[发明专利]纵向高压硼扩散深槽半导体管的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种硅制高压功率金属氧化物半导体器件的制备方法，更准确的讲，涉及一种硅制纵向高压硼扩散深槽金属氧化物半导体场效应管的制备方法。

背景技术：

目前，功率器件在日常生活、工业生产等领域的应用越来越广泛，特别是功率金属氧化物半导体场效应晶体管，它较功率双极型器件更具有优势。在功率应用中使用功率金属氧化物半导体管具有以下好处：首先是驱动电路，功率金属氧化物半导体管的驱动电路比较简单。双极型晶体管可能需要多达20％的额定集电极电流以保证饱和度，而金属氧化物半导体管需要的驱动电流则小得多，而且通常可以直接由互补型金属氧物半导体晶体管或者集电极开路晶体管-晶体管逻辑驱动电路驱动。其次，金属氧化物半导体管的开关速度比较迅速，金属氧化物半导体管是一种多数载流子器件，能够以较高的速度工作，因为没有电荷存储效应。  其三，金属氧化物半导体管没有二次击穿失效机理，它在温度越高时往往耐力越强，而且发生热击穿的可能性越低。它们还可以在较宽的温度范围内提供较好的性能。此外，金属氧化物半导体管具有并行工作能力，具有正的电阻温度系数。温度较高的器件往往把电流导向其它金属氧化物半导体管，允许并行电路配置。而且还有一个好处是，金属氧化物半导体管的漏电极和源极之间形成的寄生二极管可以充当箝位二极管，在电感性负载开关中特别有用。因此，研究出性能更好的功率金属氧化物半导体管是众多研究者们的重点课题。如今，功率器件正向着提高工作电压、增大工作电流、减小导通电阻和集成化的方向快速发展。但是在传统的功率器件中，对于理想的N沟道功率半导体管(器件的导通电阻只考虑漂移区的导通电阻)，导通电阻和击穿电压之间存在一个2.5次方的关系，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)，而无法再继续降低。在现有技术中，有人提出采用P型、N型硅半导体材料柱状相互交替排列的结构取代传统功率金属氧化物半导体管中的漂移区结构，这种结构的漂移区浓度可以比同等耐压水平的传统功率金属氧化物半导体管的漂移区浓度高一个数量级左右，因此，这种器件的导通电阻较小。

目前，在现有技术中，这种漂移区采用P型、N型硅半导体材料柱状相互交替排列的结构的功率金属氧化物半导体管的制备方法是在硅材料上采用多次外延离子注入工艺的方法，但是这种工艺难度很大，并且涉及到版对准难、P型半导体区和N型半导体区相互扩散严重等一系列问题，使得使用多次外延离子注入这种工艺得到的器件的性能并不好，而且成本也很高，不利于器件的市场推广。在现有技术中，也有人提出在N型外延层中刻蚀深槽，然后在深槽中填充含有P型杂质的硅半导体，但是由于在制备高压器件中，槽很深，在槽填充的工艺过程中，容易在深槽中形成空洞，从而影响器件的可靠性。也有人提出在深槽刻蚀后，在深槽的侧壁及底部先填充P型掺杂的多晶硅，然后利用热退火工艺，使多晶硅中的P型杂质扩散到深槽侧壁及底部的硅中，接着将多晶硅刻蚀掉，最后在深槽中填满二氧化硅，但是这种方法同样带来一个难题：深槽侧壁上的多晶硅难以刻蚀掉，并且工艺复杂。

发明内容：

针对现有硅制漂移区PN间隔结构的纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的结构的制作方法上遇到的问题，本发明提出了一种纵向高压硼扩散深槽半导体管的制备方法，使用这种制备方法制造出来的半导体管的导通电阻较同等耐压程度的传统功率金属氧化物半导体管有很大的改善，工艺难度较小，成本低，可控性高，并且可靠性高。

本发明采用如下技术方案：

一种纵向高压硼扩散深槽半导体管的制备方法，包括如下步骤：首先取一块N型掺杂类型半导体衬底，然后在N型掺杂类型半导体衬底上生长N型掺杂类型半导体外延层，接着在N型掺杂类型半导体外延层上生成间隔距离相等的P型掺杂半导体区，接着从P型掺杂半导体区向N型掺杂类型半导体外延层刻蚀并形成深槽，深槽穿过P型掺杂半导体区，接着向深槽中通入气态氧化硼，气态氧化硼和深槽底部及侧壁的硅反应生成二氧化硅和硼，接着经过热退火工艺工程，使生成的硼扩散进入到深槽侧壁及底部未和气态氧化硼反应的硅中，并使得这部分半导体区域变为P型半导体区，同时在深槽侧壁及底部形成二氧化硅层，接着向深槽中填满二氧化硅，接着去除器件表面多余的二氧化硅，留下的二氧化硅称为二氧化硅介质层，接着在P型掺杂半导体区中生成N型掺杂半导体源区，最后依次生成栅氧化层，多晶硅栅和金属层。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明结构中漂移区也采用了P型半导体区和N型半导体区间隔排列的方式，使得在获得同等耐压的情况下，导通电阻可以比传统功率器件更低。