充能力减少沟槽填充工艺的复杂性，利用多晶硅的高批量处理能力，减少工艺的成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1～图10为本发明超级结MOSFET的制作方法各步骤的示意图。
图中附图标记为，1.N+衬底，2.N-型外延，3.垫层氧化膜，4.氮化膜，5.光刻胶，6.P-外延，7.多晶硅，8.栅氧，9.栅极多晶硅，10.源N+，11.P+接触区，12.P阱，13.隔离介质膜，14.表面金属层，15.背面金属膜。
具体实施方式
本发明公开了一种超级结MOSFET的制作方法，其第一实施例结合附图，包括如下步骤：
(1)在N-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅，如图1所示；
(2)利用光刻形成沟槽的图形，如图2所示；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀，如图3所示；
(4)利用外延工艺将P-型外延填入沟槽，如图4所示；
(5)利用多晶硅将沟槽填满，如图5所示；
(6)利用氮化硅作为阻挡层，进行多晶硅和P-型外延的回刻蚀或化学机械研磨，如图6所示；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除得到交替的P-型和N-型结构，如图7所示；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，P型阱，源极，P+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件，如图8～图10所示。
在上述实施例中，所述步骤(5)中利用多晶硅将沟槽填满之前先成长一层介质膜。
本发明超级结MOSFET的制作方法的第二实施例，与第一实施例相比，在多晶硅将沟槽填满之后的步骤有所不同，第二实施例包括如下步骤：
(1)在N-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将P-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)通过回刻或者研磨去除氮化硅和氧化硅层上面的多晶硅和P-型外延；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除，通过化学机械研磨得到平坦且交替的P-型和N-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，P型阱，源极，P+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
在上述实施例中，所述步骤(5)中利用多晶硅将沟槽填满之前先成长一层介质膜。
上述两个实施例所制作的是N型MOSFET器件，本发明超级结MOSFET的制作方法的下面两个实施例所制作的是P型MOSFET器件。第三实施例包括如下步骤：
(1)在P-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将N-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)利用氮化硅作为阻挡层，进行多晶硅和N-型外延的回刻蚀或化学机械研磨；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除得到交替的N-型和P-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，N型阱，源极，N+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
在上述实施例中，所述步骤(5)中利用多晶硅将沟槽填满之前先成长一层介质膜。
本发明超级结MOSFET的制作方法的第二实施例，与第一实施例相比，在多晶硅将沟槽填满之后的步骤有所不同，第二实施例包括如下步骤：
(1)在P-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将N-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)通过回刻或者研磨去除氮化硅和氧化硅层上面的多晶硅和N-型外延；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除，通过化学机械研磨得到平坦且交替的N-型和P-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，N型阱，源极，N+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
在上述实施例中，所述步骤(5)中利用多晶硅将沟槽填满之前先成长一层介质膜。
综上所述，本发明中P-薄层结构是通过P-型外延先填入沟槽，再利用多晶硅将沟槽填满，可以利用多晶硅更好的沟槽填充能力减少沟槽填充工艺的复杂性，利用多晶硅的高批量处理能力，减少工艺的成本。

Claims (8)

1.一种超级结MOSFET的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在N-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将P-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)利用氮化硅作为阻挡层，进行多晶硅和P-型外延的回刻蚀或化学机械研磨；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除得到交替的P-型和N-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，P型阱，源极，P+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
2.根据权利要求1所述的超级结MOSFET的制作方法，其特征在于，所述步骤(5)中利用多晶硅将沟槽填满之前先成长一层介质膜。
3.一种超级结MOSFET的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在N-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将P-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)通过回刻或者研磨去除氮化硅和氧化硅层上面的多晶硅和P-型外延；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除，通过化学机械研磨得到平坦且交替的P-型和N-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，P型阱，源极，P+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
4.根据权利要求3所述的超级结MOSFET的制作方法，其特征在于，所述步骤(5)中利用多晶硅将沟槽填满之前先成长一层介质膜。
5.一种超级结MOSFET的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在P-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将N-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)利用氮化硅作为阻挡层，进行多晶硅和N-型外延的回刻蚀或化学机械研磨；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除得到交替的N-型和P-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，N型阱，源极，N+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
6.根据权利要求5所述的超级结MOSFET的制作方法，其特征在于，所述步骤(5)中利用多晶硅将沟槽填满之前先成长一层介质膜。
7.一种超级结MOSFET的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在P-型外延硅片上生长氧化膜作为下面要成长的介质膜的缓冲层，然后再在硅片上成长作为介质膜的氮化硅；
(2)利用光刻形成沟槽的图形；
(3)利用氮化硅作掩膜或利用光刻胶作掩膜完成沟槽的刻蚀；
(4)利用外延工艺将N-型外延填入沟槽；
(5)利用多晶硅将沟槽填满；
(6)通过回刻或者研磨去除氮化硅和氧化硅层上面的多晶硅和N-型外延；
(7)将氮化硅膜和氧化硅膜去除，通过化学机械研磨得到平坦且交替的N-型和P-型结构；
(8)利用现有成熟工艺形成栅氧化，多晶硅栅极，N型阱，源极，N+接触区，接触孔，表面金属，背面金属，得到MOSFET器件。
8.根据权利要求7所述的超级结MOSFET的制作方法，其特征在于，所述步骤(5)中利用多晶硅将沟槽填满之前先成长一层介质膜。
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