[发明专利]CoolMOS的纵向区的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造工艺，特别是涉及一种CoolMOS的制造工艺。

背景技术

CoolMOS是一种新型的高压MOS管，又称超级结(Superjunction)MOS管。其优点是在耐高压工作的同时可以提供比传统高压MOS管小一个数量级的导通电阻；除低导通电阻外，还具有低功耗和低开关时间的优势。

请参阅图1，这是CoolMOS的基本结构示意图。在重掺杂N型硅衬底10上生长有一层轻掺杂N型外延层11，外延层11内具有P型纵向区12。该P型纵向区12上抵外延层11上表面，下达外延层11内或者外延层11与硅衬底10的分界面。外延层11之上有二氧化硅层13和多晶硅层14。二氧化硅层13两侧的外延层11内有P型体注入区15和重掺杂N型源注入区16。该CoolMOS器件的栅极G是多晶硅层14，栅氧化层是二氧化硅层13，源极S是源注入区16，漏极D是硅衬底10。

CoolMOS器件的特征是在N型外延层11引入了从外延层11的上表面向下延伸的P型纵向区12。P型纵向区12的底部可以延伸到外延层11中，也可延伸至硅衬底10上表面。这种结构导致MOS管在高压工作状态下除了产生纵向的从源极S到漏极D的纵向电场外，还有横向的PN区出现的横向电场。在两个电场的共同作用下导致电场在横向和纵向上可均匀分布，从而实现在低电阻率外延层上制造高耐压MOS管。

图1所示的CoolMOS是基于PMOS的，图2给出了一种基于NMOS的CoolMOS基本结构，其各部分的掺杂类型(P型、N型)与图1完全相反。

CoolMOS器件制造的难点在于形成较厚的外延层及其中较高的纵向区。典型的CoolMOS器件出于耐高压的需要，纵向区高度至少为30-40μm，外延层高度大于或等于纵向区高度。

请参阅图3，这是一种现有的CoolMOS的纵向区的制造方法，以基于PMOS的CoolMOS为例，包括如下步骤：

第1步，在N型硅衬底10上生长一层N型外延层11，该外延层11的厚度就是CoolMOS器件要求的外延层的厚度。

第2步，采用光刻和刻蚀工艺，在N型外延层11中刻蚀出沟槽110，沟槽110的位置就是P型纵向区的位置，沟槽110的深度就是P型纵向区的高度。沟槽110的底部可以停留在外延层11中，也可以到达硅衬底10的上表面。

第3步，在沟槽110中采用外延工艺淀积P型单晶硅，将沟槽110完全填充，形成P型纵向区12。

目前一次外延生长+沟槽刻蚀+外延淀积可以填充40-50μm的沟槽，但能做到无空洞填充的沟槽深度在30μm以下。当CoolMOS要求30μm以上高度的纵向区时，采用这种工艺所形成的纵向区12中有空洞120存在(如图4所示)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种CoolMOS的纵向区的制造方法，该方法可以制造出无空洞的CoolMOS的纵向区。

为解决上述技术问题，本发明CoolMOS的纵向区的制造方法包括如下步骤：

第1步，在硅衬底上生长一层外延层，该外延层的厚度为CoolMOS的外延层要求的厚度；

第2步，采用光刻和刻蚀工艺，在外延层中刻蚀出沟槽，该沟槽的位置、深度分别为CoolMOS的纵向区的位置、要求的高度；该沟槽的底部在硅衬底的上表面或更上方；

第3步，在硅片表面采用外延工艺淀积一层单晶硅，该层单晶硅将沟槽部分填充，沟槽中的单晶硅无空洞或仅有开口空洞；

第4步，在硅片表面再淀积一层多晶硅，该层多晶硅将沟槽完全填充；当沟槽中的单晶硅具有开口空洞时，该层多晶硅也将单晶硅中的开口空洞完全填充；

第5步，采用干法刻蚀工艺反刻硅片表面的多晶硅和单晶硅，直至露出外延层上表面。

本发明将CoolMOS的纵向区由传统的单晶硅材料变为一段单晶硅与一段多晶硅相接，利用多晶硅良好的填孔特性，改善了现有工艺中纵向区容易出现空洞的问题。

附图说明

图1是一种基于PMOS的CoolMOS的基本结构示意图；

图2是一种基于NMOS的CoolMOS的基本结构示意图；

图3是现有的CoolMOS的纵向区的制造方法的各步骤示意图；

图4是本发明CoolMOS的纵向区的制造方法的部分步骤示意图；

图5是半导体制造中沟槽填充的三种情况示意图。

图中附图标记说明：

10为硅衬底；11为外延层；110为沟槽；12为纵向区；121为单晶硅；122为多晶硅；120为空洞；13为二氧化硅；14为多晶硅；15为体注入区；16为源注入区。