[发明专利]制备超结VDMOS器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造工艺技术领域，尤其是涉及功率金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)器件的制备方法。

背景技术

功率金属氧化物半导体场效应晶体管是近几年迅速发展起来的新型功率器件，由于它比双极型功率器件具有许多优良性能：如高输入阻抗，低驱动电流，没有少子存储效应，开关速度快，工作频率高，具有负的电流温度系数，并具有良好的电流自调节能力，可有效地防止电流局部集中和热点的产生，电流分布均匀，容易通过并联方式增加电流容量，具有较强的功率处理能力，热稳定性好，安全工作区大，没有二次击穿等，已广泛应用于各种电子设备中，例如高速开关电路，开关电源，不间断电源，高功率放大电路，高保真音响电路，射频功放电路，电力转换电路，电机变频电路，电机驱动电路，固体继电器，控制电路与功率负载之间的接口电路等。

导通电阻是VDMOS开关器件的一个重要指标，其大小与信号通过器件引起多少衰减、产生多大功耗有直接关系。为了减小器件本身的功耗和提高开关速度，希望器件的导通电阻越小越好。

另一个重要特征指标是单位面积的导通电阻(Ron x面积)，较小的单位面积的导通电阻会使器件生产成本减小的同时，也减小了功耗。

传统的VDMOS功率器件导通电阻受击穿电压限制而存在一个极限——称之为“硅限(silicon limit)”，而无法再降低。为了突破这一极限，许多新结构器件不断涌现出来，其中超结VDMOS就是其中比较成功的一种。超结VDMOS导通电阻Ron可以大大降低，甚至突破“硅限(silicon limit)”。同样，在相同的击穿电压、相同的导通电阻Ron下超结器件使用更小的管芯面积，从而减小栅电荷，提高开关频率。

超结器件可以同时获得低通态功耗和高开关速度的优点，本发明也是在目前这种情况下提出了一种新颖的超结VDMOS器件制备方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

在功率电路中，功率MOSFET主要用作开关器件，由于它是多子器件，所以其开关功耗相对较小。然而，它的通态功耗比较高，要降低通态功耗就必须减小导通电阻。对于理想N沟功率MOSFET，导通电阻与击穿电压之间的关系为R_on∝BV^2.5，导通电阻受击穿电压限制而存在一个极限——称之为“硅限”(Silicon limit)，而无法再降低。本发明的主要目的在于提供一种超结VDMOS器件的制备方法，以突破“硅限(Silicon limit)”，在保持击穿电压不变的情况下，降低导通电阻，减小通态功耗。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制备超结VDMOS器件的方法，该方法包括下列步骤：

步骤1、在衬底1上外延生长体硅2，对外延层2的表面进行场区氧化，形成场区氧化层3；

步骤2、经过光刻刻蚀形成有源区，在有源区氧化，LPCVD淀积多晶硅，光刻形成栅氧化层4区域，等离子刻蚀多晶硅5和氧化层，形成栅氧化层4；

步骤3、光刻P-区，淡硼注入，形成P阱区7，光刻P+区，浓硼注入，形成P+体区6；其中，淡硼注入的剂量是5E13cm^-2，注入能量为40kev，浓硼注入的剂量是2E15cm^-2，注入能量是45Kev；

步骤4、淀积氮化硅硬掩模层9，氮化硅光刻，高能硼注入，注入能量达到2至4Mev，注入剂量随器件要求而调，形成外延层中的P-柱8；其中，高能硼注入能量达到2至4Mev，剂量从1e12cm^-2到1e13cm^-2；

步骤5、高温度推进，使结深控制在X_jp＝2μm左右；其中，高温推进温度为1050度，时间为100分钟，气氛为N₂；

步骤6、光刻并进行浓磷注入，对多晶硅和器件源区进行掺杂，形成VDMOS器件源区11，并通过扩散形成器件有效的MOS沟道区；其中浓磷注入剂量是5.5E14cm^-2，注入能量是90Kev；

步骤7、PECVD淀积硼磷硅玻璃12，并进行850度半小时回流，使器件表面平坦化；

步骤8、光刻与刻蚀接触孔，淀积金属层13，然后形成金属布线层，合金，并进行背面处理。

优选地，步骤1中所述外延层2的厚度为10μm，外延层电阻率为4Ω·cm。

优选地，步骤2中所述栅氧化层4的厚度为100nm，多晶硅5的厚度为400nm。