[发明专利]一种复合外延制作中压N型系列双扩散型场效应管的制作工艺

说明书

技术领域

本发明是一种用于制造耐中压N型系列(耐压600V，导通电流在1安培到15安培)VDMOS工艺方法，属于半导体制成技术领域。

背景技术

VDMOS的全称是Vertical conduction double-diffused metal oxide semiconductor，即垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管，是在1979年由H.W.Collins等人提出的。

VDMOS晶体管经过30余年的发展，目前已经取得了长足的进步。他以高的输入阻抗、低的导通电阻和高的开关速度等一系列优势，目前已在开关稳压电源、高频加热、计算机接口电路以及功率放大器等方面获得了广泛应用。可以肯定, 随着人们对节能减排认识的进一步深化，VDMOS为主要器件的开关电源系统必将显示更广阔的应用前景。

由于便携式设备及无线通信对功耗要求越来越低，因而减小导通电阻、降低功耗是VDMOS研发的首要任务。对于VDMOS型功率器件, 获得足够高的漏源击穿电压（BV）和尽可能低的导通电阻（R on）是设计中需要同时考虑的两个主要方面。对于耐压高的MOS 器件, Ron主要由外延区电阻决定。外延层愈厚, 电阻率越高, 击穿电压也愈高, 同时导通电阻也越大。因此, 功率MOS 器件存在击穿电压与导通电阻的矛盾, 二者都主要取决于外延区参数(厚度和掺杂浓度)。

现在VDMOS芯片的加工，都是采用均匀外延技术。中压系列VDMOS芯片，不同导通电流规格之间是差别在于导通电阻的差别，不同的规格是依靠芯片面积的变化实现导通电阻的差别化。换句话说，一个电流规格对应一种导通电阻规范值，相应的对应一个芯片面积。

常规VDMOS工艺流程如图1所示，主要工艺步骤为：

1）投料；

2）均匀外延（epi）生长；

3）场氧化；

4）有源区刻蚀；

5）高浓度P＋（硼）注入，推结深；

6）磷注入，推结深；

7）栅氧化，长800-1100A的氧化层；

8）多晶硅栅极淀积和掺杂；

9）PWELL（P阱）硼注入，推结深；

10）源极N+的砷注入，推结深；

11）接触孔刻蚀；

12）蒸铝，腐蚀铝；

13）背面减薄，背面背银。

目前关于优化VDMOS外延的理论已经有不少研究，结论都是缓变掺杂为最佳。但是在实际加工中，缓变掺杂外延技术不易实现，所以到目前为止，还没有实用性的优化外延工艺用于生产制造中。本发明根据VDMOS的理论原理，结合外延工艺的实际过程，通过外延过程的分段控制，针对中压系列N型VDMOS（后文中全部指的是N型VDMOS），开发出用于大量生产中压VDMOS的复合外延的制作工艺。采用复合外延工艺做出中压系列VDMOS的实测耐压仍然有650V，但导通电阻比采用普通工艺制作的VDMOS下降了10%。

发明内容

本发明的目的通过加工复合外延，然后制作出了性能更优化的中压系列N型的垂直双扩散型场效应管工艺，该工艺具有工艺过程简单，光刻次数少，成本低，制成控制简单的优点。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种复合外延制作中压N型系列双扩散型场效应管的制作工艺，其工艺的具体过程如下：

（1）投料：掺砷或者掺锑衬底硅片材料，电阻率在0.03ohm.cm及以下；

（2）外延第一步：生长3-5um厚度，电阻率0.5-1.5 ohm.cm的N型外延；

（3）外延第二步：生长3-5um厚度，电阻率8-12 ohm.cm的N型外延；

（4）外延第三步：生长38-46um厚度，电阻率14-22 ohm.cm的N型外延；

（5）外延第四步，生长5-8um厚度，电阻率10-16 ohm.cm的N型外延；

（6）场氧化：生长0.8-1.2um厚度的氧化层；

（7）有源区刻蚀：将做器件的位置的氧化层腐蚀干净；

（8） 高浓度硼P＋注入，推结深：注入能量40-80kev，剂量8e14-1.5e15/cm²，推结深采用1100℃-1200℃ ，80-150分钟N₂加小O₂（体积比0%-5.5%）；